KR101595681B1 - 자기 센서 및 그 자기 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있는 자기 센서 및 그 자기 검출 방법에 관한 것이다. 자기 센서의 일 실시 형태는, 직교하는 3축의 자기를 검출하는 자기 센서에 의해, 제1 방향의 자장 성분을 검지하는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부(50a 또는 50b)와, 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 자장 성분과, 제1 및 제2 방향 중 어느 쪽으로도 직교하는 제3 방향의 자장 성분을 제1 방향의 자장 성분으로 변환하는 자장 방향 변환부(60a, 60b)를 구비한다.

Description

자기 센서 및 그 자기 검출 방법{MAGNETIC SENSOR AND MAGNETIC DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 자기 센서 및 그 자기 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있는 자기 센서 및 그 자기 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자기의 유무를 검출하는 거대 자기 저항(Giant Magnet Resistance; GMR) 소자는 널리 알려져 있다. 자장을 가하면 전기 저항률이 증가하는 현상을 자기 저항 효과라고 하는데, 일반 물질에서는, 변화율은 수％이지만, 이 GMR 소자에서는 수 10％에 도달하기 때문에, 하드디스크의 헤드에 널리 이용되고 있다.
도 1은, 종래의 GMR 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 사시도이며, 도 2는, 도 1의 부분 단면도이다. 도면 중 부호 1은 반강자성층, 2는 핀드층(고정층), 3은 Cu층(스페이서층), 4는 프리층(자유 회전층)을 나타내고 있다. 자성 재료의 자화 방향에서 전자의 스핀 산란이 바뀌어 저항이 변화한다. 즉, ΔR=(RAP-RP)/RP(RAP; 상하의 자화 방향이 반평행일 때, RP; 상하의 자화 방향이 반평행일 때)로 표현된다.
고정층(2)의 자기 모멘트는, 반강자성층(1)과의 자기 결합에 의해 방향이 고정되어 있다. 누설 자장에 의해 자화 자유 회전층(4)의 자기 모멘트의 방향이 변화하면, Cu층(3)을 흐르는 전류가 변화하고, 누설 자장의 변화를 읽어낼 수 있다.
도 3은, 종래의 GMR 소자의 적층 구조를 설명하기 위한 구성도이며, 도면 중 부호 11은 절연막, 12는 프리층(자유 회전층), 13은 도전층, 14는 핀드층(고정층), 15는 반강자성층, 16은 절연막을 나타내고 있다. 프리층(12: 자유 회전층)은, 자유롭게 자화 방향이 회전하는 층으로, NiFe 또는 CoFe/NiFe로 구성되고, 도전층(13)은 전류를 흘리고, 스핀 산란이 일어나는 층으로, Cu로 구성되고, 핀드층(14: 고정층)은, 자화 방향이 일정 방향으로 고정된 층으로, CoFe 또는 CoFe/Ru/CoFe로 구성되고, 반강자성층(15)은, 핀드층(14)의 자화 방향을 고정하기 위한 층으로, PtMn 또는 IrMn으로 구성되고, 절연막(11, 16)은, Ta이나 Cr, NiFeCr, AlO으로 구성되어 있다. 또한, 핀드층(14)은, 반강자성층을 사용하지 않고 셀프 바이어스 구조를 사용하여도 된다.
도 4는, 종래의 GMR 소자의 패턴 형상을 설명하기 위한 평면도이다. GMR 소자는, 핀드층(14)의 자화 방향의 방향으로, 감도축을 갖고 있다. 무자장일 때, GMR 소자의 프리층의 자화 방향은, GMR 소자의 길이 방향을 향하고 있으며, 감도축의 방향으로부터 자장이 입력되면, 그에 따라서, 프리층의 자화 방향이 변화하고, GMR 소자의 저항이 변화한다.
최근 들어, 휴대 전화 등에 널리 이용되는 전자 컴퍼스는, 지자기를, 직교하는 3축 성분의 자기 신호로 분해하여 출력하는 자기 센서를 구비하고 있으며, 이 자기 센서로부터 얻어지는 3개의 출력 신호를 연산함으로써, 지자기의 방향을 정확하게 구하고 있다.
여기서, 지자기를, 직교하는 3축 성분의 자기 신호로 분해하여 출력하는 자기 센서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 제안되어 있다. 이것은, 기판 표면에 평행하며 서로 직교하도록 설정한 2축(X, Y축) 방향에서 지자기 성분을 검지하는 2축 자기 센서부와, 2축 자기 센서부 위에 배치되고 상기 2축을 포함하는 면에 대하여 수직 방향(Z축)의 자계를 모으는 자기 수렴판을 구비하고 있으며, 자기 저항 소자 위에 코일을 형성하고, 코일에 전류를 흘려서 발생하는 자장으로 자화 방향을 제어하고, 자기 수렴판에서 자장 방향 변환시켜서, 동일 기판에서 X, Y, Z의 자장을 검지하는 것이다.
또한, 휴대 전화 등에 널리 이용되고 있는 개폐 검출이나 회전 검출은, 예를 들어 특허문헌 2에 기재된 것이 제안되어 있으며, 자기 센서와 자석을 사용하여, 힌지 기구를 비자성 재료로 함으로써, 자기 센서의 오검출을 방지하는 것이다.
또한, 예를 들어 특허문헌 3에 기재된 것은, GMR 소자를 사용한 자기 기록 시스템에 관한 것으로서, 자유 강자성체층의 정자기 결합이 최소가 되도록 개량된 고정 강자성체층을 갖는 스핀·밸브 자기 저항(MR) 센서에 의해, 자유 강자성체층과 고정 강자성체층을 갖는 적층 구조가 기재되어 있다.
또한, 3차원의 자장 벡터를 검지하는 지자기 센서로서, 홀 소자를 사용한 자기 센서가 제안되어 있다. 이러한 종류의 홀 소자는, 소자면에 수직인 방향의 자장을 검출할 수 있으며, 소자를 평면에 배치한 경우에는 Z 방향의 자장을 검출할 수 있다. 예를 들어, 특허문헌 4에서는, 원형의 자기 수렴판의 하부에 대칭 중심에 대하여 상하, 좌우로 십자 형상의 홀 소자가 배치되어 있으며, 수평 방향의 자장이 자기 수렴판의 단부에서 Z축 방향으로 변환되는 것을 이용하여, 홀 소자의 자기 감지 방향인 Z 방향뿐만 아니라, 수평 방향의 자장을 검출함으로써 동일 기판 위에 있어서의 X, Y, Z축 방향의 자장을 검지할 수 있음이 나타나 있다.
또한, 예를 들어 특허문헌 5에 기재된 것은, 단일의 기판 위에 3차원 방향으로 교차하도록 배치된 자기 저항 효과 소자를 갖는 자기 센서에 관한 것으로서, 핀드층과 프리층을 포함하여 이루어지는 자기 저항 소자를 사용한 자기 센서이다. 그리고, 특허문헌 5에는, 자기 센서의 표면에 수직인 방향의 자장을 측정하는 고감도의 자기 센서가 기재되어 있으며, 수평 방향의 자장을 검출하는 자기 저항 소자를 사용하여, 기울기 경사면 위에 형성함으로써, 원래 검지할 수 없는 수직 방향에 걸리는 Z 자장을 벡터 분해함으로써, 동일 기판에서 X, Y, Z의 자장을 검지할 수 있는 것이 제안되어 있다.
또한, 예를 들어 특허문헌 6에 기재된 것은, GMR 칩 위에 대하여 1개의 꺾은선 형상을 이루는 패턴으로 형성된 GMR 소자이다.
일본 특허공개 제2006-3116호 공보 일본 특허공개 제2006-10461호 공보 일본 특허공개 평7-169026호 공보 일본 특허공개 제2002-71381호 공보 일본 특허공개 제2004-6752호 공보 일본 특허공개 제2003-282996호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 지금까지의 상식에 구애받지 않고, 발상을 전환하여 생각해 보면, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고, 혼재한 채 출력하는 자기 센서는, 자장의 방향을 특정하는 것에 한정되지 않으며, 임의의 방향의 자장에 반응할 수 있으므로, 자기에 응답하는 많은 용도에 있어서 유용하다는 사실을 발명자들은 알게 되었다.
어떤 특정 방향에 자기를 발생하는 용도, 예를 들어 도체에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자장을, 1축 방향에만 감도축을 갖는 자기 센서에 의해 검출하는 경우, 전류가 발생하는 자장의 방향에 자기 센서의 감도축이 정렬되도록 자기 센서를 배치하면, 고감도로, 전류의 크기에 비례한 출력 신호가 얻어진다. 그러나, 도체와 자기 센서의 부착 위치에 제약이 있으며, 전류에 의해 발생하는 자장의 방향에 자기 센서의 감도축이 일치되도록 배치할 수 없는 경우, 임의의 방향의 자장에 반응하는 자기 센서이면, 자기 센서의 부착 방법에 감도가 의존하는 것이 저감되어, 전류의 크기에 비례한 출력 신호가 얻어진다. 따라서, 이러한 자기 센서는, 기기의 설계 자유도를 넓힐 수 있다.
전술한 특허문헌 2에 있어서는, 자기 센서가 1축 방향의 자장을 검지하는 것이기 때문에, 자석이 발생하는 자장의 방향에 자기 센서의 감도축이 일치하도록, 자기 센서가 배치되어야만 한다. 즉, 종래의 자기 센서는, 각각의 자석이 만드는 자장 방향에 자기 감지 방향이 맞도록, 각각에 배치되어야만 하기 때문에, 복수의 자기 센서가 필요해진다. 이러한 자기 센서는, 최근에 보이는 휴대 전화 등의 현저한 고밀도화에 대해서는, 기기의 소형화나 하우징 내의 공간 절약화라는 관점에서 충분히 만족하지 못했다.
또한, 전술한 특허문헌 1의 자기 센서는, 3축 성분에 반응할 수 있지만, 코일을 사용하고 있어 대형이기 때문에, 휴대 기기 등에 실장하는 것이 곤란하였다.
요컨대, 전술한 특허문헌 1 내지 6에 기재된 기술은, 소형이면서, 직교하는 3축의 자기에 반응하여 3축 성분을 분리하지 않고, 혼재한 채 출력할 수 없었다.
한편, 기기의 소형화나 하우징 내의 공간 절약화라는 관점에서, 소형이면서, 기판에 수직인 축과 평행한 축에 2개의 자기, 또는 직교하는 3축의 자기에 반응하여 2축 성분, 또는 3축 성분을 분리할 수 있는 자기 센서도 필요해졌다.
도 5는, 종래 3칩형의 3축 자기 센서와 본 발명의 일 실시 형태에 따른 1칩형의 3축 자기 센서의 차이를 나타내는 도면이다. 종래 3칩형의 3축 자기 센서는, 기판(21) 위에 X축 센서(22X)와 Y축 센서(22Y)와 Z축 센서(22Z)와 신호 처리 회로가 탑재되어 있었다. 이 3칩형 자기 센서에서는 센서 면적이 커져서, 소형화를 도모하기 위해서는 문제가 있었다. 따라서, 소형화를 도모하고, 3축 센서 신호를 동시에 취득하는 자기 센서의 개발이 요망되고 있었다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 1칩형의 3축 자기 센서는, 3축 센서 신호를 동시에 취득할 수 있기 때문에, 센서 면적이 대폭 작아져서, 소형화를 실현할 수 있다는 것이다.
즉, 자기 센싱부에는, GMR이나 터널 자기 저항 효과(TMR 효과; Tunnel Magneto-Resistance Effect) 소자 등의 자기 저항 소자가 사용되고 있다. GMR 센서는, 1축 방향만큼 반응하는 자기 저항이다. 그로 인해, 3축 검출에는 3축분의 3개의 다이 칩이 필요하였다. 이에 반하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자기 센서는, 1개의 다이 칩으로 3축 동시 검출을 가능하게 한 것이다. 이것에 의하면, 동일한 분해능이면 센서 면적의 1/3 이하로 할 수 있어, 회전각 센서나 방위각 센서 등에 유효하다.
전술한 바와 같이, 발명자들은, 최근 들어, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있는 자기 센서의 필요성이 있음을 알아내었다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있는 자기 센서를 제공하는 데 있다.
[과제의 해결 수단]
본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, 이하의 사항을 특징으로 한다.
(1) 기판에 대하여 대략 평행하면서 서로 대략 평행하고, 인접하는 2개의 한쪽에 대하여 다른 쪽이 길이 방향으로 어긋나 배치된 복수의 자기 수렴부(60a, 60b)와, 상기 복수의 자기 수렴부(60a, 60b)에 대략 평행하며, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부가 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)의 사이에 배치된 복수의 자기 검지부(50a, 50b)를 구비하고, 상기 복수의 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부(60a, 60b) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)에 각각 치우쳐서 배치된 제1 및 제2 자기 검지부(50a, 50b)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서이다. (전체 실시 형태)
(2) 상기 제1 자기 검지부(50a)는, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부(60a, 60b) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)의 한쪽의 자기 수렴부(60b)보다도 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)에 치우쳐서 배치되고, 상기 제2 자기 검지부(50b)는, 평면에서 볼 때, 상기 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)보다도 상기 한쪽의 자기 수렴부(60b)에 치우쳐서 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(3) 상기 복수의 자기 수렴부는, 3개 이상의 자기 수렴부(60a 내지 60c)로 구성되고, 1개의 자기 수렴부(60a)가 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 상기 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)가 상기 1개의 자기 수렴부(60a)를 평면에서 볼 때 사이에 끼워 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. (예를 들어, 실시 형태 3; 도 13)
(4) 상기 복수의 자기 수렴부의 각각의 에지 간 거리가, 각각 대략 동등한 것을 특징으로 한다.
(5) 상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 상기 복수의 자기 수렴부의 각 무게 중심이 지그재그가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(6) 상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 1개 걸러 대항하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(7) 상기 복수의 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(8) 상기 복수의 자기 수렴부는, 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
(9) 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부의 1개(60b)에 덮이도록 배치된 제3 자기 검지부(50c)를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. (예를 들어, 실시 형태 1; 도 8)
(10) 상기 복수의 자기 수렴부는, 1개 걸러 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(11) 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부(60a, 60c)의 외측에 배치된 제4 및 제5 자기 검지부(50e, 50f)를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. (실시 형태 14; 도 26)
(12) 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부가 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고, 상기 복수의 자기 수렴부 중 상기 단부에 배치된 자기 수렴부 이외의 자기 수렴부는, 1개 걸러 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(13) 상기 복수의 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 것을 특징으로 한다.
(14) 상기 복수의 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부(80)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(15) 상기 연산부(80)는, 상기 복수의 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 것을 특징으로 한다.
(16) 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 것을 특징으로 한다.
(17) 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부(80)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. (실시 형태 5, 14; 도 18, 도 29)
(18) 상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 것을 특징으로 한다.
(19) 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 것을 특징으로 한다.
(20) 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(21) 상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 것을 특징으로 한다.
(22) 상기 연산부는, 상기 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 것을 특징으로 한다.
(23) 상기 제1 축은, 상기 기판에 평행하며, 상기 제2 축은, 상기 기판에 평행하며 상기 제1 축에 직교하고, 상기 제3 축은, 상기 기판에 직교하는 것을 특징으로 한다.
(24) 제1 방향(X축)의 자장 성분을 검지하는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부(50a/50b)와, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y축)의 자장 성분과, 상기 제1 및 제2 방향 중 어느 쪽으로도 직교하는 제3 방향(Z축)의 자장 성분을 상기 제1 방향의 자장 성분으로 변환하는 자장 방향 변환부(60a, 60b)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서이다. (실시 형태 1 내지 4; 도 8, 도 12, 도 13, 도 14)
(25) 상기 자장 방향 변환부는, 기판 위에 서로 대략 평행해지도록 배치된 제1 및 제2 자기 수렴부(60a, 60b)를 구비하고, 그 제1 및 제2 자기 수렴부와 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재로 구성되는 배치 패턴에 있어서, 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부(60a)와 상기 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. (실시 형태 1 및 2; 도 8, 도 12)
(26) 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부와 대략 평행해지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(27) 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제1 자기 수렴부의 거리가, 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제2 자기 수렴부의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 한다.
(28) 상기 제1 및 제2 자기 수렴부가, 그 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 자장이 입력되었을 때, 그 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부에 자속 성분의 자로(磁路)가 형성되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(29) 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이, 상기 기판 평면에 평행하면서, 상기 제3 방향이, 상기 기판 평면에 수직인 것을 특징으로 한다.
(30) 상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향에서 어긋나 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(31) 상기 자장 방향 변환부가, 제3 자기 수렴부 및/또는 제4 자기 수렴부를 갖고, 그 제3 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제3 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되고, 상기 제4 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부를, 상기 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(32) 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부가, 각각의 단부에 제1 내지 제4 자기 수렴 부재를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, T자형, Y자형 또는 L자형인 것을 특징으로 한다.
(33) 상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
(34) 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
(35) 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 동일한 구조의 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부(50c)를 구비하고, 그 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분에 대하여 불감(不感)이 되도록 배치되어 있으며, 상기 배치 패턴이, 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재를 포함하는 것을 특징으로 한다. (예를 들어, 실시 형태 2; 도 12)
(36) 상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
(37) 상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제2 자기 수렴부에 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
(38) 상기 (24) 내지 (37) 중 어느 하나에 있어서, 상기 배치 패턴을 복수 갖는 것을 특징으로 한다.
(39) 상기 복수의 반복 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재 및/또는 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재 및/또는 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(40) 상기 복수의 반복 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(41) 상기 복수의 반복 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(42) 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 방향의 자장 성분만을 검지하는 것을 특징으로 한다.
(43) 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 연자성체인 것을 특징으로 한다.
(44) 다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고, 그 제어부에는, 상기 자기 검지부의 출력으로부터 얻어지는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호가 입력되고, 상기 제어부가, 그 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 것을 특징으로 한다.
(45) 상기 자기 검지부의 출력과 상기 보조 자기 검지부의 출력에 기초하여, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호를 생성하는 신호 생성부와, 다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부가, 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 것을 특징으로 한다.
(46) 2축 또는 3축 방향의 자기를 검출하는 자기 센서에 있어서, 기판 평면(70)에 대하여 각각 평행하게 배치된 3개 이상의 자기 검지부(50a 내지 50d)와, 상기 기판 평면에 대하여 각각 평행하게 배치된 제1 내지 제3 자기 수렴부(60a 내지 60c)를 포함하는 배치 패턴을 구비하고, 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부(60b)의 길이 방향으로 자기가 입력되었을 때, 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부(60a) 및 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제3 자기 수렴부(60c)에 각각 자속 성분의 자로가 형성되도록 배치되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제1 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 한쪽의 자기 검지부군(50a, 50b)과, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 다른 쪽의 자기 검지부군(50c 및/또는 50d)을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. (예를 들어, 실시 형태 5; 도 15)
(47) 상기 3개 이상의 자기 검지부의 모두가, 상기 기판 평면에 대하여 평행한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 2축은, 상기 기판 평면에 대하여 평행하면서 상기 제1 축에 대하여 수직인 제2 축과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 제3 축이며, 상기 3축은, 상기 제1 내지 제3 축인 것을 특징으로 한다.
(48) 상기 3개 이상의 자기 검지부의 각각이, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부 간의 제1 가상 중선으로부터, 상기 한쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향의 중선까지의 중선 간 거리 및 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부 간의 제2 가상 중선으로부터, 상기 다른 쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향 중선까지의 중선 간 거리가 서로 대략 동등한 것을 특징으로 한다.
(49) 상기 중선 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하인 것을 특징으로 한다.
(50) 상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 어긋나 배치되는 것을 특징으로 한다.
(51) 평면에서 볼 때, 상기 제2 자기 수렴부의 무게 중심이, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부의 무게 중심을 연결한 가상선 위에 실리지 않는다.
(52) 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부의 에지 간 거리가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 에지 간 거리와 대략 동등한 것을 특징으로 한다.
(53) 상기 에지 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하이다.
(54) 제4 자기 수렴부 및/또는 제5 자기 수렴부를 구비하고, 그 제4 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제4 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되고, 그 제5 자기 수렴부가, 상기 제3 자기 수렴부를, 그 제5 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
(55) 상기 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재를 설치하고, 그 자기 수렴부가, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
(56) 상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부의 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
(57) 상기 3개 이상의 자기 검지부의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
(58) 상기 배치 패턴이, 상기 3개 이상의 자기 검지부 외에, 보조 자기 검지부(50e)를 더 구비하고, 그 보조 자기 검지부가, 자기 수렴부에 덮여 있는 것을 특징으로 한다. (실시 형태 5; 도 15)
(59) 상기 3개 이상의 자기 검지부가, 4개의 자기 검지부인 것을 특징으로 한다.
(60) 상기 보조 자기 검지부가, 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
(61) 상기 (46) 내지 (60) 중 어느 하나에 있어서, 상기 배치 패턴을 복수 갖는 것을 특징으로 한다.
(62) 상기 복수의 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 제3 자기 수렴부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 제1 자기 수렴부를 겸하는 것을 특징으로 한다.
(63) 상기 복수의 반복 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부 및/또는 상기 보조 자기 검지부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부 및/또는 상기 보조 자기 검지부의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
(64) 상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(65) 상기 3개 이상의 자기 검지부 및 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분과, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
(66) 상기 연산부가, 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호분이 감산된 상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호를 가산함으로써, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분을 연산하는 것을 특징으로 한다.
(67) 상기 (46) 내지 (66) 중 어느 하나에 기재된 자기 센서를 사용한 것을 특징으로 하는 자기 검출 방법이다.
(68) 제1 및 제2 자기 수렴부에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부 및 제3 자기 수렴부에 끼워진 제3 자기 검지부로부터의 출력(RA 내지 RC)에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서, 상기 제1 내지 제3 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 제1 자기 검지부로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값과 상기 제3 자기 검지부의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값에 기초하여, 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(2ΔRy)을 연산하고, 상기 제1 자기 검출부로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값과 상기 제2 자기 검지부의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)에 기초하는 값에 기초하여, 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(2ΔRz)을 연산하는 것을 특징으로 한다.
(69) 제1 및 제2 자기 수렴부에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부와 제3 자기 수렴부에 끼워진 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력(RA 내지 RD)에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서, 상기 제1 내지 제4 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력(RC, RD)에 기초하는 값의 합(RC+RD)으로부터 상기 제1 및 제2 자기 검지부로부터의 출력(RA, RB)에 기초하는 값의 합(RA+RB)을 감산한 값(RC+RD-(RA+RB))에 기초하여 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(4ΔRy)을 연산하고, 상기 제2 및 제4 자기 검지부로부터의 출력(RB, RD)에 기초하는 값의 합(RB+RD)으로부터 상기 제1 및 제3 자기 검지부로부터의 출력(RA, RC)에 기초하는 값의 합(RA+RC)을 감산한 값(RB+RD-(RA+RC))에 기초하여 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(4ΔRz)을 연산하거나, 또는 상기 제1 자기 검지부로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)과 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)에 기초하여, 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(2ΔRy)을 연산하고, 상기 제1 자기 검출부로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)과 상기 제2 자기 검지부로부터의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)에 기초하여, 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(2ΔRz)을 연산하는 것을 특징으로 한다.
(70) 상기 제1 내지 제3 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서, 상기 제1 내지 제3 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 제2 및 제3 축 방향 자기 성분의 연산 외에, 상기 제2 자기 검출부로부터의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)과, 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)과, 상기 보조 자기 검지부(50e)로부터의 출력(RE=R)에 기초하여, 상기 제1 축 방향(X축)의 자기 성분(2ΔRx)을 연산하는 것을 특징으로 한다.
(71) 상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서, 상기 제1 내지 제4 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 제2 및 제3 축 방향 자기 성분의 연산 외에, 상기 제1 내지 제4 자기 검지부(50a 내지 50d))로부터의 출력에 기초하는 값으로부터 상기 보조 자기 검지부(50e)로부터의 출력(RE)에 기초하는 값을 감산한 상기 제1 내지 제4 자기 검지부(50a 내지 50d)로부터의 출력(RA, RB, RC, RD)에 기초하는 신호의 총합(RA+RB+RC+RD)에 기초하여 상기 제1 축 방향(X축)의 자기 성분(4ΔRx)을 연산하는 것을 특징으로 한다.
(72) 상기 제2 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향이며, 상기 제3 축 방향이, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향인 것을 특징으로 한다.
(73) 상기 제1 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축의 방향인 것을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있는 자기 센서를 실현할 수 있다.
도 1은, 종래의 GMR 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는, 도 1의 부분 단면도이다.
도 3은, 종래의 GMR 소자의 적층 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는, 종래의 GMR 소자의 패턴 형상을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는, 종래의 3칩형의 3축 자기 센서와 본 발명의 일 실시 형태에 따른 1칩형의 3축 자기 센서의 차이를 나타내는 도면이다.
도 6은, 자기 저항 소자를 사용한 자기 검출의 동작 원리에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 도 6에 도시한 자기 저항 소자에 자기 수렴판을 설치한 경우의 자기 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a), (b)는, 실시 형태 1에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 8의 (a)에 도시한 자기 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 도 8의 (a)에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 도 10에 도시한 자기 센서의 신호 검출을 위한 구체적인 회로 구성도이다.
도 12의 (a), (b)는, 실시 형태 2에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 13은, 실시 형태 3에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시 형태 4에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 15의 (a), (b)는, 실시 형태 5에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 16은, 도 15에 도시한 자기 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은, 도 15에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은, 도 15에 도시한 자기 센서의 출력 신호의 연산부의 회로 구성도이다.
도 19는, 도 17에 도시한 자기 센서의 신호 검출을 위한 구체적인 회로 구성도이다.
도 20은, 실시 형태 9에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 21은, 실시 형태 10에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 22는, 실시 형태 9 및 10을 조합한 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 23은, 실시 형태 10의 자기 센서의 변형 형태에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 24의 (a), (b)는, 실시 형태 11을 설명하기 위한 도면이다.
도 25의 (a), (b)는, 실시 형태 12에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 26은, 실시 형태 14에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 27은, 도 26에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 취출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 27에 도시한 자기 센서의 신호를 검출하기 위한 구체적인 회로 구성도이다.
도 29는, 도 26에 도시한 자기 센서의 출력 신호의 연산부의 회로 구성도이다.
도 30은, 실시 형태 15에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 31은, 도 30에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 취출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다.
도 32는, 실시 형태 16에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 33은, 실시 형태 17에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
도 34는, 실시 형태 18에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다.
본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명하기 전에, 우선, 본 발명의 각 실시 형태의 자기 센서의 전제가 되는 자기 저항 소자를 사용한 자기 검출의 원리에 대하여 설명한다.
도 6은, 자기 저항 소자를 사용한 자기 검출의 동작 원리에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 부호 31은 실리콘 기판, 32a 내지 32c는 자기 저항 소자의 일종인 GMR 소자, 33a 내지 33d는 메탈 배선을 나타내고 있다. 또한, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)로서는, 예를 들어 도 1에 도시한 GMR 소자가 사용된다. 또한, 도면 중의 GMR 소자 위의 화살표는 핀드층의 자화 방향을 나타내고 있다. 또한, 각 실시 형태의 자기 센서는, GMR 소자에 한하지 않고, TMR 소자, AMR 소자 등의 자기 저항 소자로 구성되어도 된다.
실리콘 기판(31) 위에는, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)와 복수의 메탈 배선(33a 내지 33d)이 탑재되고, 각 GMR 소자(32a 내지 32c)는, 각 메탈 배선(33a 내지 33d)에 의해 접속되어 있다. 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)는 평판 형상으로, Y 방향으로 길이 방향을 갖는 직사각형을 이루고 있다. 도시에서는, GMR 소자의 (Z 방향에서 본) 평면에서 볼 때의 형상이 직사각형이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 메탈 배선(33a)으로부터 메탈 배선(33b, 33c)을 개재하여, 메탈 배선(33d)에 전류 i를 흘리면, X 방향의 자장 Bx를 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한다. 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)는, 1축 방향에만 반응하는 자기 저항 소자이므로, 핀드층의 자화 방향이 X 방향일 때, X 방향의 자장을 감지하지만, Y, Z 방향의 자장에는 불감이다. 이때의 GMR 소자의 자기 저항 RGMR은, 이하와 같이 표현된다.
RGMR=R+ΔRx
R은 자장에 의존하지 않는 저항값, ΔRx는 X 방향의 자장 Bx의 크기에 따른 저항 변화량이다.
도 7은, 도 6에 도시한 자기 저항 소자에 자기 수렴판을 설치한 경우의 자기 검출을 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 부호 41a 내지 41f는 자기 수렴판을 나타내고 있다. 또한, 도 6과 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
복수의 자기 수렴판(41a 내지 41f)은, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)와 복수의 메탈 배선(33a 내지 33d)의 위에 형성되어 있다. 또한, 복수의 자기 수렴판(41a 내지 41f)은, Z 방향으로 두께를 갖고, Y 방향으로 길이 방향을 갖는 직육면체를 이루고 있으며, Y 방향에 대하여 평행한 방향으로, 병렬로 배치되어 있다. 도 7에서는, 자기 수렴판은 직육면체를 이루고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 자기 수렴판(41a 내지 41f) 중, 일부의 자기 수렴판(41b, 41d, 41f)은, 다른 일부의 자기 수렴판(41a, 41c, 41e)보다도, Y 방향의 마이너스측으로 돌출되어 배치되어 있다. 또한, 일부의 자기 수렴판(41b, 41d, 41f)은, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)의 각각에, X 방향의 마이너스측에 근접하여 배치되어 있다. 이러한 복수의 자기 수렴판(41a 내지 41f)을 설치함으로써, 자기 저항 소자에 3축 방향의 자장 성분을 반응시킬 수 있다. 검출 원리는, 이하와 같다.
우선, X 방향의 자장 Bx의 자로에 대하여, 자기 수렴판(41b)과 GMR 소자(32a)로 기재한다. X 방향의 자장 Bx가, 자기 수렴판(41b)에서 수렴되어 통과하고, GMR 소자(32a)를 X 방향의 플러스측을 향해 가로지르는 자로가 형성된다. 마찬가지로, X 방향의 자장 Bx는, GMR 소자(32b, 32c)를 가로지르므로, X 방향의 자장 Bx를 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한다. 그리고, 메탈 배선(33a)으로부터 메탈 배선(33b, 33c)을 개재하여, 메탈 배선(33d)에 전류 i를 흘리면, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한 X 방향의 자장 Bx가 검지된다.
다음으로, Y 방향의 자장 By의 자로에 대하여, 3개의 자기 수렴판(41c, 41d, 41e)과 GMR 소자(32b)로 기재하면, Y 방향의 자장 By가, Y 방향의 마이너스측으로 돌출된 자기 수렴판(41d)으로부터, X 방향의 마이너스측을 향하고, 자기 수렴판(41c)을 통과하는 자로와, 자기 수렴판(41d)으로부터, GMR 소자(32b)를 X 방향의 플러스측을 향해 가로지르고, 자기 수렴판(41e)을 통과하는 자로가 형성된다. 즉, Y 방향의 자장 By는, X 방향으로 변환되어, GMR 소자(32b)를 가로지른다. 마찬가지로, Y 방향의 자장 By는, X 방향으로 변환되어, GMR 소자(32a, 32c)를 가로지르므로, Y 방향의 자장 By를 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한다. 그리고, 메탈 배선(33a)으로부터 메탈 배선(33b, 33c)을 개재하여, 메탈 배선(33d)에 전류 i를 흘리면, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한 Y 방향의 자장 By가 검지된다.
또한, Z 방향의 자장 Bz의 자로에 대하여, 자기 수렴판(41b)과 GMR 소자(32a)로 기재하면, Z 방향의 자장 Bz가, GMR 소자(32a)를 X 방향의 마이너스측을 향해 가로지르고, 자기 수렴판(41b)에 수렴되는 자로가 형성된다. 즉, Z 방향의 자장 Bz는, X 방향으로 변환되어, GMR 소자(32a)를 가로지른다. 마찬가지로, Z 방향의 자장 Bz는, X 방향으로 변환되어, GMR 소자(32b, 32c)를 가로지르므로, Z 방향의 자장 Bz를 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한다. 그리고, 메탈 배선(33a)으로부터 메탈 배선(33b, 33c)을 개재하여, 메탈 배선(33d)에 전류 i를 흘리면, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)가 감지한 Z 방향의 자장 Bz가 검지된다.
즉, 이들 복수의 자기 수렴판(41a 내지 41f)에서 자장의 방향을 변환함으로써 X, Y, Z 방향의 자장을 감지할 수 있다. 이때의 GMR 소자의 자기 저항 RGMR은, 도 7의 GMR 소자(32a 내지 32c)에서는 이하와 같이 표현된다.
RGMR=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz
R은 자장에 의존하지 않는 저항값(또는 자장이 없을 때의 저항값), ΔRx는 X 방향의 자장 Bx의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRy는 Y 방향의 자장 By의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRz는 Z 방향의 자장 Bz의 크기에 따른 저항 변화량이다. ΔRz만 부호가 서로 다른 것은, Z 방향의 자장 Bz의 경우, 복수의 GMR 소자(32a 내지 32c)를 가로지르는 X 방향으로 변환된 자장이, X 방향의 마이너스측을 향하고 있기 때문이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명한다.
[실시 형태 1]
도 8의 (a), (b)는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 1에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 도 8의 (a)는 상면도(제3 방향에서 본 평면시), 도 8의 (b)는, 도 8의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도면 중 부호 50a 및 50b는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부, 50c는 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부, 60a 및 60b는 제1 및 제2 자기 수렴부(자장 방향 변환부), 71은 제1 가상 평면, 72는 제2 가상 평면, 70은 기판 평면, 161b 및 162b는 단부점을 나타내고 있다.
실시 형태 1의 자기 센서는, 제1 방향(X축)의 자장 성분을 검지하는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부(50a 또는 50b)와, 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y축)의 자장 성분과, 제1 및 제2 방향 중 어느 쪽으로도 직교하는 제3 방향(Z축)의 자장 성분을 제1 방향의 자장 성분으로 변환하는 자장 방향 변환부(60a, 60b)를 구비하고, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채 출력하는 자기 센서이다.
자장 방향 변환부(60a, 60b)는, 기판 위에 서로 대략 평행해지도록 배치된 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)로 구성된다. 그리고, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)와 자기 검지부(50a 또는 50b)가 갖는 자기 감지재로 구성되는 배치 패턴에 있어서, 자기 검지부(50a 또는 50b)가 갖는 자기 감지재는, 기판을 평면에서 보았을 때, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 배치되어 있다.
또한, 실시 형태 1의 자기 센서는, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와 동일한 구조의 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부(50c)를 구비하고, 이 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재가, 제1 내지 제3 방향의 자장 성분에 대하여 불감이 되도록 배치되어 있다. 즉, 제2 자기 수렴부(60b)가 평면에서 볼 때, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 포함하는 배치 패턴으로 되어 있다.
즉, 복수의 자기 수렴부(60a, 60b)는, 기판에 대하여 대략 평행하면서 서로 대략 평행하고, 인접하는 2개 중 한쪽에 대하여 다른 쪽이 길이 방향으로 어긋나 배치되어 있다. 또한, 복수의 자기 검지부(50a, 50b)는, 복수의 자기 수렴부(60a, 60b)에 대략 평행하며, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부가 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)의 사이에 배치되어 있다. 즉, 복수의 자기 수렴부(60a, 60b)는, 평면에서 볼 때, 인접하는 2개 중 한쪽에 대하여 다른 쪽이 자기 검지부(50a, 50b: 자기 저항 소자)에 평행한 방향으로 어긋나 배치되어 있다.
또한, 복수의 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부(60a, 60b) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)에 각각 치우쳐서 배치된 제1 및 제2 자기 검지부(50a, 50b)를 포함하고 있다. 즉, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부 중 적어도 1개가 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 있어서, 2개의 자기 검지부의 한쪽과 다른 쪽이 각각 2개의 자기 수렴부의 한쪽과 다른 쪽에 각각 치우쳐서 배치되어 있다. 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 있어서, 1개의 자기 검지부만이 존재하는 경우나 자기 검지부가 존재하지 않는 경우가 있어도 된다.
또한, 제1 자기 검지부(50a)는 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부(60a, 60b) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)의 한쪽의 자기 수렴부(60b)보다도 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)에 치우쳐서 배치되고, 제2 자기 검지부(50b)는 평면에서 볼 때, 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)보다도 한쪽의 자기 수렴부(60b)에 치우쳐서 배치되어 있어도 된다.
이하에, 전술한 구성에 의해, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채 출력하는 것이 가능한 것에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 8과 같이, 제1 방향과 제2 방향이, 기판 평면(70)에 평행하면서, 제3 방향이, 기판 평면(70)에 수직이다.
제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 기판 평면(70)에 대략 평행한 제1 가상 평면(71) 위에 배치되고, 제3 방향에 두께를 갖고, 제1 가상 평면(71)에 겹치는(교차 혹은 접하는) 자기 수렴부의 형상이 제2 방향에 길이 방향을 갖는 대략 직사각형이며, 각각이 제2 방향에 대략 평행한 방향으로, 병렬로 배치되어 있다.
또한, 도 8에서는, 직사각형의 자기 수렴부의 4개의 각이 직각으로 되어 있지만, 4개의 각 중 적어도 1개의 각이 라운딩되어 있거나, 모따기되어 있거나 하여도 된다. 또한, 제1 가상 평면(71)과 겹치는 자기 수렴부의 형상은, 직사각형에 한하지 않고, 제2 방향에 대략 평행한 방향으로 길이 방향을 갖는 사각형, 평행사변형, 사다리꼴 중 어느 것이어도 된다.
나아가서는, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 각각이 제2 방향에 평행하면서, 제2 방향에 평행한 각각의 긴 변이 동일한 길이를 갖고 있지만, 각각의 긴 변이 서로 다른 길이이어도 된다. 또한, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 제1 방향에 평행한 각각의 짧은 변이 동일한 길이를 갖지만, 각각의 짧은 변이 서로 다른 길이이어도 된다.
또한, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 각각의 저면이 제1 가상 평면(71)에 접하도록 배치되어 있지만, 각각의 일부가 제1 가상 평면(71)에 교차하도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)의 제3 방향의 두께가 일치하고 있지만, 각각의 두께가 일치하지 않아도 된다.
또한, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 제2 자기 수렴부(60b)가 제1 자기 수렴부(60a)에 대하여 제2 방향의 한쪽 측으로 돌출된 바와 같이(제2 자기 수렴부(60a)의 길이 방향에서 어긋나) 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴부(60b)의 형상의 제2 방향의 플러스측과 마이너스측에 있는 2개의 단부점(161b, 162b)에 대하여, 한쪽의 단부점(161b)을 포함하는 제2 방향에 직교하는 평면(XZ 평면)이 제1 자기 수렴부(60a)에 교차하지 않고, 동시에, 다른 쪽의 단부점(162b)을 포함하는 제2 방향에 직교하는 평면(XZ 평면)이 제1 자기 수렴부(60a)에 교차하도록 배치되어 있다. 단, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴부(60b)의 형상의 제2 방향에 있는 단부의 변이, 제1 방향에 평행으로 되는 경우에는, 단부점은 단부의 변 위의 임의의 1점으로 한다.
이와 같이 함으로써, 제2 자기 수렴부(60b)의 길이 방향으로 자장을 입력하였을 때, 제2 자기 수렴부(60b)로부터 제1 자기 수렴부(60a)에, 자속 성분의 자로가 형성되게 된다.
자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 기판 평면(70)에 대략 평행한 제2 가상 평면(72) 위에 배치되고, 자기 수렴부 등이 없는 상태에서, 제1 방향의 자장에만 감지하도록 형성되어 있다. 별도의 표현으로 말하자면, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 자기 수렴부 등이 없는 상태에서, 제1 방향에 감도축을 갖고 있다.
또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 평판 형상인 것이 바람직하다. 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 감지재의 형상은, 도시한 바와 같이, 제3 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 직사각형이 가장 바람직한 형상이지만, 어떤 형상이어도 되며, 예를 들어 사각형, 정사각형, 평행사변형, 사다리꼴, 삼각형, 다각형, 원형, 타원형 중 어느 것이어도 된다. 또한, 제2 방향에 자기 감지재를 세분하게 분할 구분하여 그들을 메탈 배선에서 교대로 접속한 일련의 복수의 자기 감지재는, 한 덩어리의 자기 감지재로서 간주할 수 있다. 다시 말하면, 예를 들어 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재는, 1개의 자기 감지재에 한하지 않고, 2개 이상의 자기 감지재를, 메탈 배선을 개재하여 접속하여 형성되어 있어도 된다.
또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 각각의 저면이 제2 가상 평면(72)에 접하도록 배치되어 있지만, 각각의 일부가 제2 가상 평면(72)에 교차하도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 도시에서는, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 제3 방향의 두께가 일치하고 있지만, 각각의 두께가 일치하지 않아도 된다.
자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재는, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 배치되고, 제1 자기 수렴부(60a)에 근접하도록 배치되어 있다. 또한, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재는, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 배치되고, 제2 자기 수렴부(60b)에 근접하도록 배치되어 있다. 즉, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴부(60a)의 형상과, 제2 자기 수렴부(60b)의 형상이 서로 가장 가까워지는 변의 중간으로 되는 선을 가상 중선 VM이라 하면, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재가, 가상 중선 VM보다도, 제1 자기 수렴부(60a) 근처에 있도록 배치되어 있다.
즉, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재는, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴부(60a)의 형상과, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재의 형상이 서로 가장 가까워지는 변의 거리 M11이, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴부(60b)의 형상과, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재의 형상이 서로 가장 가까워지는 변의 거리 M12보다도 짧아지도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재는, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재의 형상이, 가상 중선 VM보다도, 제2 자기 수렴부(60b) 근처에 있도록 배치되어 있다.
또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재는, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재의 형상과, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)의 형상이 직사각형인 경우, 제3 방향으로부터 (기판을) 평면에서 보았을 때, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)와 대략 평행해지도록 배치되면 된다. 이렇게 함으로써, 제2 방향 또는 제3 방향의 자장을 방향 변환한 제1 방향의 자장이, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재를 균일하게 가로지르기 때문에, 제2 방향 또는 제3 방향의 자장을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재와 제1 자기 수렴부(60a)의 위치 관계는, 제3 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재가 제1 자기 수렴부(60a)의 길이 방향을 따른 단변에 근접하여 배치되어 있는 것이 중요하다. 보다 바람직하게는, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재의 긴 변 방향을 따른 일부분이, 기판 평면(70)을 개재하여 제1 자기 수렴부(60a)에 덮여 있는 것이 좋다. 즉, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재와, 제1 자기 수렴부(60a)가 제3 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 어느 정도 중첩되어 있는 것이 좋다. 이것은, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재와 제2 자기 수렴부(60b)의 위치 관계에 있어서도 마찬가지이다.
이와 같이 함으로써, 실시 형태 1의 자기 센서는, 제1 내지 제3 방향의 자장에 대한 각각의 감도를 크게 취출할 수 있다는 이점이 있다.
자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재는, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 있어서, 제2 방향에 직교하는 평면이, 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)와, 어느 쪽으로도 교차하는 제2 방향을 따른 범위 R1 내에, 적어도 일부가 배치되고, 제2 방향을 따른 범위 R1에 있는 자기 감지재에 의해 제1 방향의 자장을 감지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재의 전부가, 제2 방향을 따른 범위 R1 내에 배치되면 된다.
마찬가지로, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재는, 제1 자기 수렴부(60a)와 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에 있어서, 제2 방향을 따른 범위 R1 내에, 적어도 일부가 배치되고, 제2 방향을 따른 범위 R1에 있는 자기 감지재에 의해 제1 방향의 자장을 감지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재의 전부가, 제2 방향을 따른 범위 R1 내에 배치되면 된다.
보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 제2 자기 수렴부(60b)에 덮이도록 배치되어 있다. 제1 방향의 자장이 제2 자기 수렴부(60b)에 수렴되는 자로가 형성되기 때문에, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재에 입력되는 제1 방향의 자장은 매우 작아진다. 또한, 제2 방향의 자장과 제3 방향의 자장은, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 위치에서, 제1 방향으로 변환되지 않고 감지되지 않는다.
따라서, 제1 방향의 자장에만 감지하는 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부(50c)는, 제1 내지 제3 중 어느 한쪽 방향의 자장에 대하여 불감의 자기 감지재가 얻어진다. 또한, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 제2 자기 수렴부(60b)의 짧은 방향의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b) 중, 적어도 1개의 자기 수렴부에 덮여 배치되어 있으면 된다. 또한, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 제2 자기 수렴부(60b)에 덮이도록 배치되어 있지만, 제1 자기 수렴부(60a)에 덮이도록 배치되어도 된다.
또한, 도시는 생략하였지만, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)와는 별도로 설치한 자기 수렴부에 덮이도록 배치되어도 된다. 또한, 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 복수 개 있어도 된다.
자기 수렴부는, NiFe, NiFeB, NiFeCo, CoFe 등의 연자성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 자기 감지재는, 1축 방향의 자장에만 감지하여 저항값을 변화시키는 자기 저항 소자이면 어느 것이어도 되므로, 예를 들어 거대 자기 저항(GMR) 소자, 터널 자기 저항(TMR) 소자, 이방성 자기 저항(AMR) 소자, 반도체 자기 저항(SMR) 소자 중 어느 것이어도 된다.
기판은, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 세라믹 기판 중 어느 것이어도 된다. 또한, 기판은, IC를 탑재한 실리콘 기판이어도 된다.
제1 및 제2 가상 평면(71 및 72)은 제3 방향을 따라서, 기판 평면(70)보다도 위에 제2 가상 평면(72)이 있으며, 제2 가상 평면(72)보다도 위에 제1 가상 평면(71)이 있는 순서로 배치되어 있다. 이때, 기판 평면(70) 위에 제1 방향의 자장에만 감지하는 자기 감지재를 형성한 후, 이어서, 자기 수렴부를 형성한다는 극히 심플한 방법을 적용할 수 있어, 제조와 성능의 관점에서 간소하여 더할 나위 없이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는, 도 8의 (a)에 도시한 자기 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 제2 방향의 자장 By가, 제2 방향으로 돌출된 제2 자기 수렴부(60b)로부터, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재와 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 제1 방향의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴부(60a)를 통과하는 자로가 형성된다. 이때, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재는, 제2 방향으로부터 입력되는 자장의 크기에 비례하여 방향 변환된 제1 방향의 자장을 감지한다.
다음으로, 제3 방향의 자장 Bz가, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 제1 방향의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴부(60a)에 수렴되는 자로와, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재를 제1 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제2 자기 수렴부(60b)에 수렴되는 자로가 형성된다. 이때, 자기 검지부(50a, 50b)는, 제3 방향으로부터 입력되는 자장의 크기에 비례하여 방향 변환된 제1 방향의 자장을 감지한다.
또한, 제1 방향의 자장 Bx가, 제1 자기 수렴부(60a)에 수렴되어 통과하고, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재와 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재를 제1 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제2 자기 수렴부(60b)에 수렴되어 통과하는 자로가 형성된다. 이때, 자기 검지부(50a, 50b)는, 제1 방향의 자장을 감지한다.
도 10은, 도 8의 (a)에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 부호 62는 메탈 배선, S는 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합된 출력 단자, A, B, C는 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 다른 쪽 단자가 각각에 접속된 출력 단자를 나타내고 있다. 그리고, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간의 자기 저항을 RA, RB, RC라 하면, 각각의 자기 저항은 이하와 같이 된다.
RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz …(1)
RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz …(2)
RC=R …(3)
R은 자장에 의존하지 않는 저항값(또는 자장이 없을 때의 저항값), ΔRx는 제1 방향의 자장 Bx의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRy는 제2 방향의 자장 By의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRz는 제3 방향의 자장 Bz의 크기에 따른 저항 변화량이다. 식 (1) 및 식 (2)의 자기 저항은, 모두 3축 성분의 자장 크기에 따른 저항 변화량 ΔRx, ΔRy, ΔRz가 포함되어 있다.
ΔRx, ΔRy, ΔRz의 부호는, 자기 검지부(50a, 50b)를 가로지르는 제1 방향의 자장 방향에 대응하고 있다. 식 (3)의 자기 저항은, 전술한 바와 같이, 제1 내지 제3 중 어느 한쪽 방향의 자장에도 불감이기 때문에, 3축 성분 중 어느 한쪽의 저항 변화량을 포함하지 않는다.
또한, 식 (1) 내지 식 (3)의 자기 저항으로부터,
(1)-(3)에 의해, SA=RA-RC=ΔRx-ΔRy-ΔRz …(4)
(2)-(3)에 의해, SB=RB-RC=ΔRx-ΔRy+ΔRz …(5)
로 된다. 이와 같이 하여, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 즉, 실시 형태 1의 자기 센서는, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있다. 또한, 식 (4)와 식 (5)를 가산하면, 혼합한 각 자장 성분으로부터 기판에 평행한 자장 성분을 분리할 수 있고, 식 (5) 내지 식 (4)를 감산하면, 혼합한 각 자장 성분부터 기판에 수직인 자장을 분리할 수 있다. 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 감지재는 적어도 1개 배치되어 있으면 되므로, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (1)의 출력 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (4)의 출력 신호가 얻어진다. 또는, 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (2)의 출력 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (5)의 출력 신호가 얻어진다.
도 10에서는, 자기 감지재의 접속은, 메탈 배선이지만, 자기 감지재와 동일 재료의 배선이어도 되고, 양자의 배선이 혼재되어도 된다. 또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 한쪽 단자를 전기적으로 1점에 결합하여 출력 단자 S에 접속하는 것은, 출력 단자수를 저감시킬 수 있으므로, 가장 바람직한 형태이지만, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 한쪽 단자를 각각 출력 단자에 접속하여도, 발명의 본질은 변함없다.
도 11은, 도 10에 도시한 자기 센서의 신호 검출을 위한 구체적인 회로 구성도이다. 도면 중 부호 50a 및 50b는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부, 50c는 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부, S는 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합된 출력 단자, A, B, C는 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 다른 쪽 단자가 각각에 접속된 출력 단자, 90a 내지 90c는 제1 내지 제3 정전류원, 111은 제1 전위, 112는 제2 전위를 나타내고 있다.
출력 단자 S는, 제1 전위(111)가 부여되어 있다. 또한, 출력 단자 A, B, C는, 제1 내지 제3 정전류원(90a 내지 90c)의 한쪽 단자에 각각 접속되어 있다. 또한, 제1 내지 제3 정전류원(90a 내지 90c)의 다른 쪽 단자는, 전기적으로 1점에 결합되고, 제2 전위(112)가 부여되어 있다.
자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 각각에 접속된 출력 단자 A, B, C를 통하여, 제1 내지 제3 정전류원(90a 내지 90c)에서 생성되는 크기 Is의 전류가 각각에 공급되어 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 출력 단자 A-S 간에 발생하는 전압 VAS는, VAS=IsRA=Is(R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)로 되고, 식 (1)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다. 마찬가지로, 출력 단자 B-S 간, C-S 간의 각각에 발생하는 전압 VBS, VCS는, 각각 식 (2), 식 (3)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다.
계속해서, 전압 VAS와 전압 VCS로 얻어지는 차분 전압 VA는, VA=VAS-VCS=IsSA=Is(ΔRx-ΔRy-ΔRz)로 되고, 식 (4)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다. 마찬가지로, 전압 VBS와 전압 VCS로 얻어지는 차분 전압 VB는, 식 (5)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다.
이와 같이 하여, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채의 출력 신호를 취출할 수 있다. 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 감지재는 적어도 1개 배치되어 있으면 되므로, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (1)에 Is를 곱한 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (4)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다. 또는, 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (2)에 Is를 곱한 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (5)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다.
여기서, 차분 전압 VA, VB는, 다시 말하면, 각각, 출력 단자 A-C 간, B-C 간에 발생하는 전압이므로, 직접, 출력 단자 A-C 간, B-C 간의 전압을 측정함으로써, 식 (1) 내지 식 (3)에 Is를 곱한 신호를 취출하지 않고, 식 (4) 및 식 (5)에 Is를 곱한 신호를 취출할 수 있다.
제1 전위(111)와 제2 전위(112)는, 각각 전원 장치의 접지 전위와 전원 전위가 부여되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 각각에 제1 내지 제3 정전류원(90a 내지 90c)이 접속되어, 전류가 공급되어 있지만, 예를 들어 출력 단자 A, B, C의 각각에 스위치를 설치하고, 적어도 1개의 정전류원을 사용하여, 스위치를 전환하면서 각각의 자기 감지재에 전류를 공급함으로써도 실현할 수 있다.
또한, 실시 형태 1의 자기 센서는, 임의의 방향의 자장에 반응하는 것이 가능기 때문에, 기기의 설계 자유도를 향상시켜서, 기기의 더 이상의 소형화나 공간 절약화를 실현할 수 있다. 나아가서는, 소형, 저소비 전력, 고감도 및 고정밀도이며, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채 출력하도록 한 자기 센서를 실현할 수 있다.
[실시 형태 2]
도 12의 (a), (b)는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 2에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 전술한 실시 형태 1의 자기 센서의 변형 형태이며, 도 12의 (a)는 상면도(제3 방향에서 본 평면시), 도 12의 (b)는, 도 12의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도면 중 부호는, 도 8의 (a), (b)와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
도 12의 (a)는, 도 8의 (a)에 도시한 배치 패턴을, 제1 방향에 직교하는 평면(YZ 평면)에서 대칭으로 배치한 패턴이다. 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)는, 도 8의 (a)에 있어서는, 제1 방향의 플러스 방향을 향하여, 제1 자기 수렴부(60a), 제2 자기 수렴부(60b)의 순서로 배치되어 있지만, 도 12의 (a)에 있어서는, 제1 방향의 플러스 방향을 향하여, 제2 자기 수렴부(60b), 제1 자기 수렴부(60a)의 순서로 배치되어 있다.
또한, 자기 검지부(50a, 50b)가 갖는 자기 감지재와, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재는, 도 8의 (a)에 있어서는, 제1 방향의 플러스 방향을 향하여, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 순서로 배치되어 있지만, 도 12의 (a)에 있어서는, 제1 방향의 플러스 방향을 향하여, 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재의 순서로 배치되어 있다.
이때, 제2 방향의 자장 By가, 제2 방향의 마이너스측으로 돌출된 제2 자기 수렴부(60b)로부터, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재와 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 제1 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴부(60a)를 통과하는 자로가 형성된다.
따라서, 도 10과 마찬가지로, 출력 단자 A-S 간에 자기 검지부(50a)를 접속하고, 출력 단자 B-S 간에 자기 검지부(50b)를 접속하고, 출력 단자 C-S 간에 보조 자기 검지부(50c)를 접속하면, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간의 자기 저항 RA, RB, RC는, 이하와 같이 된다.
RA=R+ΔRx+ΔRy+ΔRz …(6)
RB=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz …(7)
RC=R …(8)
또한, 식 (6) 내지 식 (8)의 자기 저항으로부터,
(6)-(8)에 의해, SA=RA-RC=ΔRx+ΔRy+ΔRz …(9)
(7)-(8)에 의해, SB=RB-RC=ΔRx+ΔRy-ΔRz …(10)
로 된다. 이와 같이 하여, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 즉, 실시 형태 2의 자기 센서는, 적어도 기판에 수직인 자장과 평행한 자장을 혼합하여 각 자장 성분을 분리 가능한 상태에서 검지할 수 있다. 또한, 식 (9)와 식 (10)을 가산하면, 혼합한 각 자장 성분으로부터 기판에 평행한 자장 성분을 분리할 수 있고, 식 (9) 내지 식 (10)을 감산하면, 혼합한 각 자장 성분으로부터 기판에 수직인 자장을 분리할 수 있다. 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 감지재는 적어도 1개 배치되어 있으면 되므로, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (6)의 출력 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (9)의 출력 신호가 얻어진다. 또는, 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에, 자기 검지부(50b)가 갖는 자기 감지재를 설치하면, 식 (7)의 출력 신호가 얻어지고, 이것에 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재를 더 설치하면, 식 (10)의 출력 신호가 얻어진다.
[실시 형태 3]
도 13은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 3에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도면 중 부호 60c 및 60d는 제3 및 제4 자기 수렴부, 61a 내지 61d는 제1 내지 제4 자기 수렴 부재를 나타내고 있다. 또한, 도 8의 (a), (b)와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
실시 형태 3의 자기 센서는, 도 8의 (a)에 도시한 실시 형태 1의 배치 패턴에, 나아가, 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)를 구비하고 있다.
자장 방향 변환부는, 제3 자기 수렴부(60c) 및/또는 제4 자기 수렴부(60d)를 갖는다. 이 제3 자기 수렴부(60c)는, 제1 자기 수렴부(60a)를 제3 자기 수렴부(60c) 및 제2 자기 수렴부(60b)의 사이에서 끼우는 위치에 배치된다. 제4 자기 수렴부(60d)는 제2 자기 수렴부(60b)를 제4 자기 수렴부(60d) 및 제1 자기 수렴부(60a)의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있다.
즉, 복수의 자기 수렴부는, 3개 이상의 자기 수렴부(60a 내지 60d)로 구성되고, 1개의 자기 수렴부(60a)가 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)가 1개의 자기 수렴부(60a)를 평면에서 볼 때 사이에 끼워 대향하도록 배치되어 있다.
또한, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 평면에서 볼 때 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60d)의 각 무게 중심이 지그재그가 되도록 배치되어 있다. 또한, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 평면에서 볼 때 1개 걸러 대항하여 배치되어 있다.
제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 제2 자기 수렴부(60b)와 제3 자기 수렴부(60c)가 제1 자기 수렴부(60a)와 제4 자기 수렴부(60d)보다도, 제2 방향의 한쪽 측으로 돌출된 바와 같이 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 전술한 실시 형태 1에서 설명한 자로 외에, 제2 방향의 자장 By가, 제2 방향의 마이너스측으로 돌출된 제3 자기 수렴부(60c)로부터 무지의 가상 평면(72) 위를 제1 방향의 플러스 방향을 향해 가로질러서 제1 자기 수렴부(60a)를 통과하는 자로와, 제2 방향의 마이너스측으로 돌출된 제2 자기 수렴부(60b)로부터 무지의 가상 평면(72) 위를 제1 방향의 플러스 방향을 향해 가로질러서 제4 자기 수렴부(60d)를 통과하는 자로가 형성된다.
또한, 제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 각각이 제2 방향에 길이 방향을 갖는 직사각형으로 되어 배치되어 있다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴부(60a)의 형상과, 제3 자기 수렴부(60c)의 형상이 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M1이다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴부(60b)와, 제4 자기 수렴부(60d)가 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M3이다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴부(60a)와, 제2 자기 수렴부(60b)가 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M2이다.
또한, 제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 에지 간 거리 M1과, 에지 간 거리 M2와, 에지 간 거리 M3이 대략 동등해지도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 3개의 에지 간 거리 M1 내지 M3은, 어느 하나의 거리의 0.7배 이상 1.3배 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 특히 후술하는 실시 형태 4의 복수의 배치 패턴으로 하였을 때, 제1 및 제2 자기 수렴부(60a 및 60b)를 통과하는 자속이 거의 균등해져서, 제2 방향의 자장을 방향 변환한 제1 방향의 자장이, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 균일하게 가로지르도록 할 수 있다. 이로 인해, 실시 형태 3의 자기 센서는, 제2 방향의 자장을 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 제3 및 제4 자기 수렴부(60c 및 60d)는, 도시에서는, 각각 모두 배치되어 있지만, 어느 쪽이든 한쪽만 배치되어 있어도 된다.
또한, 제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d)는, 각각의 단부에 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)를 구비하고, 제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d) 및 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)는, 제3 방향으로부터 (기판을) 평면에서 보았을 때, T자형 또는 L자형의 형상을 이루고 있다.
제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)는, 제1 자기 수렴 부재(61a)와 제4 자기 수렴 부재(61d)의 사이와, 제3 자기 수렴 부재(61c)와 제2 자기 수렴 부재(61b)의 사이에 각각 공극부 Gad, Gbc가 설치되도록 배치되어 있다.
이와 같이 함으로써, 제1 방향의 자장 Bx가, 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)에 집중적으로 수렴되는 것을 억제하여, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 균일하게 가로지르는 자로를 형성할 수 있다. 이로 인해, 실시 형태 3의 자기 센서는, 제1 방향의 자장을 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 제2 방향의 자장 By는, 제2 자기 수렴부(60b)의 단부에 설치된 제2 자기 수렴 부재(61b)가 넓은 범위에서 자기를 수렴하여 제2 자기 수렴부(60b)의 단부를 통과하고, 제2 자기 수렴부(60b)에서 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재를 가로지른다. 그리고, 제2 방향의 자장 By가, 제1 자기 수렴부(60a)를 통해 제1 자기 수렴 부재(61a)를 빠져나가는 자로가 형성된다. 따라서, 실시 형태 3의 자기 센서는, 제2 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다.
도 13에서는, 제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d) 및 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)가 T자형 또는 L자형의 형상을 이루고 있지만, Y자형의 형상을 이루도록 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)를 설치하여도, 실시 형태 3의 자기 센서는, 제2 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)는 전부 설치되어 있지만, 이 중의 일부만이 설치되어 있어도 된다.
제1 내지 제4 자기 수렴부(60a 내지 60d) 및 제1 내지 제4 자기 수렴 부재(61a 내지 61d)는, NiFe, NiFeB, NiFeCo, CoFe 등의 연자성 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
[실시 형태 4]
도 14는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 4에 있어서의 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와 자기 수렴부의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도면 중 부호는, 도 8의 (a), (b)와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다. 실시 형태 4의 자기 센서는, 도 13에 도시한 자기 수렴부(60a 및 60b)와 자기 검지부(50a)와 보조 자기 검지부(50c)에 의한 배치 패턴을 복수 갖는 자기 센서이다.
도 14에 있어서는, 상기 배치 패턴이 4개 배열되어 있으며, 자기 검지부(50a) 및 보조 자기 검지부(50c)는, 각각 4개의 자기 감지재를 갖고 있다. 그리고, 각각 4개의 자기 감지재가 전기적으로 직렬로 접속되고, 각각의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합되어 출력 단자 S에 접속되고, 각각의 다른 쪽 단자가 출력 단자 A, C에 접속되어 있다.
이와 같이 함으로써, 실시 형태 4의 자기 센서는, 1개의 배치 패턴보다도, 제1 내지 제3 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다. 도 14에서는, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재 및 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 각각 4개의 자기 감지재가, 전기적으로 직렬로 접속되어 있지만, 전기적으로 병렬로 접속되어 있어도 된다. 자기 감지재의 접속 방법은, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재 및 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 각각 4개의 자기 감지재는, 전부가 전기적으로 접속되어 있지만, 전부가 아니라, 일부만이 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 또한, 자기 검지부(50a)가 갖는 자기 감지재 및 보조 자기 검지부(50c)가 갖는 자기 감지재의 각각 4개의 자기 감지재의 접속은, 메탈 배선이어도 되고, 자기 감지재와 동일 재료의 배선이면 되며, 양자의 배선이 혼재하여도 된다.
또한, 도 14에서는, 복수의 반복 배치 패턴 중에, 보조 자기 검지부(50c)가 설치되어 있지만, 보조 자기 검지부(50c)가 설치되지 않고, 자기 검지부(50a)만이 설치되어 있어도, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채 출력할 수 있다.
여기서, 실시 형태 1 내지 4의 자기 센서는, 다른 기능 블록을 제어하는 제어부(도시생략)를 구비하고, 이 제어부에는, 자기 검지부의 출력으로부터 얻어지는 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호가 입력되고, 제어부가, 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호로 다른 기능 블록을 제어하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 실시 형태 1 내지 4의 자기 센서는, 자기 검지부의 출력과 보조 자기 검지부의 출력에 기초하여, 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호를 생성하는 신호 생성부(도시생략)와, 다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부가, 신호 생성부로부터 출력되는 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호로 다른 기능 블록을 제어하도록 구성되어 있어도 된다.
제어부는, 자기 검지부의 출력으로부터 얻어지는 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호로부터, 직교하는 2축 방향이나 3축 방향의 자장 성분이 아니라, 자장의 크기 바로 그 자체를 산출한다. 그리고, 제어부는, 산출된 자장의 크기에 기초하여 다른 기능 블록을 제어한다. 다른 기능 블록으로서는, 예를 들어 휴대 모듈의 화면 ON/OFF를 전환하는 기능 블록 등이 고려된다.
이와 같이 하여, 실시 형태 1 내지 4의 자기 센서는, 임의의 방향의 자장에 반응하는 것이 가능하기 때문에, 기기의 설계 자유도를 향상시켜서, 기기의 더 이상의 소형화나 공간 절약화를 실현할 수 있다. 나아가서는, 소형, 저소비 전력, 고감도 및 고정밀도이며, 직교하는 3축의 자기 신호를 분리하지 않고 혼재한 채 출력하도록 한 자기 센서를 실현할 수 있다.
본 발명의 실시 형태 1 내지 4의 자기 센서는, 자장의 유무를 판정하는 용도나, 직교하는 2축 방향이나 3축 방향의 각 자장 성분에 반응하고, 자장의 크기 바로 그 자체를 측정하는 용도에 적합하다. 예를 들어, 실시 형태 1 내지 4의 자기 센서는, 휴대 모듈의 개폐를 검출하는 자기 센서 IC나 도체를 흐르는 전류량을 측정하는 전류 센서 등에 적합하게 사용할 수 있다.
[실시 형태 5]
도 15의 (a), (b)는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 5에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 도 15의 (a)는 상면도(Z축 방향에서 본 평면시), 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도면 중 부호 50a 내지 50e는 제1 내지 제5 자기 저항 소자(자기 검지부), 60a 내지 60c는 제1 내지 제3 자기 수렴판(자기 수렴부)을 나타내고 있다. 또한, 도 8과 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
실시 형태 5의 자기 센서는, 복수의 자기 저항 소자의 모두가, 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제1 축(X축) 방향에 자기 감지축을 갖고, 기판 평면(70)에 대하여 평행하면서 제1 축에 대하여 수직인 제2 축(Y축)과, 기판 평면(70)에 대하여 수직인 제3 축(Z축)의 2축 방향의 자기를 검출하거나, 제1 내지 제3 축(X, Y, Z축)의 3축 방향의 자기를 검출한다. 복수의 자기 저항 소자는, 도 15에 있어서, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)로 구성된다.
또한, 제1 자기 검지부(50a)는, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b)의 한쪽의 자기 수렴부(60b)보다도 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)에 치우쳐서 배치되고, 제2 자기 검지부(50b)는 평면에서 볼 때, 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)보다도 한쪽의 자기 수렴부(60b)에 치우쳐서 배치되어 있어도 된다. 즉, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60a, 60b) 중 한쪽의 자기 수렴부(60b)에 대하여 다른 쪽의 자기 수렴부(60a)가 평면에서 볼 때, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)에 평행한 방향으로 어긋나 배치되어 있다. 또한, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c) 중 인접하는 2개의 자기 수렴부(60b, 60c) 중 한쪽의 자기 수렴부(60b)에 대하여 다른 쪽의 자기 수렴부(60c)가 평면에서 볼 때, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)에 평행한 방향으로 어긋나 배치되어 있다. 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴부 중 적어도 1개의 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 있어서, 2개의 자기 검지부의 한쪽과 다른 쪽이 각각 2개의 자기 수렴부의 한쪽과 다른 쪽에 각각 치우쳐 배치되어 있어도 된다. 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 있어서, 1개의 자기 검지부만이 존재하는 경우나 자기 검지부가 존재하지 않는 경우이어도 된다. 또한, 복수의 자기 수렴부는, 3개 이상의 자기 수렴부(60a 내지 60c)로 구성되고, 1개의 자기 수렴부(60a)가 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 2개의 자기 수렴부(60b, 60c)가 1개의 자기 수렴부(60a)를 평면에서 볼 때 사이에서 끼워 대향하도록 배치되어 있다.
또한, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c)는, 평면에서 볼 때 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c)의 각 무게 중심이 지그재그가 되도록 배치되어 있다. 또한, 복수의 자기 수렴부(60a 내지 60c)는, 평면에서 볼 때 1개 걸러 대항하여 배치되어 있다.
이하에, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)와, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)으로 구성하는 배치 패턴에 의해, 3축 방향의 자기를 검출하는 것이 가능한 것에 대하여 설명한다.
기판은, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 세라믹 기판 중 어느 것이어도 된다. 또한, 기판은, IC를 탑재한 실리콘 기판이어도 된다.
제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 기판 평면에 대략 평행한 제1 가상 평면(71) 위에 배치되어 있다. 그리고, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제3 축 방향(Z축 방향)으로 두께를 갖고, 제1 가상 평면(71)에 중첩되는(교차하거나, 혹은 접하는) 자기 수렴판의 형상이 제2 축 방향(Y축 방향)으로 길이 방향을 갖는 대략 직사각형으로 되어 있다. 또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제2 자기 수렴판(60b)이 중앙으로 되도록, 각각이 제2 축 방향에 대략 평행한 방향으로, 병렬로 배치되어 있다. 즉, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60c: 자기 수렴부)은, 기판에 대하여 대략 평행하면서 서로 대략 평행하고, 인접하는 2개의 한쪽에 대하여 다른 쪽이 길이 방향으로 어긋나 배치되어 있다. 더 상세히 말하자면, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 1개의 자기 수렴판(60b)이 2개의 자기 수렴판(60a, 60c)에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 2개의 자기 수렴판(60a, 60c)이 1개의 자기 수렴판(60b)을 평면에서 볼 때 끼워 넣어서 대향하도록 배치되어 있다. 도시에서는, 직사각형의 자기 수렴판의 4개의 각이 직각으로 되어 있지만, 4개의 각 중 적어도 1개의 각이 라운딩되어 있거나, 모따기되어 있거나 하여도 된다. 또한, 제1 가상 평면(71)과 겹치는 자기 수렴판의 형상은, 직사각형에 한하지 않고, 제2 축 방향에 대략 평행한 방향으로 길이 방향을 갖는 사각형, 평행사변형, 사다리꼴 중 어느 것이어도 된다.
나아가서는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 각각이 제2 축 방향에 평행하면서, 제2 축 방향에 평행한 각각의 긴 변이 동일한 길이를 갖고 있지만, 각각의 긴 변이 서로 다른 길이이어도 된다. 또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제1 축 방향(X축 방향)에 평행한 각각의 짧은 변이 동일한 길이를 갖고 있지만, 각각의 짧은 변이 서로 다른 길이이어도 된다. 또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 각각의 저면이 제1 가상 평면(71)에 접하도록 배치되어 있지만, 각각의 일부가 제1 가상 평면(71)에 교차하도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 15에서는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제3 축 방향의 두께가 일치하고 있지만, 각각의 두께가 일치하지 않아도 된다.
또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제2 자기 수렴판(60b)이 제1 자기 수렴판(60a)과 제3 자기 수렴판(60c)보다도, 제2 축 방향의 한쪽 측으로 돌출되도록 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)의 형상의 제2 축 방향의 플러스측과 마이너스측에 있는 2개의 단부점(161b, 162b)에 대하여, 한쪽의 단부점(161b)을 포함하는 제2 축 방향에 직교하는 평면(XZ 평면)이, 제1 자기 수렴판(60a)과, 제3 자기 수렴판(60c)과, 어느 쪽으로도 교차하지 않고, 동시에, 다른 쪽의 단부점(162b)을 포함하는 제2 축 방향에 직교하는 평면(XZ 평면)이 제1 자기 수렴판(60a)과, 제3 자기 수렴판(60c)과, 어느 쪽으로도 교차하도록 배치되어 있다. 단, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)의 제2 축 방향에 있는 단부의 변이, 제1 축 방향에 평행하게 되는 경우에는, 단부점은 단부의 변 위의 임의의 1점으로 한다.
이와 같이 함으로써, 제2 자기 수렴판(60b)의 길이 방향으로 자기를 입력하였을 때, 제2 자기 수렴판(60b)으로부터 제1 자기 수렴판(60a), 및 제2 자기 수렴판(60b)으로부터 제3 자기 수렴판(60c)에 각각 자속 성분이 형성되게 된다.
또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 각각이 제2 축 방향에 길이 방향을 갖는 직사각형으로 되어 배치되어 있다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴판(60a)과, 제2 자기 수렴판(60b)이 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 제1 에지 간 거리 Lab이다. 그리고, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)과, 제3 자기 수렴판(60c)이 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 제2 에지 간 거리 Lbc이다.
여기서, 제1 및 제2 에지 간 거리 Lab, Lbc는, 보다 상세하게는 이하와 같이 규정된다. 제2 축 방향에 직교하는 평면이, 제1 자기 수렴판(60a)과, 제2 자기 수렴판(60b)과, 어느 쪽으로도 교차하는 제2 축 방향의 제1 범위 R1에서, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴판(60a)과, 제2 자기 수렴판(60b)이, 제1 축 방향을 따라서 가장 짧아지는 거리가 제1 에지 간 거리 Lab이다. 그리고, 제2 축 방향에 직교하는 평면이, 제2 자기 수렴판(60b)과, 제3 자기 수렴판(60c)과, 어느 쪽으로도 교차하는 제2 축 방향의 제2 범위 R2에서, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)과, 제3 자기 수렴판(60c)이, 제1 축 방향을 따라서 가장 짧아지는 거리가 제2 에지 간 거리 Lbc이다.
제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제1 에지 간 거리 Lab와, 제2 에지 간 거리 Lbc가 대략 동등해지도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 및 제2 에지 간 거리 Lab, Lbc는, 어느 하나의 거리의 0.7배 이상 1.3배 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 제조상의 변동 등에 의해, 제1 및 제2 에지 간 거리 Lab, Lbc가 이 범위에 들어가면, 실시 형태 5의 자기 센서는, 제1 내지 제3 축 방향의 자장에 대한 각각의 감도 변동이 작게 억제된다.
제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 기판 평면(70)에 대략 평행한 제2 가상 평면(72) 위에 배치되고, 자기 수렴판 등이 없는 상태에서, 제1 축 방향의 자장에만 감지하도록 형성되어 있다. 별도의 표현으로 말하자면, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 자기 수렴판 등이 없는 상태에서, 제1 축 방향에 감도축을 갖고 있다.
또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 평판 형상인 것이 바람직하다. 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 저항 소자의 형상은, 도 15와 같은(제3 축 방향에서 볼 때, 즉, 평면에서 볼 때) 직사각형에 한하지 않고, 어떤 형상이어도 되며, 예를 들어 사각형, 정사각형, 평행사변형, 사다리꼴, 삼각형, 다각형, 원형, 타원형 중 어느 것이어도 된다. GMR 소자의 경우, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 자기 저항 소자의 형상은, 도 15와 같은 (제3 축 방향에서 볼 때, 즉, 평면에서 볼 때) 대략 직사각형이 바람직하다. 제2 축 방향에 자기 저항 소자를 세분하게 분할 구분하여 그들을 메탈 배선로 교대로 접속한 일련의 복수의 자기 저항 소자는, 한 덩어리의 자기 저항 소자로서 간주할 수 있다. 다시 말하면, 예를 들어 제1 자기 저항 소자(50a)는 1개의 자기 저항 소자에 한하지 않고, 2개 이상의 자기 저항 소자를 메탈 배선에서 접속하여 형성되어도 된다.
또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각의 저면이 제2 가상 평면(72)에 접하도록 배치되어 있지만, 각각의 일부가 제2 가상 평면(72)에 교차하도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 15에서는, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 제3 축 방향의 두께가 일치하고 있지만, 각각의 두께가 일치하지 않아도 된다.
또한, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 제1 자기 수렴판(60a)과 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에 배치되는 2개의 자기 저항 소자(50a, 50b: 한쪽의 자기 검지부군)와, 제2 자기 수렴판(60b)과 제3 자기 수렴판(60c)의 사이에 배치되는 다른 2개의 자기 저항 소자(50c, 50d: 다른 쪽의 자기 검지부군)를 구비하고 있다. 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 2개의 자기 저항 소자(50a, 50b) 중, 제1 자기 저항 소자(50a)가 제1 자기 수렴판(60a)에 근접하고, 제2 자기 저항 소자(50b)가 제2 자기 수렴판(60b)에 근접하여 배치되어 있다. 또한, 다른 2개의 자기 저항 소자(50c, 50d) 중, 제3 자기 저항 소자(50c)가 제2 자기 수렴판(60b)에 근접하고, 제4 자기 저항 소자(50d)가 제3 자기 수렴판(60c)에 근접하여 배치되어 있다. 즉, 복수의 자기 저항 소자(자기 검지부; 50a 내지 50d)는, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60c)에 대략 평행하다. 자기 저항 소자(50a, 50b)는, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60c)이 인접하는 2개의 자기 수렴판(60a, 60b)의 사이에 각각 치우쳐서 배치되어 있다. 또한, 자기 저항 소자(50c, 50d)는, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60c)이 인접하는 2개의 자기 수렴판(60b, 60c)의 사이에 각각 치우쳐서 배치되어 있다.
제1 자기 저항 소자(50a)와, 제1 자기 수렴판(60a)의 위치 관계는, 제3 축 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 제1 자기 저항 소자(50a)가 제1 자기 수렴판(60a)의 길이 방향을 따른 단변에 근접하여 배치되어 있는 것이 중요하다. 즉, 제1 자기 저항 소자(50a)는, 인접하는 2개의 자기 수렴판(60a, 60b) 중 한쪽의 자기 수렴판(60b)보다도 다른 쪽의 자기 수렴판(60a)에 치우쳐서 배치되어 있는 것이 중요하다. 또한, 제2 자기 저항 소자(50b)는, 인접하는 2개의 자기 수렴판(60a, 60b) 중 다른 쪽의 자기 수렴판(60a)보다도 한쪽의 자기 수렴판(60b)에 치우쳐서 배치되어 있는 것이 중요하다. 보다 바람직하게는, 제1 자기 저항 소자(50a)의 긴 변 방향을 따른 일부분이, 평면에서 볼 때, 제1 자기 수렴판(60a)에 덮여 있는 것이 좋다. 즉, 제1 자기 저항 소자(50a)와, 제1 자기 수렴판(60a)이 제3 축 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 어느 정도 중첩되어 있는 것이 좋다. 이것은, 제2 자기 저항 소자(50b)와 제2 자기 수렴판(60b)의 위치 관계와, 제3 자기 저항 소자(50c)와 제2 자기 수렴판(60b)의 위치 관계와, 제4 자기 저항 소자(50d)와 제3 자기 수렴판(60c)의 위치 관계에 있어서도 마찬가지이다.
이와 같이 함으로써, 실시 형태 5의 자기 센서는, 제1 내지 제3 축 방향의 자장에 대한 각각의 감도를 크게 취출할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 제조상의 변동 등에 의해, 자기 저항 소자의 위치가, 자기 수렴판에 대하여 제1 축 방향을 따라서 어긋나 형성되거나, 자기 저항 소자의 폭이 변동되어 형성되거나 하여도, 제1 내지 제3 축 방향의 자장에 대한 각각의 감도 변동이 억제되는 이점이 있다.
2개의 자기 저항 소자(50a, 50b)는, 제1 자기 수렴판(60a)과 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에 있어서, 제2 축 방향을 따라 본 제1 범위 R1 내에 적어도 일부가 배치되고, 각각이 제1 범위 R1에서 제1 축 방향의 자장을 감지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 2개의 자기 저항 소자(50a, 50b)의 전부가, 제1 범위 R1 내에 배치되면 된다. 마찬가지로, 다른 2개의 자기 저항 소자(50c, 50d)는, 제2 자기 수렴판(60b)과 제3 자기 수렴판(60c)의 사이에 있어서, 제2 축 방향을 따라 본 제2 범위 R2 내에 적어도 일부가 배치되고, 각각이 제2 범위 R2에서 제1 축 방향의 자장을 감지하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 다른 2개의 자기 저항 소자(50c, 50d)의 전부가, 제2 범위 R2 내에 배치되면 된다.
또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 각각이 제2 축 방향에 길이 방향을 갖는 직사각형으로 되어 배치되어 있으며, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)도, 각각이 제2 축 방향에 길이 방향을 갖는 직사각형으로 되어 배치되어 있다.
제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴판(60a)과, 제2 자기 수렴판(60b)이 서로 가장 가까워지는 변의 중간으로 되는 선이 제1 가상 중선 VM1이다. 제1 가상 중선 VM1과, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 제1 자기 저항 소자(50a)의 제1 축 방향에 수직으로 가로지르는 2개의 단부의 변 중간으로 되는 선의 거리가 제1 중선 간 거리 L1이다. 또한, 제1 가상 중선 VM1과, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 제2 자기 저항 소자(50b)의 제1 축 방향에 수직으로 가로지르는 2개의 단부의 변의 중간으로 되는 선과의 거리가 제2 중선 간 거리 L2이다.
마찬가지로, 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)과, 제3 자기 수렴판(60c)이 서로 가장 가까워지는 변의 중간으로 되는 선이 제2 가상 중선 VM2이다. 제2 가상 중선 VM2와, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 제3 자기 저항 소자(50c)의 제1 축 방향에 수직으로 가로지르는 2개의 단부의 변의 중간으로 되는 선의 거리가 제3 중선 간 거리 L3이다. 또한, 제2 가상 중선 VM2와, 제2 가상 평면(72)에 겹치는 제4 자기 저항 소자(50d)의 제1 축 방향에 수직으로 가로지르는 2개의 단부의 변의 중간으로 되는 선과의 거리가 제4 중선 간 거리 L4인 것을 나타내고 있다.
여기서, 제1 내지 제4 중선 간 거리 L1 내지 L4는, 보다 상세하게는 이하와 같이 규정된다. 제1 에지 간 거리 Lab의 선분의 중점으로부터 제3 축 방향을 따라서 제2 가상 평면(72)에 교차하는 점을 제1 가상 교점 VP1이라 하고, 제1 가상 교점VP1을 포함하는 제2 축 방향에 평행한 직선을 제1 가상 중선 VM1이라 한다.
또한, 제1 범위 R1 내에 있는 제1 자기 저항 소자(50a)의 제2 축 방향의 단부점 간의 중점을 포함하는 제1 축 방향에 평행한 직선을 제1 가상선 I1이라 한다. 또한, 제1 범위 R1 내에 있는 제2 자기 저항 소자(50b)의 제2 축 방향의 단부점 간의 중점을 포함하는 제1 축 방향에 평행한 직선을 제2 가상선 I2라 한다.
마찬가지로, 제2 에지 간 거리 Lbc의 선분의 중점으로부터 제3 축 방향을 따라서 제2 가상 평면(72)에 교차하는 점을 제2 가상 교점 VP2라 하고, 제2 가상 교점 VP2를 포함하는 제2 축 방향에 평행한 직선을 제2 가상 중선 VM2라 한다.
또한, 제2 범위 R2 내에 있는 제3 자기 저항 소자(50c)의 제2 축 방향의 단부점 간의 중점을 포함하는 제1 축 방향에 평행한 직선을 제3 가상선 I3이라 한다. 또한, 제2 범위 R2 내에 있는 제4 자기 저항 소자(50d)의 제2 축 방향의 단부점 간의 중점을 포함하는 제1 축 방향에 평행한 직선을 제4 가상선 I4라 한다.
그때, 제1 가상선 I1과 제1 가상 중선 VM1의 교점과, 제1 가상선 I1과 교차하는 제1 자기 저항 소자(50a)의 2개의 단부점의 중점으로 연결하는 선분의 길이가 제1 중선 간 거리 L1이다. 또한, 제2 가상선 I2와 제1 가상 중선 VM1의 교점과, 제2 가상선 I2와 교차하는 제2 자기 저항 소자(50b)의 2개의 단부점의 중점으로 연결하는 선분의 길이가 제2 중선 간 거리 L2이다.
마찬가지로, 제3 가상선 I3과 제2 가상 중선 VM2의 교점과, 제3 가상선 I3과 교차하는 제3 자기 저항 소자(50c)의 2개의 단부점의 중점으로 연결하는 선분의 길이가 제3 중선 간 거리 L3이다. 또한, 제4 가상선 I4와 제2 가상 중선 VM2의 교점과, 제4 가상선 I4와 교차하는 제4 자기 저항 소자(50d)의 2개의 단부점의 중점으로 연결하는 선분의 길이가 제4 중선 간 거리 L4이다.
제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)와, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)은, 제1 중선 간 거리 L1과, 제2 중선 간 거리 L2와, 제3 중선 간 거리 L3과, 제4 중선 간 거리 L4가 대략 동등해지도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 내지 제4 중선 간 거리 L1 내지 L4는, 어느 하나의 거리의 0.7배 이상 1.3배 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 제조상의 변동 등에 의해, 제1 내지 제4 중선 간 거리 L1 내지 L4가 이 범위에 들어가면, 실시 형태 5의 자기 센서는, 제1 내지 제3 축 방향의 자장에 대한 각각의 감도의 변동이 작게 억제되는 이점이 있다. 예를 들어, 제3 축 방향의 자장을 부여한 경우, 제3 축 방향의 자장에 대한 감도가 5％ 정도의 변동에 들어가는 것이, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석의 결과로부터 확인할 수 있었다.
제5 자기 저항 소자(50e: 보조 자기 검지부)는, 제2 자기 수렴판(60b)에 덮이도록 배치되어 있다. 제1 축 방향의 자장이, 제2 자기 수렴판(60b)에 수렴되는 자로가 형성되기 때문에, 제5 자기 저항 소자(50e)에 입력되는 제1 축 방향의 자장은, 매우 작아진다. 또한, 제2 축 방향의 자장과, 제3 축 방향의 자장은, 제5 자기 저항 소자(50e)의 위치에서, 제1 축 방향으로 변환되지 않아 감지되지 않는다. 따라서, 제5 자기 저항 소자(50e)는, 제1 내지 제3 중 어느 한쪽 방향의 자장에 대하여 불감의 자기 저항 소자가 얻어진다. 제5 자기 저항 소자(50e)는, 도시한 바와 같이, 제2 자기 수렴판(60b)의 짧은 방향의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다. 제5 자기 저항 소자(50e)는, 제1 내지 제3 자기 수렴판 중, 적어도 1개의 자기 수렴판에 덮여 배치되어 있으면 된다. 도 15에서는, 제5 자기 저항 소자(50e)는, 평면에서 볼 때, 제2 자기 수렴판(60b)에 덮이도록 배치되어 있지만, 제1 자기 수렴판(60a), 혹은 제3 자기 수렴판(60c)에 덮이도록 배치되어도 된다.
또한, 도시는 생략하였지만, 제5 자기 저항 소자(50e)는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)과는 별도로 설치한 자기 수렴판에 덮이도록 배치되어도 된다. 또한, 제5 자기 저항 소자(50e)는 복수 있어도 된다.
자기 수렴판은, NiFe, NiFeB, NiFeCo, CoFe 등의 연자성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 자기 저항 소자는, 도 1에 도시한 바와 같은 GMR 소자에 한정되지 않고, 1축 방향의 자장에만 감지하여 저항값을 변화시키는 소자이면 어느 것이어도 되므로, 예를 들어 터널 자기 저항(TMR) 소자, 이방성 자기 저항(AMR) 소자, 반도체 자기 저항(SMR) 소자 중 어느 것이어도 된다.
제1 및 제2 가상 평면(71, 72)은, 제3 축 방향을 따라서, 기판 평면(70)보다도 위에 제2 가상 평면(72)이 있으며, 제2 가상 평면(72)보다도 위에 제1 가상 평면(71)이 있는 순서로 배치되어 있다. 이때, 기판 평면(70) 위에 제1 축 방향의 자장에만 감지하는 자기 저항 소자를 형성한 후, 다음에, 자기 수렴판을 형성한다는 극히 심플한 방법을 적용할 수 있어, 제조와 성능의 관점에서 간소하여 더할 나위 없이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 실시 형태 5에 있어서의 적합한 수치의 예를 기재한다. 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 제1 축 방향의 길이(폭)는, 요망되는 자기 검출 특성에 따라서 설계자가 적절하게 선택할 필요가 있다. 센서의 사이즈를 구하지 않는 경우에 있어서는, 자기 저항 소자의 폭은, 0.5 내지 20㎛의 범위가 적합하다. 제2 자기 수렴판(60b)의 제1 축 방향의 길이(폭)는, 제5 자기 저항 소자(50e)의 전부를 덮으면서, 또한, 제5 자기 저항 소자(50e)에 대하여 충분한 자기 실드 효과를 가져 오는 범위이면 된다. 제2 자기 수렴판(60b)의 폭은, 바람직하게는 제5 자기 저항 소자(50e)의 폭의 1.5배 이상, 보다 바람직하게는 3배 이상 있으면 된다. 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)의 폭은, 제2 자기 수렴판(60b)의 폭과 동등하면 제조상 간이하다. 그러나, 이들에는 보조 자기 검지부의 제5 자기 검지 소자(50e)가 없기 때문에, 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)의 폭은, 제2 자기 수렴판(60b)의 폭보다 작게 선택하는 것이 가능하다. 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 각각의 제2 축 방향의 위치 관계는 중요하다. 제2 자기 수렴판(60b)가 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)에 대하여 돌출되어 있는 길이는, 길면 길수록 수렴 효과가 높아져서, 자기 수렴판의 폭 정도, 혹은 그 수 배가 적합하다.
도 16은, 도 15에 도시한 자기 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 제2 축 방향의 자장 By가, 제2 축의 마이너스측 방향으로 돌출한 제2 자기 수렴판(60b)으로부터, 제2 자기 저항 소자(50b)와 제1 자기 저항 소자(50a)를 제1 축 방향의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴판(60a)을 통과하는 자로와, 제2 자기 수렴판(60b)으로부터, 제3 자기 저항 소자(50c)와 제4 자기 저항 소자(50d)를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제3 자기 수렴판(60c)을 통과하는 자로가 형성된다. 이때, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 제2 축 방향으로부터 입력하는 자장의 크기에 비례하여 방향 변환된 제1 축 방향의 자장을 감지한다.
다음으로, 제3 축 방향의 자장 Bz가, 제1 자기 저항 소자(50a)를 제1 축의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴판(60a)에 수렴되는 자로와, 제2 자기 저항 소자(50b)를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제2 자기 수렴판(60b)에 수렴되는 자로가 형성된다. 또한, 제3 축 방향의 자장 Bz가, 제3 자기 저항 소자(50c)를 제1 축 방향의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제2 자기 수렴판(60b)에 수렴되는 자로와, 제4 자기 저항 소자(50d)를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제3 자기 수렴판(60c)에 수렴되는 자로가 형성된다. 이때, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 제3 축 방향으로부터 입력하는 자장의 크기에 비례하여 방향 변환된 제1 축 방향의 자장을 감지한다.
또한, 제1 축 방향의 자장 Bx가, 제1 자기 수렴판(60a)에 수렴되어 통과하고, 제1 자기 저항 소자(50a)와 제2 자기 저항 소자(50b)를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제2 자기 수렴판(60b)에 수렴되어 통과하고, 제3 자기 저항 소자(50c)와 제4 자기 저항 소자(50d)를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제3 자기 수렴판(60c)에 수렴되면서 통과하는 자로가 형성된다. 이때, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 제1 축 방향의 자장을 감지한다.
도 17은, 도 15에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 부호 62는 메탈 배선, S는 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합된 출력 단자, A, B, C, D, E는 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 다른 쪽 단자가 각각에 접속된 출력 단자를 나타내고 있다. 그리고, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간, D-S 간, E-S 간의 자기 저항을 RA, RB, RC, RD, RE라 하면, 각각의 자기 저항은 이하와 같이 된다.
RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz …(11)
RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz …(12)
RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz …(13)
RD=R+ΔRx+ΔRy+ΔRz …(14)
RE=R …(15)
R은 자장에 의존하지 않는 저항값(또는 자장이 없을 때의 저항값), ΔRx는 제1 축 방향의 자장 Bx의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRy는 제2 축 방향의 자장 By의 크기에 따른 저항 변화량, ΔRz는 제3 축 방향의 자장 Bz의 크기에 따른 저항 변화량이다. 식 (11) 내지 식 (14)의 자기 저항은, 모두 3축 성분의 자장 크기에 따른 저항 변화량 ΔRx, ΔRy, ΔRz가 포함되어 있다.
ΔRx, ΔRy, ΔRz의 부호는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)를 가로지르는 제1 축 방향의 자장 방향에 대응하고 있다. 식 (15)의 자기 저항은, 전술한 바와 같이, 제1 내지 제3 중 어느 한쪽 방향의 자장에도 불감이기 때문에, 3축 성분 중 어느 쪽의 저항 변화량을 포함하지 않는다. 식 (11) 내지 식 (15)의 자기 저항으로부터, 각 축의 자장의 크기에 따른 저항 변화량에 상당하는 출력 신호를 취출하면,
(11)-(15)에 의해, SA=RA-RE=ΔRx-ΔRy-ΔRz …(16)
(12)-(15)에 의해, SB=RB-RE=ΔRx-ΔRy+ΔRz …(17)
(13)-(15)에 의해, SC=RC-RE=ΔRx+ΔRy-ΔRz …(18)
(14)-(15)에 의해, SD=RD-RE=ΔRx+ΔRy+ΔRz …(19)
또한,
(16)+(17)+(18)+(19)에 의해,
4ΔRx=SA+SB+SC+SD
-(16)-(17)+(18)+(19)에 의해,
4ΔRy=-SA-SB+SC+SD
-(16)+(17)-(18)+(19)에 의해,
4ΔRz=-SA+SB-SC+SD
로 된다. 이와 같이 하여, 각 축의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 즉, 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 각 축의 자장 성분이 구해진다.
도 17에서는, 자기 저항 소자의 접속은, 메탈 배선이지만, 자기 저항 소자와 동일 재료의 배선이어도 되고, 양자의 배선이 혼재하여도 된다. 또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 한쪽 단자를 전기적으로 1점에 결합하여 출력 단자 S에 접속하는 것은, 출력 단자수를 저감시킬 수 있으므로, 가장 바람직한 형태이지만, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 한쪽 단자를 각각 출력 단자에 접속하여도, 발명의 본질은 변화되지 않는다.
도 18은, 도 15에 도시한 자기 센서의 출력 신호의 연산부의 회로 구성도이다. 도면 중 부호 80은 연산부, 81a 내지 81e는 신호 취득부, 82a 내지 82d는 감산부, 83은 가감산부를 나타내고 있다.
연산부(80)는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)와 제5 자기 저항 소자(50e)의 각 출력에 기초하여, 각 축 방향의 자장을 연산하여 구한다. 즉, 연산부(80)는, 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 저항값에 기초하여, 각 축 방향의 자장을 연산하여 구한다. 구체적으로는, 연산부(80)는, 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 각 축 방향의 자장을 구한다.
본 예에 있어서, 연산부(80)는, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)로부터 자기 저항에 기초하는 신호를 입력하고, 식 (11) 내지 식 (15)에 상당하는 신호를 각각으로 출력하는 신호 취득부(81a 내지 81e)와, 식 (11) 내지 식 (14)의 각각으로부터 식 (15)을 감산하여, 식 (16) 내지 식 (19)에 상당하는 신호를 각각으로 출력하는 감산부(82a 내지 82d)와, 식 (16) 내지 식 (19)를 사용하여 연산하고, 제1 내지 제3 축 방향의 자기 성분을 출력하는 가감산부(83)를 구비하고 있다.
도 19는, 도 17에 도시한 자기 센서의 신호 검출을 위한 구체적인 회로 구성도이다. 도면 중 부호 50a 내지 50e는, 제1 내지 제5 자기 저항 소자, S는 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합된 출력 단자, A, B, C, D, E는 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 다른 쪽의 단자가 각각에 접속된 출력 단자, 90a 내지 90e는 제1 내지 제5 정전류원, 111은 제1 전위, 112는 제2 전위를 나타내고 있다.
출력 단자 S는, 제1 전위(111)가 부여되어 있다. 또한, 출력 단자 A, B, C, D, E는, 제1 내지 제5 정전류원(90a 내지 90e)의 한쪽 단자에 각각 접속되어 있다. 또한, 제1 내지 제5 정전류원(90a 내지 90e)의 다른 쪽 단자는, 전기적으로 1점에 결합되고, 제2 전위(112)가 부여되어 있다.
제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각에 접속된 출력 단자 A, B, C, D, E를 통하여, 제1 내지 제5 정전류원(90a 내지 90e)에서 생성되는 크기 Is의 전류가 각각에 공급되어 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 출력 단자 A-S 간에 발생하는 전압 VAS는, VAS=IsRA=Is(ΔR+Rx-ΔRy-ΔRz)로 되고, 식 (11)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다. 마찬가지로, 출력 단자 B-S 간, C-S 간, D-S 간, E-S 간의 각각에 발생하는 전압 VBS, VCS, VDS, VES는, 각각 식 (12), 식 (13), 식 (14), 식 (15)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다.
다음으로, 전압 VAS와 전압 VES로 얻어지는 차분 전압 VA는, VA=VAS-VES=IsSA=Is(ΔRx-ΔRy-ΔRz)로 되고, 식 (16)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다. 마찬가지로, 전압 VBS와 전압 VES로 얻어지는 차분 전압 VB와, 전압 VCS와 전압 VES로 얻어지는 차분 전압 VC와, 전압 VDS와 전압 VES로 얻어지는 차분 전압 VD는 각각 식 (17), 식 (18), 식 (19)에 Is를 곱한 신호가 얻어진다.
이와 같이 하여, 제1 축 방향의 출력 신호 ΔRx는, 4ΔRx=(VA+VB+VC+VD)/Is로 하여, 제2 축 방향의 출력 신호 ΔRy는, 4ΔRy=(-VA-VB+VC+VD)/Is로 하여, 제3 축 방향의 출력 신호 ΔRz는, 4ΔRz=(-VA+VB-VC+VD)/Is로 하여, 얻을 수 있다.
여기서, 차분 전압 VA, VB, VC, VD는, 다시 말하자면, 각각, 출력 단자 A-E 간, B-E 간, C-E 간, D-E 간에 발생하는 전압이다. 즉, 출력 단자 A-E 간, B-E 간, C-E 간, D-E 간에 발생하는 전압을 직접 측정함으로써, 식 (16) 내지 식 (19)에 Is를 곱한 신호를 취출하여, 각 축의 출력 신호를 얻을 수 있다.
상기 구하는 방법은 일례이며, ΔRx, ΔRy, ΔRz가 구해지면, 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 저항값에 관한 연립방정식을 세우는 방법이나 푸는 방법은 무엇이든 된다.
또한, 제1 전위(111)와 제2 전위(112)는, 각각 전원 장치의 접지 전위와 전원 전위가 부여되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각에 제1 내지 제5 정전류원(90a 내지 90e)이 접속되어, 전류가 공급되어 있지만, 예를 들어 출력 단자 A, B, C, D, E의 각각에 스위치를 설치하고, 적어도 1개의 정전류원을 사용하여, 스위치를 전환하면서 각각의 자기 저항 소자에 전류를 공급함으로써도 실현할 수 있다.
또한, 실시 형태 5의 자기 센서는, 소비 전류의 증대를 억제하면서, 동일 기판 위에서 2축 또는 3축 방향의 자장을 검지할 수 있다. 또한, 일방향에 자기 감지축을 갖는 자기 저항 소자를 사용한 소형이며 고분해능의 자기 센서를 실현할 수 있다.
[실시 형태 6]
실시 형태 6의 자기 센서는, 복수의 자기 저항 소자의 모두가, 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제1 축(X축) 방향에 자기 감지축을 갖고, 기판 평면(70)에 대하여 평행하면서 제1 축에 대하여 수직인 제2 축(Y축)과, 기판 평면(70)에 대하여 수직인 제3 축(Z축)의 2축 방향의 자기를 검출하거나, 제1 내지 제3 축(X, Y, Z축)의 3축 방향의 자기를 검출한다. 복수의 자기 저항 소자는, 도 15에 도시한 실시 형태 5의 배치 패턴에 있어서, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d) 중 어느 하나를 제외한 3개의 자기 저항 소자와, 제5 자기 저항 소자(50e)로 구성된다.
이하에, 예를 들어 도 15에 있어서, 제4 자기 저항 소자(50d)가 없으며, 제1 내지 제3 자기 저항 소자(50a 내지 50c)와, 제5 자기 저항 소자(50e)와, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)으로 구성하는 배치 패턴에 의해, 3축 방향의 자기를 검출하는 것이 가능한 것에 대하여 설명한다.
도 17에 있어서, 제4 자기 저항 소자(50d)가 없으며, 출력 단자 D가 없기 때문에, 얻어지는 자기 저항은, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간, E-S 간의 각각 RA, RB, RC, RE로 된다. 여기서, 식 (11) 내지 식 (13)과, 식 (15)의 자기 저항으로부터 각 축의 자장 크기에 따른 저항 변화량에 상당하는 출력 신호를 취출하면, 식 (16) 내지 식 (18)이 얻어지고, 또한,
-(16)+(18)에 의해, 2ΔRy=-SA+SC
-(16)+(17)에 의해, 2ΔRz=-SA+SB
(17)+(18)에 의해, 2ΔRx=SB+SC
로 된다. 이와 같이 하여, 각 축의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 여기에서는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d) 중, 제4 자기 저항 소자(50d)를 제외한 예에서, 3축 방향의 자기를 검출할 수 있음을 나타내었지만, 제1 자기 저항 소자(50a), 혹은 제2 자기 저항 소자(50b), 혹은 제3 자기 저항 소자(50c) 중 어느 하나를 제외한 경우이어도, 마찬가지의 3축 방향의 자기를 검출할 수 있다. 요컨대, ΔRx, ΔRy, ΔRz를 취출할 수 있도록, 연립방정식을 세워 풀면, 어떠한 구성이어도 된다.
[실시 형태 7]
실시 형태 7의 자기 센서는, 복수의 자기 저항 소자의 모두가, 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제1 축(X축) 방향에 자기 감지축을 갖고, 기판 평면(70)에 대하여 평행하면서 제1 축에 대하여 수직인 제2 축(Y축)과, 기판 평면(70)에 대하여 수직인 제3 축(Z축)의 2축 방향의 자기를 검출하거나, 제1 내지 제3 축(X, Y, Z축)의 3축 방향의 자기를 검출한다. 복수의 자기 저항 소자는, 도 15에 도시한 실시 형태 5의 배치 패턴에 있어서, 제5 자기 저항 소자(50e)를 구비하지 않고, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 4개의 자기 저항 소자로 구성된다.
이하에, 도 15에 있어서, 제5 자기 저항 소자(50e)가 없으며, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)와, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)으로 구성하는 배치 패턴에 의해, 2축 방향의 자기를 검출하는 것이 가능한 것에 대하여 설명한다.
도 17에 있어서, 제5 자기 저항 소자(50e)가 없으며, 출력 단자 E가 없기 때문에, 얻어지는 자기 저항은, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간, D-S 간의 각각 RA, RB, RC, RD로 된다. 여기서, 식 (11) 내지 식 (14)의 자기 저항으로부터 각 축의 자장 크기에 따른 저항 변화량에 상당하는 출력 신호를 취출하면,
-(11)+(13)에 의해, 2ΔRy=-RA+RC …(20)
-(12)+(14)에 의해, 2ΔRy=-RB+RD …(21)
-(11)+(12)에 의해, 2ΔRz=-RA+RB …(22)
-(13)+(14)에 의해, 2ΔRz=-RC+RD …(23)
또한,
(20)+(21)로부터, 4ΔRy
(22)+(23)으로부터, 4ΔRz
로 된다. 이와 같이 하여, 각 축의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 요컨대, ΔRx, ΔRy, ΔRz를 취출할 수 있도록, 연립방정식을 세워서 풀면, 어떠한 구성이어도 된다.
[실시 형태 8]
실시 형태 8의 자기 센서는, 복수의 자기 저항 소자의 모두가, 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제1 축(X축) 방향에 자기 감지축을 갖고, 기판 평면(70)에 대하여 평행하면서 제1 축에 대하여 수직인 제2 축(Y축)과, 기판 평면(70)에 대하여 수직인 제3 축(Z축)의 2축 방향의 자기를 검출하거나, 제1 내지 제3 축(X, Y, Z축)의 3축 방향의 자기를 검출한다. 복수의 자기 저항 소자는, 도 15에 도시한 실시 형태 5의 배치 패턴에 있어서, 제5 자기 저항 소자(50e)를 구비하지 않고, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d) 중 어느 하나를 제외한 3개의 자기 저항 소자로 구성된다.
이하에, 예를 들어 도 15에 있어서, 제4 및 제5 자기 저항 소자(50d, 50e)가 없으며, 제1 내지 제3 자기 저항 소자(50a 내지 50c)와, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)으로 구성하는 배치 패턴에 의해, 2축 방향의 자기를 검출하는 것이 가능한 것에 대하여 설명한다.
도 17에 있어서, 제4 내지 제5 자기 저항 소자(50d, 50e)가 없으며, 출력 단자 D, E가 없기 때문에, 얻어지는 자기 저항은, 출력 단자 A-S 간, B-S 간, C-S 간의 각각 RA, RB, RC로 된다. 여기서, 식 (11) 내지 식 (13)의 자기 저항으로부터 각 축의 자장 크기에 따른 저항 변화량에 상당하는 출력 신호를 취출하면, 식 (20)과 식 (22)가 얻어져서,
(20)에 의해, 2ΔRy=-RA+RC
(22)에 의해, 2ΔRz=-RA+RB
로 된다. 이와 같이 하여, 각 축의 출력 신호를 취출할 수 있음을 이해할 수 있다. 여기에서는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d) 중, 제4 자기 저항 소자(50d)를 제외한 예에서, 2축 방향(기판에 수직인 축 방향과 기판에 평행한 축 방향)의 자기를 검출할 수 있음을 나타내었지만, 제1 자기 저항 소자(50a), 혹은, 제2 자기 저항 소자(50b), 혹은 제3 자기 저항 소자(50c) 중 어느 하나를 제외한 경우이어도, 마찬가지의 2축 방향의 자기를 검출할 수 있다.
[실시 형태 9]
도 20은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 9에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도면 중 부호 60d, 60e는 제4 및 제5 자기 수렴판, 61a 내지 61e는, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(자기 수렴 부재)를 나타내고 있다. 또한, 도 15와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
실시 형태 9의 자기 센서는, 도 15에 도시한 실시 형태 5의 배치 패턴에, 제4 및 제5 자기 수렴판(60d, 60e)을 더 구비하고 있다.
제4 자기 수렴판(60d)은, 제1 자기 수렴판(60a)을 제4 자기 수렴판(60d)과, 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있다. 또한, 제5 자기 수렴판(60e)은, 제3 자기 수렴판(60c)을 제5 자기 수렴판(60e)과, 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있다. 또한, 도면에 있어서는, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)은, 제2 자기 수렴판(60b)과, 제4 및 제5 자기 수렴판(60d, 60e)이, 제1 자기 수렴판(60a)과 제3 자기 수렴판(60c)보다도, 제2 축 방향의 한쪽 측으로 돌출되도록 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 실시 형태 5에서 설명한 자로 외에, 제2 축 방향의 자장 By가, 제2 축 방향으로 돌출된 제4 자기 수렴판(60d)으로부터, 무지의 기판 평면(70) 위를 제1 축 방향의 플러스 방향을 향해 가로지르고, 제1 자기 수렴판(60a)을 통과하는 자로와, 제2 축 방향으로 돌출된 제5 자기 수렴판(60e)으로부터, 무지의 기판 평면(70) 위를 제1 축 방향의 마이너스 방향을 향해 가로지르고, 제3 자기 수렴판(60c)을 통과하는 자로가 형성된다.
또한, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)은, 각각이 제2 축 방향에 길이 방향을 갖는 직사각형으로 되어 배치되어 있다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴판(60a)과, 제4 자기 수렴판(60d)이, 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M1이다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제3 자기 수렴판(60c)과, 제5 자기 수렴판(60e)이, 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M4이다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제1 자기 수렴판(60a)과, 제2 자기 수렴판(60b)이, 서로 가장 가까워지는 변의 거리가 에지 간 거리 M2(즉, 제1 에지 간 거리 Lab)이다. 제1 가상 평면(71)에 겹치는 제2 자기 수렴판(60b)과, 제3 자기 수렴판(60c)이, 가장 가까워지는 거리가 에지 간 거리 M3(즉, 제2 에지 간 거리 Lbc)이다.
제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)은, 에지 간 거리 M1과, 에지 간 거리 M2와, 에지 간 거리 M3과, 에지 간 거리 M4가 대략 동등해지도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 4개의 에지 간 거리 M1 내지 M4는, 어느 하나의 거리의 0.7배 이상 1.3배 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)을 통과하는 자속이 거의 균등해져서, 제2 축 방향의 자장 방향 변환한 제1 축 방향의 자장이 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)를 균일하게 가로지르기 때문에, 실시 형태 5의 자기 센서는, 제2 축 방향의 자장을 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 제4 및 제5 자기 수렴판(60d, 60e)은, 도 20에서는, 각각 모두 배치되어 있지만, 어느 쪽이든 한쪽에만 배치되어 있어도 된다.
또한, 실시 형태 9의 자기 센서는, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)의 각각의 단부에, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)가 설치되고, 제3 축 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)이 T자형 또는 L자형의 형상을 이루고 있다.
또한, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)는, 제2 자기 수렴 판재(61b)와 제4 자기 수렴 판재(61d)의 사이와, 제2 자기 수렴 판재(61b)와 제5 자기 수렴 판재(61e)의 사이와, 제1 자기 수렴 판재(61a)와 제3 자기 수렴 판재(61c)의 사이에 각각 공극부 Gdb, Gbe, Gac가 설치되도록 배치되어 있다.
이와 같이 함으로써, 제1 축 방향의 자장 Bx는, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)에 집중적으로 수렴되는 것을 억제하여, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)를 균일하게 가로지르는 자로를 형성하므로, 실시 형태 9의 자기 센서는, 제1 축 방향의 자장을 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 제2 축 방향의 자장 By가, 제2 자기 수렴판(60b)의 단부에 설치된 제2 자기 수렴 판재(61b)가 넓은 범위에서 자기를 수렴하여, 제2 자기 수렴판(60b)의 단부를 통과하고, 제2 자기 수렴판(60b)으로부터, 제1 및 제2 자기 저항 소자(50a, 50b)를 가로지르고, 제1 자기 수렴판(60a)을 통하여, 제1 자기 수렴 판재(61a)를 빠져나가는 자로와, 제2 자기 수렴판(60b)으로부터, 제3 및 제4 자기 저항 소자(50c, 50d)를 가로지르고, 제3 자기 수렴판(60c)을 통하여, 제3 자기 수렴 판재(61c)를 빠져나가는 자로가 형성된다. 따라서, 실시 형태 9의 자기 센서는, 제2 축 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다. 또한, 실시 형태 9의 자기 센서는, 제2 축의 마이너스측으로부터 플러스측을 향해 입력되는 자장 성분과, 제2 축의 플러스측으로부터 마이너스측을 향해 입력되는 자장 성분이, 각각 거의 동일 정도의 자기 증폭률로 수렴시킬 수 있다.
제2 자기 수렴판(60b)이, 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)으로부터 돌출되어 있는 길이, 제1 자기 수렴판(60a)과 제2 자기 수렴 판재(61b)의 거리 및 제3 자기 수렴판(60c)과 제2 자기 수렴 판재(61b)의 거리는, 길면 길수록 자기 수렴 효과가 높아진다. 이들 길이 및 거리는, 자기 수렴판의 제1 축 방향의 길이(폭)와 동일 정도 혹은 그 수 배가 적합하다. 그 밖의 수치 예는, 실시 형태 9와 동등하다.
도 20에서는, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)이 T자형 또는 L자형의 형상을 이루고 있지만, Y자형의 형상을 이루도록 제1 내지 제5 자기 수렴 판재를 설치하여도, 실시 형태 9의 자기 센서는, 제2 축 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다. 또한, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)는, 모두 설치되어 있지만, 이 중의 일부만이 설치되어 있어도 된다.
도 20에서는, 실시 형태 5에 기초한 구성으로 되어 있지만, 실시 형태 6 내지 실시 형태 8의 구성에서도 적용될 수 있다.
[실시 형태 10]
도 21은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 10에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도면 중 부호는, 도 15 및 도 17과 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
실시 형태 10의 자기 센서는, 도 15에 도시한 배치 패턴을 복수 갖는 자기 센서이다.
복수의 배치 패턴은, 각각의 배치 패턴 중의 제3 자기 수렴판(60c)이, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 제1 자기 수렴판(60a)을 겸하고 있다. 또한, 각각의 배치 패턴 중의 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 제1 내지 제5 자기 저항 소자의 각각과 전기적으로 접속되어 있다.
도 21에 있어서는, 4개의 배치 패턴이 배열되어 있으며, 3개소에서 서로 인접하는 배치 패턴의 제3 자기 수렴판(60c)이 제1 자기 수렴판(60a)을 겸하고 있다. 또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각 4개의 자기 저항 소자를 갖고 있으며, 각각 4개의 자기 저항 소자가 전기적으로 직렬로 접속되고, 각각의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합되어 출력 단자 S에 접속되고, 각각의 다른 쪽 단자가 출력 단자 A, B, C, D, E에 접속되어 있다.
이와 같이 함으로써, 실시 형태 10의 자기 센서는, 1개의 배치 패턴보다도, 제1 내지 제3 축 방향의 자장을 높은 감도로 검출할 수 있다. 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 각각 4개의 자기 저항 소자가, 전기적으로 직렬로 접속되어 있지만, 전기적으로 병렬로 접속되어 있어도 된다. 자기 저항 소자의 접속 방법은, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 각각 4개의 자기 저항 소자는, 모두가 전기적으로 접속되어 있지만, 전부가 아니라, 일부만이 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 각각 4개의 자기 저항 소자의 접속은, 메탈 배선이어도 되고, 자기 저항 소자와 동일 재료의 배선이면 되며, 양자의 배선이 혼재하여도 된다.
도 21에서는, 실시 형태 5에 기초한 구성으로 되어 있지만, 실시 형태 6 내지 실시 형태 9의 구성이어도 적용될 수 있다.
도 22는, 실시 형태 10과, 전술한 실시 형태 9를 조합한 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도 22에 있어서는, 4개의 배치 패턴이 배열되어 있으며, 3개소에서 서로 인접하는 배치 패턴의 제3 자기 수렴판(60c)이 제1 자기 수렴판(60a)을 겸하고 있다. 제1 축 방향의 좌측 단부에 있어서는, 제4 자기 수렴판(60d)이 제1 자기 수렴판(60a)을 제4 자기 수렴판(60d)과, 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있다. 또한, 제1 축 방향의 우측 단부에 있어서는, 제5 자기 수렴판(60e)이 제3 자기 수렴판(60c)을 제5 자기 수렴판(60e)과, 제2 자기 수렴판(60b)의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있다.
또한, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)의 각각의 단부에, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)가 설치되고, 제3 축 방향으로부터의 평면에서 볼 때, 제1 내지 제5 자기 수렴판(60a 내지 60e)이 T자형 또는 L자형의 형상을 이루고 있다. 또한, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각 4개의 자기 저항 소자를 갖고 있으며, 각각 4개의 자기 저항 소자가 전기적으로 직렬로 접속되고, 각각의 한쪽 단자가 전기적으로 1점에 결합되어 출력 단자 S에 접속되고, 각각의 다른 쪽 단자가 출력 단자 A, B, C, D, E에 접속되어 있다. 이렇게 함으로써, 고감도이며, 고정밀도의 2축 또는 3축의 자장을 검출할 수 있다.
또한, 실시 형태 10에 있어서는, 복수의 배치 패턴이 중첩되지 않는 부분, 즉 도 22에서 말하는 제4 및 제5 자기 수렴판(60d, 60e)의 근방에는, 자기 저항 소자가 설치되어 있지 않다. 복수의 배치 패턴의 제1 축 방향의 좌측 단부에 배치한 제4 자기 수렴판(60d)과, 제1 축 방향의 우측 단부에 배치한 제5 자기 수렴판(60e)의 근방의 자계 분포는, 복수의 배치 패턴의 내부측의 자장 분포와 상이하다. 예를 들어, 제1 축 방향의 자장이나 제2 축 방향의 자장은, 내부측보다도 커진다. 따라서, 복수의 배치 패턴의 제1 축 방향의 양단부에 배치한 자기 수렴판의 근방에는 자기 저항 소자를 설치하지 않음으로써, 대략 균일한 자장을 각 자기 저항 소자에 인가하는 구성을 구축할 수 있다.
(실시 형태 10의 변형예)
도 23은, 실시 형태 10의 자기 센서의 변형예이며, 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도면 중 부호는, 도 15 및 도 17과 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
실시 형태 10의 변형 형태의 자기 센서는, 도 21과 비슷하게, 도 15에 도시한 배치 패턴을 복수 갖는 자기 센서이다.
도 23에 있어서는, 제1 축 방향의 우측 단부로부터, 3개 이상의 자기 저항 소자를 갖는 4개의 배치 패턴이 배열되어 있으며, 3개소에서 서로 인접하는 배치 패턴의 제3 자기 수렴판(60c)이 제1 자기 수렴판(60a)을 겸하고 있다. 자기 센서는, 4개의 배치 패턴에 또한, 제1 축 방향의 좌측 단부에, 제4 자기 저항 소자(50d)와, 제2 자기 수렴판(60b)이 가해져서 구성되어 있다.
또한, 별도의 견해로 말하자면, 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)이, 제2 자기 수렴판(60b)보다도 제2 축 방향으로 돌출되어 있다고 볼 수도 있다. 따라서, 자기 센서는, 제1 축 방향의 좌측 단부로부터, 3 이상의 자기 저항 소자를 갖는 4개의 배치 패턴이 배열되어 있으며, 또한, 제1 축 방향의 우측 단부에, 제3 자기 저항 소자(50c)와, 제3 자기 수렴판(60c)이, 가해져서 구성되어 있다고 볼 수도 있다. 어느 쪽의 견해에 있어서도, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)는, 각각 4개의 자기 저항 소자를 갖고 있으며, 각각 4개의 자기 저항 소자가 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
도 21과, 도 23의 큰 차이는, 제2 자기 수렴판(60b)의 개수와, 제1 자기 수렴판(60a) 또는 제3 자기 수렴판(60c)의 개수가 동수인지, 동수가 아닌지의 차이이다. 도 21은 동수가 아니며, 도 23은 동수이다. 이러한 변형 형태이어도, 발명의 본질은 바뀌지 않아, 2축 또는 3축의 자장을 검출할 수 있다.
[실시 형태 11]
도 24의 (a), (b)는, 본 발명에 따른 자기 센서의 실시 형태 11을 설명하기 위한 도면이며, 도 22에 도시한 실시 형태 10의 복수의 배치 패턴을 갖는 자기 센서에 있어서의 공극부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 24의 (a)에 사용하고 있는 자기 센서의 구성은, 7개의 배치 패턴이 반복되어 있으며, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)의 인접하는 것끼리가 분리되어 있지 않아 공극부가 없는 경우이다. 구체적으로는, 제1 자기 수렴 판재(61a)와 제3 자기 수렴 판재(61c)가 접속되고(Gac=0), 또한, 제4 자기 수렴 판재(61d)와 제2 자기 수렴 판재(61b)가 접속되고(Gdb=0), 제2 자기 수렴 판재(61b)와 제5 자기 수렴 판재(61e)가 접속되어 있다(Gbe=0).
제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제3 축 방향의 각각의 두께는 5㎛로 하였다. 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제1 축 방향의 각각의 폭은 4㎛로 하였다. 제1 및 제2 에지 간 거리 Lab, Lbc는 6㎛로 하였다. 제1 가상 평면(71)과 제2 가상 평면(72)의 거리는, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)의 각각의 두께를 무시하고, 0.5㎛로 하였다.
도 24의 (b)에 사용하고 있는 자기 센서의 구성은, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)의 인접하는 것끼리 분리되어 공극부(Gac, Gdb, Gbe=2㎛)를 갖는 경우이다. 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제3 축 방향의 각각의 두께, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제3 축 방향의 각각의 폭, 제1 및 제2 각각의 에지 간 거리 Lab, Lbc, 제1 가상 평면(71)과 제2 가상 평면(72)의 거리는, 도 24의 (a)에 사용하고 있는 자기 센서의 구성과 동일하게 하였다.
도 24의 (a), (b)는, 자기 센서에 제1 축 방향(감 자석 축 방향)의 자장을 입력하고, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석으로, 제2 가상 평면(72)에서, 또한, 제3 축 방향에서 보았을 때의 자기 센서의 중앙점을 통과하는 제1 축 방향을 따른 각 위치에서의 제1 축 방향의 성분 자장을 입력 자장으로 제산한 자기 증폭도를 플롯한 도면이다.
도 24의 (a)에서는, 제1 축 방향을 따른 자기 증폭도의 공간 분포의 균일성은 도 24의 (b)에 비하여 낮다. 도 24의 (b)에서는, 제1 축 방향을 따른 자기 증폭도의 공간 분포의 균일성은 좋다.
도 24의 (a)에서는, 공극부가 없는 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)에, 집중하여 자속이 통과하기 때문에, 센서 구조의 내측에 배치되어 있는 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)으로까지, 자속이 충분히 들어갈 수 없었다. 그 결과, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)에 위치하는 제1 축 방향을 따른 자기 증폭도의 값은 낮아졌다.
도 24의 (b)에서는, 공극부가 있는 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)에서는, 각각의 공극부에서의 자기 저항이 올라가고, 자기 센서에 유입되는 자속의 흐름을 집중하지 않고 분산시키는 효과를 가져 온다. 또한, 이 분산화의 효과에 의해, 제2 축 방향을 따른 자기 증폭도의 공간 분포의 균일성도 향상된다.
이와 같이 하여, 제1 내지 제5 자기 수렴 판재(61a 내지 61e)에 공극부를 설치하여 자기 저항을 충분히 높게 하여, 센서 내의 공간의 자장 분포를 보다 균일하게 형성시킴으로써, 제2 가상 평면(72)에서, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)에 위치하는 제1 및 제2 축 방향을 따른 각각의 자기 증폭도의 공간 분포의 균일성을 향상할 수 있다.
공극부의 길이(Gac, Gdb, Gbe)는, 자장 수치 해석에서는, 0.5㎛이어도, 2㎛일 때와 마찬가지로, 자기 증폭도의 공간 분포의 균일성의 향상이 인정되었다. 이에 의해, 공극부의 길이는, 자기 수렴판의 가공 한계까지 짧게 할 수 있다. 그러나, 실제로는, 제2 자기 수렴판(60b)의 제1 축 방향의 길이(폭)와 동일 정도이거나 그 이하로 하는 것이 적합하다.
[실시 형태 12]
도 25의 (a), (b)는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 12에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이다. 도 8과 동일한 구성 단위를 나타내고 있다. 도 15와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였다. 도 25의 (a)는, 제3 축 방향에서 본 상면도, 도 25의 (b)는, 도 25의 (a)의 A-A선 단면도이다. 도면 중 부호 71은 제1 가상 평면(71), 제2 가상 평면(72)을 나타내고 있다.
실시 형태 12의 자기 센서는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)이 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제1 가상 평면(71) 위에 배치되어 있으며, 제1 내지 제5 자기 저항 소자(50a 내지 50e)가 기판 평면(70)에 대하여 평행한 제2 가상 평면(72) 위에 배치되어 있다.
도 15에서는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 각각에 있어서의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 일부가, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 각각에 있어서의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 일부에서, 겹치지 않고 간극이 있는 배치로 구성되어 있다.
한편, 도 25에서는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 각각에 있어서의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 일부가, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 각각에 있어서의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 일부에서, 중첩된 배치로 구성되어 있다.
즉, 제1 자기 저항 소자(50a)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제1 자기 저항 소자(50a)의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 제1 자기 수렴판(60a) 측의 일부가 제1 자기 수렴판(60a)에 덮여 있다. 또한, 제2 자기 저항 소자(50b)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제2 자기 저항 소자(50b)의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 제2 자기 수렴판(60b) 측의 일부가 제2 자기 수렴판(60b)에 덮여 있다. 제3 자기 저항 소자(50c)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제3 자기 저항 소자(50c)의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 제2 자기 수렴판(60b) 측의 일부가 제2 자기 수렴판(60b)에 덮여 있다. 제4 자기 저항 소자(50d)의 긴 변 방향(제2 축 방향)을 따라서, 제4 자기 저항 소자(50d)의 짧은 변 방향(제1 축 방향)의 제3 자기 수렴판(60c) 측의 일부가 제3 자기 수렴판(60c)에 덮여 있다.
제3 축 방향의 평면에서 보았을 때의, 자기 저항 소자와 그에 인접하는 자기 수렴판의 중첩된 제1 축 방향의 길이를, 자기 저항 소자의 제1 축 방향의 길이(폭)로 규격화한 값 OL이라 정의하면, 도 25에 있어서의 OL은 양의 값으로 표현된다. 제1 자기 저항 소자(50a)와 제1 자기 수렴판(60a)이 제1 축 방향에서 겹치지도 않고, 또한, 간극도 없는 케이스는, OL=0이다.
도 25와 같은 OL>0의 케이스에서는, OL=0의 케이스에 비하여, 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖는 자기 저항 소자의 자기 감지면에 있어서, 제1 축 방향의 성분 자장이 커지므로, 3축 성분의 자장 크기에 따른 저항 변화량 ΔRx, ΔRy, ΔRz는 조금이라도 높은 값으로 검출할 수 있다. 또한, 자기 저항 소자의 제1 축 방향의 길이가 변동된 경우, 자기 저항 소자의 자기 감지면에 있어서, 제1 축 방향의 자장 성분의 변동이 억제되는 효과를 가지므로, 3축 성분의 자장 크기에 따른 저항 변화량 ΔRx, ΔRy, ΔRz의 변동이 억제되는 효과가 있다.
바람직한 OL의 값에 대하여 언급한다. 구성으로서, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제1 축 방향을 따른 짧은 변 방향의 길이(직사각형의 폭)가 6 내지 12㎛이고, 자기 수렴판의 간격에 해당하는 제1 에지 간 거리 Lab 및 제2 에지 간 거리 Lbc가, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제1 축 방향을 따른 짧은 변 방향의 길이(직사각형의 폭)의 1 내지 2배, 자기 수렴판의 두께가 5 내지 15㎛, 자기 저항 소자의 제1 축 방향을 따른 형상의 길이(평판 형상의 폭)가 1 내지 4㎛, 두툼한 자기 수렴판의 저면에 해당하는 제1 가상 평면(71)과 평판 형상의 자기 저항 소자가 위치하는 제2 가상 평면(72)의 제3 축 방향의 거리가, 0.25 내지 0.5㎛인 케이스를 고려한다.
이상의 케이스에 있어서, OL은 약 1/5 내지 1/2로 되는 것이 바람직한 형태의 일례이다. 제3 축 방향의 자장에 대한 감도는, OL이 이 범위에 있을 때, OL=0일 때에 비하여, 자기 저항 소자의 폭이 1㎛에서는 약 5％ 향상하고, 자기 저항 소자의 폭이 4㎛에서는 약 15％ 향상하는 것이, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석에 의해 확인되었다.
[실시 형태 13]
실시 형태 5 내지 실시 형태 11에 있어서, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제1 축 방향을 따른 형상의 길이(직사각형의 폭)는, 약 6 내지 18㎛가 바람직한 형태의 일례이다. 또한, 자기 수렴판의 간격에 해당하는 제1 및 제2 에지 간 거리 Lab, Lbc는, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제1 축 방향의 길이의 약 1 내지 4배의 바람직한 형태의 일례이다. 또한, 제1 내지 제3 자기 수렴판(60a 내지 60c)의 제3 축 방향의 두께는, 약 5 내지 15㎛가 바람직한 형태의 일례이다.
제1 가상 평면(71)과 제2 가상 평면(72)의 거리는 약 0.1 내지 1㎛가 바람직한 형태의 일례이다. 이들 조합에 있어서는, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 각각의 자기 감지면에 있어서, 제1 축 방향의 자장(BIX)이 자기 수렴판에 의해 제1 축 방향으로 변환되는 자장(BOX)과 자장(BIX)의 비율인 제1 축 방향의 자기 변환율(BOX/BIX)을 약 0.1 내지 3배 정도의 값으로 실현하는 것이, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석으로 확인되었다. 또한, 제2 축 방향의 자장(BIY)이 자장 수렴판에 의해 제1 축 방향으로 변환되는 자장(BOY)과 자장(BIY)의 비율인 제2 축 방향의 자장 변환율(BOY/BIY)을 약 0.1 내지 3배 정도의 값으로 실현하는 것이, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석으로 확인되었다. 또한, 제3 축 방향의 자장(BIZ)이 자기 수렴판에 의해 제1 축 방향으로 변환되는 자장(BOZ)과 자장(BIZ)의 비율인 제3 축 방향의 자장 변환율(BOZ/BIZ)을 약 0.1 내지 3배 정도의 값으로 실현하는 것이, 적분 요소법에 의한 자장 수치 해석으로 확인되었다.
전술한 바와 같이, 실시 형태 5 내지 13은 소비 전류의 증대를 억제하면서, 동일 기판 위에서 2축 또는 3축 방향의 자장을 검지할 수 있다. 즉, 소비 전류의 증대를 억제하면서, 일방향으로 자기 감지축을 갖는 자기 저항 소자를 사용한 소형의 자기 센서를 실현할 수 있다.
(자기 검출 방법)
다음으로, 실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 자기 검출 방법의 예에 대하여 설명한다.
실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 자기 검출 방법은, 제1 및 제2 자기 수렴판에 끼워진 제1 및 제2 자기 저항 소자와, 제2 및 제3 자기 수렴판에 끼워진 제3 자기 저항 소자로부터의 출력(RA 내지 RC)에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법이다.
제1 내지 제3 자기 저항 소자는 동일 방향에 자기 감지축을 갖고, 제1 자기 저항 소자로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값과 제3 자기 저항 소자의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값에 기초하여, 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(2ΔRy)을 연산하고, 제1 자기 저항 소자로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)에 기초하는 값과 제2 자기 저항 소자의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)에 기초하는 값에 기초하여, 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(2ΔRz)을 연산한다.
또한, 실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 다른 자기 검출 방법은, 전술한 제1 내지 제3 자기 저항으로부터의 출력과, 자기 수렴판에 덮인 제5 자기 저항 소자로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법이다.
제1 내지 제3 자기 저항 소자 및 제5 자기 저항 소자는 동일 방향에 자기 감지축을 갖고, 전술한 제2 및 제3 축 방향 자기 성분의 연산 외에, 제2 자기 저항 소자로부터의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)과, 제3 자기 저항 소자의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)과, 제5 자기 저항 소자로부터의 출력(RE=R)에 기초하여, 제1 축 방향(X축)의 자기 성분(2ΔRx)을 연산한다.
또한, 실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 다른 자기 검출 방법은, 제1 및 제2 자기 수렴판에 끼워진 제1 및 제2 자기 저항 소자와, 제2 및 제3 자기 수렴판에 끼워진 제3 및 제4 자기 저항 소자로부터의 출력(RA 내지 RD)에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법이다.
제3 및 제4 자기 저항 소자로부터의 출력(RC, RD)에 기초하는 값의 합(RC+RD)으로부터 제1 및 제2 자기 저항 소자로부터의 출력(RA, RB)에 기초하는 값의 합(RA+RB)을 감산한 값(RC+RD-(RA+RB))에 기초하여 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(4ΔRy)을 연산하고, 제2 및 제4 자기 저항 소자로부터의 출력(RB, RD)에 기초하는 값의 합(RB+RD)으로부터 제1 및 제3 자기 저항 소자로부터의 출력(RA, RC)에 기초하는 값의 합(RA+RC)을 감산한 값(RB+RD-(RA+RC))에 기초하여 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(4ΔRz)을 연산하거나, 제1 자기 저항 소자로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)과 제3 자기 저항 소자의 출력(RC=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz)에 기초하여, 제2 축 방향(Y축)의 자기 성분(2ΔRy)을 연산하고, 제1 자기 저항 소자로부터의 출력(RA=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz)과 제2 자기 저항 소자의 출력(RB=R+ΔRx-ΔRy+ΔRz)에 기초하여, 제3 축 방향(Z축)의 자기 성분(2ΔRz)을 연산한다.
또한, 실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 다른 자기 검출 방법은, 전술한 제1 내지 제4 자기 저항 소자로부터의 출력과, 자기 수렴판에 덮인 제5 자기 저항 소자로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법이다.
제1 내지 제5 자기 저항 소자는 동일 방향에 자기 감지축을 갖고, 전술한 제2 및 제3 축 방향의 자기 성분의 연산 외에, 제1 내지 제4 자기 저항 소자로부터의 출력에 기초하는 값으로부터 제5 자기 저항 소자로부터의 출력(RE)에 기초하는 값을 감산한 제1 내지 제4 자기 저항 소자로부터의 출력(RA, RB, RC, RD)에 기초하는 신호의 총합(RA+RB+RC+RD)에 기초하여 제1 축 방향(X축)의 자기 성분(4ΔRx)을 연산한다. 요컨대, 상기 자기 검출 방법은, 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 각 축 방향의 자장 성분을 구한다.
또한, 제2 축 방향(Y축)은, 제1 내지 제5 자기 저항 소자의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 기판 평면에 대하여 평행한 방향이며, 제3 축 방향(Z축)은, 기판 평면에 대하여 수직인 방향이며, 제1 축 방향(X축)은, 제1 내지 제5 자기 저항 소자의 자기 감지축의 방향이다.
이와 같이, 실시 형태 5 내지 13의 자기 센서를 사용한 자기 검출 방법은, 소비 전류의 증대를 억제하면서, 분해능이 높고 동일 기판 위에서 2축 또는 3축 방향의 자장을 검지할 수 있다. 또한, 일 방향으로 자기 감지축을 갖는 자기 저항 소자를 사용한 소형의 자기 센서에 의한 자기 검출 방법을 실현할 수 있다.
[실시 형태 14]
도 26은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 14에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 실시 형태 14의 자기 센서의 평면에서 볼 때의 구조를 나타내는 도면이다.
실시 형태 14의 자기 센서는, 도 15의 자기 센서에 있어서, 제5 자기 저항 소자(50e)를 삭제하고, 제1 자기 수렴판(60a)에 있어서의 제1 축 방향의 좌측에 제5 자기 저항 소자(50e)와, 제3 자기 수렴판(60c)에 있어서의 제1 축 방향의 우측에 제6 자기 저항 소자(50f)를 설치하고, 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)의 단부를 자기 수렴 판재(61a)로 접속한 구성으로 되어 있다.
여기서, 실시 형태 14의 자기 센서에 제1 축 방향의 자장 Bx가 입력되면, 제5 자기 저항 소자(50e)에는 제1 축 방향의 자장 Bx가 입력되기 때문에, ΔRx만큼 저항값이 변화한다. 그리고, 제1 축 방향의 자장 Bx는, 제1 자기 수렴판(60a)에 입력되고, 제3 자기 수렴판(60c)과 접속된 자기 수렴 판재(61a)에 의해 제2 축 방향으로 굴곡된다. 이 굴곡된 자장은, 자기 수렴 판재(61a)를 통과하고, 제3 자기 수렴판(60c)으로부터 제1 축 방향으로 출력된다. 제3 자기 수렴판(60c)으로부터 출력된 자장은, 제6 자기 저항 소자(50f)에 입력된다. 제6 자기 저항 소자(50f)는, ΔRx만큼 저항값이 변화한다. 이와 같이, 제1 및 제3 자기 수렴판(60a, 60c)을 접속하는 자기 수렴 판재(61a)에 의해, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)가 제1 축 방향의 자장 Bx에 대하여 실드되고, 제1 축 방향의 자장 Bx가 제5 및 제6 자기 저항 소자(50e, 50f)에만 입력된다.
제2 축 방향의 자장 By가 입력되었을 때, 지금까지 설명해 온 실시 형태와 마찬가지의 원리에 의해 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)에 제2 축 방향의 자장 By가 입력되고, 제1 및 제2 자기 저항 소자(50a, 50b)는 -ΔRy만큼 저항값이 변화하고, 제3 및 제4 자기 저항 소자(50c, 50d)는 ΔRy만큼 저항값이 변화한다.
제2 축 방향의 자장 By는, 제1 자기 수렴판(60a)에 의해 굴곡되기 때문에, 제5 자기 저항 소자(50e)에는, 제3 및 제4 자기 저항 소자(50c, 50d)와 동일한 방향으로 자장이 입력된다. 이로 인해, 제5 자기 저항 소자(50e)는 ΔRy만큼 저항값이 변화한다. 한편, 제6 자기 저항 소자(50f)에는, 제3 자기 수렴판(60c)에 의해, 제1 및 제2 자기 저항 소자(50a, 50b)와 동일한 방향으로 제2 축 방향의 자장 By가 입력된다. 이로 인해, 제6 자기 저항 소자(50f)는, -ΔRy만큼 저항값이 변화한다.
제3 축 방향의 자장 Bz가 입력되었을 때도, 지금까지 설명해 온 실시 형태와 마찬가지의 원리에 의해 제1 및 제3 자기 저항 소자(50a, 50c)의 저항값은 -ΔRz만큼 변화하고, 제2 및 제4 자기 저항 소자(50b, 50d)의 저항값은 ΔRz만큼 변화한다. 제5 자기 저항 소자(50e)에는, 제1 자기 수렴판(60a)에 의해, 제3 축 방향의 자장이 제2 및 제4 자기 저항 소자(50b, 50d)와 동일한 방향으로 입력된다. 그리고, 제5 자기 저항 소자(50e)는 저항값이 ΔRz만큼 변화한다. 제6 자기 저항 소자(50f)에는, 제3 자기 수렴판(60c)에 의해, 제3 축 방향의 자장이 제1 및 제3 자기 저항 소자(50a, 50c)와 동일한 방향으로 입력된다. 그리고, 제6 자기 저항 소자(50f)는 저항값이 -ΔRz만큼 변화한다.
도 27은, 도 26에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 취출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다. 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)는, 일단부가 각각 단자 S에 전기적으로 접속되고, 타단부가 각각 단자 A 내지 F에 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 단자 S를 그라운드에 접속하고, 단자 A 내지 F에 전류원을 접속하여 소정의 전류를 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)로 흘림으로써, 3축의 자장 성분이 각각 혼합된 신호를 단자 A 내지 F로부터 각각 취출할 수 있다.
다음으로, 각 자기 저항 소자로부터 각 축의 자장 성분의 신호를 취출하는 방법에 대하여 설명한다. 실시 형태 14의 자기 센서에 제1 축 방향의 자장 Bx, 제2 축 방향의 자장 By 및 제3 축 방향의 자장 Bz가 인가되었을 때의 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)의 저항값 RA 내지 RF는, 다음 식으로 된다.
RA=R-ΔRy-ΔRz …(24)
RB=R-ΔRy+ΔRz …(25)
RC=R+ΔRy-ΔRz …(26)
RD=R+ΔRy+ΔRz …(27)
RE=R+ΔRx+ΔRy+ΔRz …(28)
RF=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz …(29)
지금까지의 실시 형태의 설명과 마찬가지로, 식 (24) 내지 (29)에 관한 연립방정식을 풂으로써, 각 축의 자장 성분의 출력을 연산하여 구할 수 있다.
이하, ΔRx, ΔRy 및 ΔRz의 구하는 방법의 일례를 나타낸다.
-(24)+(26)으로부터, -RA+RC=2ΔRy …(30)
-(25)+(27)로부터, -RB+RD=2ΔRy …(31)
-(24)+(25)로부터, -RA+RB=2ΔRz …(32)
-(26)+(27)로부터, -RC+RD=2ΔRz …(33)
(28)+(29)로부터, RE+RF=2R+2ΔRx …(34)
가 각각 얻어진다.
다음으로,
(30)+(31)로부터, 4ΔRy …(35)
(32)+(33)으로부터, 4ΔRz …(36)
(24)+(25)+(26)+(27)로부터, 4R …(37)
이 각각 얻어진다.
다음으로,
2×(34)-(37)로부터, 4ΔRx …(38)
이 얻어진다.
이와 같이 하여, 식 (35), (36), (38)에 나타낸 바와 같은 각 축의 자장 성분이 구해진다.
도 28은, 도 27에 도시한 자기 센서의 신호를 검출하기 위한 구체적인 회로 구성도이다. 도 19와 마찬가지로, 단자 S는, 그라운드에 접속되고, 단자 A 내지 F는, 전류값이 동일한 복수의 전류원의 일단부에 각각 접속되고, 각 전류원의 타단부는, 각각 전원 전압 단자에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)에 소정의 전류를 공급할 수 있어, 제1 축 방향의 자장 Bx, 제2 축 방향의 자장 By, 및 제3 축 방향의 자장 Bz가 인가된 상태에서의 저항 변화에 기초한 전압이 단자 A 내지 F로부터 각각 출력된다.
도 29는, 도 26에 도시한 자기 센서의 출력 신호의 연산부의 회로 구성도이다.
연산부(80)는, 신호 취득부(81a 내지 81f)(RA 내지 RF), 감산부(82a 내지 82d)(A 내지 D), 가산부(82e)(E) 및 (82f)(F)를 구비하고 있다. 신호 취득부(81a 내지 81f)는, 단자 A 내지 F에 있어서의 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)의 저항값에 따른 전압을 각각 취득한다. 즉, 각 신호 취득부(81a 내지 81f)는, 식 (24) 내지 (29)에 나타낸 신호를 취득한다. 그리고, 감산부(82a 내지 82d) 및 가산부(82e)는, 각각 식 (30) 내지 (34)를 계산하고, 가산부(82f)는, 식 (37)을 계산한다. 마지막으로, 후단의 가감산부(83)가, 식 (35), 식 (36), 식 (38)을 각각 계산하여, 제1 축 방향의 출력, 제2 축 방향의 출력, 및 제3 축 방향의 출력이 얻어진다.
또한, 실시 형태 14에서는, 전술한 수순으로 ΔRx, ΔRy 및 ΔRz에 따른 출력을 얻고 있지만, 전술한 수순에 한정되지 않는다. 즉, 연산부(80)가, ΔRx, ΔRy 및 ΔRz를 얻도록 연립방정식을 푸는 구성이면 된다.
이상 설명한 실시 형태 14의 자기 센서는, 도 15의 자기 센서가 갖는 제1 내지 제3 중 어느 한쪽 방향의 자장에 대하여 불감이 되는 레퍼런스용 제5 자기 저항 소자(50e)가 불필요하다. 실시 형태 14의 자기 센서는, 실시 형태 5 내지 13의 효과 외에, 자기 저항 소자를 레퍼런스로서 사용하지 않고, 자기 저항 소자 E 또는 F로서 사용함으로써 감도가 더 높아진다.
[실시 형태 15]
도 30은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 15에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 실시 형태 15의 자기 센서의 평면에서 볼 때의 구성을 나타내는 도면이다.
실시 형태 15의 자기 센서는, 전술한 실시 형태 14의 자기 센서에 있어서, 평면에서 볼 때, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60e) 중, 제1 축 방향의 좌측 단부에 배치된 자기 수렴판(60a)에 있어서의 제1 축 방향의 좌측에 배치된 제4 자기 수렴판(60f)과, 제1 축 방향의 우측 단부에 배치된 자기 수렴판(60e)의 우측에 배치된 제5 자기 수렴판(60g)을 더 구비하고 있다. 또한, 실시 형태 15의 자기 센서는, 평면에서 볼 때, 제4 및 제5 자기 수렴판(60f, 60g)과 각각에 접속하는 자기 수렴 판재(61f, 61g)가 L자형을 이루고 있다. 또한, 지금까지 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 제4 및 제5 자기 수렴판(60f, 60g)과 각각에 접속하는 자기 수렴 판재(61f, 61g)는, T자형 또는 Y자형으로 구성하여도 된다. 그리고, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60e) 중 인접하는 길이 방향으로 어긋난 자기 수렴판을 사이에 두고 대향하는 자기 수렴판끼리가 자기 수렴 판재(61a, 61b)로 접속되어 있다. 즉, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60e)은, 1개 걸러 단부에 있어서 자기 수렴 판재(61a, 61b)와 각각 접속되어 있다.
도 31은, 도 30에 도시한 자기 센서의 출력 신호를 취출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다. 도 30에 도시한 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)는, 동일한 부호끼리의 것이 각각 직렬 접속되고, 각 자기 저항 소자의 일단부는, 단자 S에 접속되며, 각 자기 저항 소자의 타단부는, 각각 단자 A 내지 F에 접속된다. 전술한 실시 형태 14와 마찬가지로, 단자 S는, 그라운드에 접속되고, 단자 A 내지 F에는 소정의 전류를 공급하는 전류원에 접속된다. 각 자기 저항 소자에 전류를 공급하고, 각 자기 저항 소자의 저항값에 따른 신호를 취출하는 구체적인 회로 구성은, 도 28과 마찬가지이다.
제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)의 저항값에 따른 신호는, 전술한 실시 형태 14와 마찬가지의 원리에 의해, 신호 증폭률을 정규화하면, 식 (24) 내지 (27)과 동일해진다. 제5 및 제6 자기 저항 소자(50e, 50f)는, 각각 좌우의 자기 저항 소자의 제2 축 방향의 성분이 역부호가 되기 때문에, 제1 축 방향의 성분과 제3 축 방향의 성분만이 저항값 변화로서 나타난다. 즉, 제5 및 제6 자기 저항 소자(50e, 50f)의 저항값에 따른 신호는, 신호 증폭률을 정규화하면, 다음 식으로 표현된다.
RE=R+ΔRx+ΔRy+ΔRz (39)
RF=R+ΔRx-ΔRy-ΔRz (40)
다음은, 전술한 실시 형태 14와 마찬가지로, 연산부(80)를 구비하고, 식 (24) 내지 (27), 식 (39), 및 식 (40)에 관한 연립방정식을 풂으로써, 각 축의 자장 성분의 출력이 얻어진다.
연립방정식을 푸는 수순은, 전술한 실시 형태 14와 동일한 수순이어도 된다. 즉, 상기 수순으로 연산하는 경우, 연산부(80)의 회로 구성은, 도 29와 마찬가지로 된다.
[실시 형태 16]
도 32는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 16에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 실시 형태 16의 자기 센서의 평면에서 볼 때의 구성과 신호를 검출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다.
실시 형태 16의 자기 센서는, 전술한 실시 형태 15의 자기 센서에 있어서, 각 자기 수렴판(60a 내지 60g)의 단부가 1개 걸러 자기 수렴 판재(61a, 61b)에서 접속된 것이다. 즉, 실시 형태 16의 자기 센서는, 복수의 자기 수렴판(60a, 60c, 60e) 중 길이 방향으로 어긋난 자기 수렴판의 어긋난 방향의 단부가 각각 자기 수렴 판재(61a)로 접속되고, 나머지의 자기 수렴판(60f, 60b, 60d, 60g)의 상기 어긋난 방향과는 역방향의 단부가 각각 자기 수렴 판재(61b)에서 접속되어 있다.
각 자기 저항 소자의 저항값에 따른 신호를 취출하는 방법, 연립방정식을 풀어 각 축의 자장 성분을 출력하는 방법은, 전술한 실시 형태 14 및 15와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
[실시 형태 17]
도 33은, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 17에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 실시 형태 17의 자기 센서의 평면에서 볼 때 구성과 신호를 검출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다.
실시 형태 17의 자기 센서는, 전술한 실시 형태 15의 자기 센서에 있어서, 제1 축 방향의 좌측 단부와 우측 단부에 있는 L자형을 구성하는 제4 및 제5 자기 수렴판(60f, 60g)과 자기 수렴 판재(61f, 61g)와, 자기 저항 소자 중 제1 축 방향의 좌측 단부에 있는 제6 자기 저항 소자(50f)와, 자기 저항 소자 중 제1 축 방향의 우측 단부에 있는 제5 자기 저항 소자(50e)를 삭제한 것이다. 그리고, 제1 내지 제4 자기 저항 소자(50a 내지 50d)는, 동일한 부호끼리의 것이 각각 직렬 접속되고, 제1 내지 제6 자기 저항 소자(50a 내지 50f)의 일단부가 단자 S에 접속되며, 타단부가 각각 단자 A 내지 F에 접속되어 있다. 소정의 전류를 단자 A 내지 F에 흘려서 각 자기 저항 소자의 저항값에 따른 신호를 취출하는 방법, 연립방정식을 풀어서 각 축의 자장 성분을 출력하는 방법은, 전술한 실시 형태 14 및 15와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
[실시 형태 18]
도 34는, 본 발명의 자기 센서의 실시 형태 18에 있어서의 자기 저항 소자와 자기 수렴판의 배치 패턴을 나타내는 도면이며, 실시 형태 18의 자기 센서의 평면에서 볼 때의 구성과 신호를 검출하기 위한 배선을 나타내는 도면이다.
실시 형태 18의 자기 센서는, 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60f) 및 자기 수렴 판재(61a, 61b, 61e, 61f)의 구성이, 전술한 실시 형태 17의 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60e) 중 제1 축 방향의 우측 단부에 배치된 자기 수렴판(60e)의 단부와 중앙에 배치된 자기 수렴판(60c)의 단부가 자기 수렴 판재(61a)에서 접속되지 않고, 전술한 실시 형태 17의 복수의 자기 수렴판(60a 내지 60e) 중 제1 축 방향의 좌측 단부에 배치된 자기 수렴부(60a)와 공간을 이격하여 역 T자형을 구성하는 자기 수렴판(60f)과 자기 수렴 판재(61f)가 더 배치된 것이다. 그리고, 실시 형태 18의 자기 센서는, 전술한 실시 형태 17의 자기 센서의 제1 축 방향의 우측에 있는 2개의 자기 수렴판(60d, 60e)의 사이에 배치한 제3 및 제4 자기 저항 소자(50c, 50d)가, 각각 실시 형태 15의 우측의 제6 및 제5 자기 저항 소자(50f, 50e)로 치환되고, 또한, 전술한 실시 형태 17의 제1 축 방향의 우측 단부에 있는 제6 자기 저항 소자(50f)가 자기 수렴 판재(61f)에서 역 T자형을 구성하는 제4 자기 수렴판(60f)과, 자기 수렴판(60a)의 사이에서 역 T자형의 자기 수렴판(60f)에 치우쳐서 배치된 것이다.
제1 및 제2 자기 저항 소자(50a, 50b)와 제5 및 제6 자기 저항 소자(50e, 50f)는, 동일 부호끼리의 것이 각각 직렬 접속되고, 각 일단부가 단자 S에 접속되며, 각 타단부가 단자 A 내지 F에 접속되어 있다.
소정의 전류를 단자 A 내지 F로 흘려서 각 자기 저항 소자의 저항값에 따른 신호를 취출하는 방법은, 전술한 실시 형태 14 및 15와 마찬가지이다. 또한, 전술한 실시 형태 14 및 15와 마찬가지로, 단자 A 내지 F로부터 취득되는 자기 저항 소자(50a 내지 50f)의 저항값에 따른 신호에 대하여, 연립방정식을 풂으로써 각 축의 자장 성분의 출력을 구할 수 있다.
실시 형태 18에서는, 자장을 받지 않았을 때의 제3 및 제4 자기 저항 소자(50c, 50d)의 저항값이 자장을 받지 않았을 때의 제1 및 제2 자기 저항 소자(50a, 50b)와 제5 및 제6 자기 저항 소자(50e, 50f)의 저항값과 각각 동등하다고 하면, 단자 A 내지 E에 있어서의 각 자기 저항 소자의 출력은, 전술한 실시 형태 14와 마찬가지로 된다. 그러나, 실시 형태 18에서는, 단자 F로부터 취득되는 신호 RF는, 다음 식과 같이, ΔRy의 부호가 실시 형태 14와 반대로 된다.
RF=R+ΔRx+ΔRy-ΔRz …(41)
또한, RE+RF는, 다음 식으로 표현된다.
RE+RF=2R+2ΔRx+2ΔRy …(42)
즉, 실시 형태 18에서는, 전술한 실시 형태 14의 연산부(80)에 있어서의 가감산부(83)가 2×(42)-(37)을 계산한 값으로부터 식 (35)의 4ΔRy를 감산하도록 구성함으로써, 4ΔRx를 구할 수 있다. 또한, 전술한 설명으로부터 명백해진 바와 같이, ΔRx, ΔRy, ΔRz가 구해지면, 그 푸는 방법이나 수순은 무엇이이든 된다. 즉, 연산부(80)가 ΔRx, ΔRy, ΔRz를 출력할 수 있도록 연립방정식을 푸는 구성으로 되어 있으면 된다.
이상과 같이, 실시 형태 14 내지 18의 자기 센서는, 제1 축 방향의 양단에 위치하는 자기 수렴판과 그에 인접하는 자기 수렴판에서 형성하는 공극에 있어서, 제1 축 방향의 자장이 배치 패턴 내부의 그것과 서로 다른 성질을 이용하고 있는 것이 특징이다.
이상 설명한 자기 센서 및 그 자기 검출 방법에 대하여, 실시 형태를 이하에 기재한다.
[실시 형태 1]
기판에 대하여 대략 평행하면서 서로 대략 평행하고, 인접하는 2개의 한쪽에 대하여 다른 쪽이 길이 방향으로 어긋나 배치된 복수의 자기 수렴부와,
상기 복수의 자기 수렴부에 대략 평행하며, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부가 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 배치된 복수의 자기 검지부를 구비하고,
상기 복수의 자기 검지부는,
평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 인접하는 2개의 자기 수렴부에 각각 치우쳐서 배치된 제1 및 제2 자기 검지부를 포함하고 있는 자기 센서.
[실시 형태 2]
상기 제1 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 인접하는 2개의 자기 수렴부의 한쪽의 자기 수렴부보다도 다른 쪽의 자기 수렴부에 치우쳐서 배치되고,
상기 제2 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 상기 다른 쪽의 자기 수렴부보다도 상기 한쪽의 자기 수렴부에 치우쳐서 배치되어 있는 실시 형태 1에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 3]
상기 복수의 자기 수렴부는, 3개 이상의 자기 수렴부로 구성되고,
1개의 자기 수렴부가 2개의 자기 수렴부에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 상기 2개의 자기 수렴부가 상기 1개의 자기 수렴부를 평면에서 볼 때 사이에 끼워 대향하도록 배치되어 있는 실시 형태 1 또는 2에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 4]
상기 복수의 자기 수렴부의 각각의 에지 간 거리가, 각각 대략 동등한 실시 형태 3에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 5]
상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 상기 복수의 자기 수렴부의 각 무게 중심이 지그재그가 되도록 배치되어 있는 실시 형태 3 또는 4에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 6]
상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 1개 걸러 대항하여 배치되어 있는 실시 형태 3 내지 5 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 7]
상기 복수의 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재가 설치되어 있는 실시 형태 3 내지 6 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 8]
상기 복수의 자기 수렴부는, 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 실시 형태 7에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 9]
평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부의 1개에 덮이도록 배치된 제3 자기 검지부를 더 구비하고 있는 실시 형태 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 10]
상기 복수의 자기 수렴부는, 1개 걸러 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 실시 형태 7에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 11]
평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부의 외측에 배치된 제4 및 제5 자기 검지부를 더 구비하고 있는 실시 형태 10에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 12]
평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부가 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고, 상기 복수의 자기 수렴부 중 상기 단부에 배치된 자기 수렴부 이외의 자기 수렴부는, 1개 걸러 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 실시 형태 7에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 13]
상기 복수의 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 실시 형태3 내지 8, 및 12 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 14]
상기 복수의 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 실시 형태 13에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 15]
상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 실시 형태 14에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 16]
상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 실시 형태 9에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 17]
상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 실시 형태 16에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 18]
상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 실시 형태 17에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 19]
상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 실시 형태 11에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 20]
상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 실시 형태 19에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 21]
상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 실시 형태 20에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 22]
상기 연산부는, 상기 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 실시 형태 15, 18 또는 21 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 23]
상기 제1 축은, 상기 기판에 평행하며,
상기 제2 축은, 상기 기판에 평행하며 상기 제1 축에 직교하고,
상기 제3 축은, 상기 기판에 직교하는 실시 형태 13 내지 22 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 24]
제1 방향의 자장 성분을 검지하는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와,
상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 자장 성분과, 상기 제1 및 제2 방향 중 어느 쪽으로도 직교하는 제3 방향의 자장 성분을 상기 제1 방향의 자장 성분으로 변환하는 자장 방향 변환부
를 구비하고 있는 자기 센서.
[실시 형태 25]
상기 자장 방향 변환부는, 기판 위에 서로 대략 평행해지도록 배치된 제1 및 제2 자기 수렴부를 구비하고, 상기 제1 및 제2 자기 수렴부와 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재로 구성되는 배치 패턴에 있어서,
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 실시 형태 24에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 26]
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부와 대략 평행해지도록 배치되어 있는 실시 형태 25에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 27]
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제1 자기 수렴부의 거리가, 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제2 자기 수렴부의 거리보다도 짧은 실시 형태 26에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 28]
상기 제1 및 제2 자기 수렴부가, 그 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 자장이 입력되었을 때, 그 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부에 자속 성분의 자로가 형성되도록 배치되어 있는 실시 형태 25 내지 27 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 29]
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이, 상기 기판 평면에 평행하면서, 상기 제3 방향이, 상기 기판 평면에 수직인 실시 형태 25 내지 28 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 30]
상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향에서 어긋나 배치되어 있는 실시 형태 25 내지 29 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 31]
상기 자장 방향 변환부가,
제3 자기 수렴부 및/또는 제4 자기 수렴부를 갖고, 그 제3 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제3 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되고, 상기 제4 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부를, 상기 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되어 있는 실시 형태 25 내지 30 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 32]
상기 제1 내지 제4 자기 수렴부가, 각각의 단부에 제1 내지 제4 자기 수렴 부재를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, T자형, Y자형 또는 L자형인 실시 형태 25 내지 31 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 33]
상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 실시 형태 32에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 34]
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 실시 형태 25 내지 33 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 35]
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 동일한 구조의 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부(50c)를 구비하고, 그 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분에 대하여 불감이 되도록 배치되어 있으며, 상기 배치 패턴이, 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재를 포함하는 실시 형태 25 내지 34 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 36]
상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 실시 형태 35에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 37]
상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제2 자기 수렴부에 덮여 있는 실시 형태 36에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 38]
상기 배치 패턴을 복수 갖는 실시 형태 24 내지 37 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 39]
상기 복수의 반복 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재 및/또는 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재 및/또는 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 실시 형태 38에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 40]
상기 복수의 반복 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가 전기적으로 접속되어 있는 실시 형태 39에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 41]
상기 복수의 반복 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가 전기적으로 접속되어 있는 실시 형태 39에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 42]
상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 방향의 자장 성분만을 검지하는 실시 형태 24 내지 41 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 43]
상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 연자성체인 실시 형태 24 내지 42 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 44]
다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고,
그 제어부에는, 상기 자기 검지부의 출력으로부터 얻어지는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호가 입력되고,
상기 제어부가, 그 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 실시 형태 24 내지 43 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 45]
상기 자기 검지부의 출력과 상기 보조 자기 검지부의 출력에 기초하여, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호를 생성하는 신호 생성부와,
다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부가, 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 실시 형태 24 내지 43 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 46]
2축 또는 3축 방향의 자기를 검출하는 자기 센서에 있어서,
기판 평면에 대하여 각각 평행하게 배치된 3개 이상의 자기 검지부와, 상기 기판 평면에 대하여 각각 평행하게 배치된 제1 내지 제3 자기 수렴부를 포함하는 배치 패턴을 구비하고,
상기 제1 내지 제3 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 자기가 입력되었을 때, 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제3 자기 수렴부에 각각 자속 성분의 자로가 형성되도록 배치되고,
상기 3개 이상의 자기 검지부가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제1 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 한쪽의 자기 검지부군과, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 다른 쪽의 자기 검지부군을 구비하고 있는 자기 센서.
[실시 형태 47]
상기 3개 이상의 자기 검지부의 모두가, 상기 기판 평면에 대하여 평행한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 2축은, 상기 기판 평면에 대하여 평행하면서 상기 제1 축에 대하여 수직인 제2 축과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 제3 축이며, 상기 3축은, 상기 제1 내지 제3 축인 실시 형태 46에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 48]
상기 3개 이상의 자기 검지부의 각각이, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부 간의 제1 가상 중선으로부터, 상기 한쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향 중선까지의 중선 간 거리 및 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부 간의 제2 가상 중선으로부터, 상기 다른 쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향 중선까지의 중선 간 거리가 서로 대략 동등한 실시 형태 46 또는 47에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 49]
상기 중선 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하인 실시 형태 48에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 50]
상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 어긋나 배치되는 실시 형태 46 내지 49 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 51]
평면에서 볼 때, 상기 제2 자기 수렴부의 무게 중심이, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부의 무게 중심을 연결한 가상선 위에 실리지 않는 실시 형태 46 내지 50 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 52]
상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부의 에지 간 거리가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 에지 간 거리와 대략 동등한 실시 형태 46 내지 51 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 53]
상기 에지 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하인 실시 형태 52에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 54]
제4 자기 수렴부 및/또는 제5 자기 수렴부를 구비하고, 그 제4 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제4 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되고, 그 제5 자기 수렴부가, 상기 제3 자기 수렴부를, 그 제5 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에서 끼우는 위치에 배치되는 실시 형태 46 내지 53 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 55]
상기 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재를 설치하고, 그 자기 수렴부가, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 실시 형태 46 내지 54 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 56]
상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부의 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 실시 형태 55에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 57]
상기 3개 이상의 자기 검지부의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 실시 형태 46 내지 56 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 58]
상기 배치 패턴이, 상기 3개 이상의 자기 검지부 외에, 보조 자기 검지부를더 구비하고, 그 보조 자기 검지부가, 자기 수렴부에 덮여 있는 실시 형태 46 내지 57 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 59]
상기 3개 이상의 자기 검지부가, 4개의 자기 검지부인 실시 형태 58에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 60]
상기 보조 자기 검지부가, 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 실시 형태 58 또는 59에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 61]
상기 배치 패턴을 복수 갖는 실시 형태 46 내지 60 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 62]
상기 복수의 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 제3 자기 수렴부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 제1 자기 수렴부를 겸하는 실시 형태 61에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 63]
상기 복수의 반복 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부 및/또는 상기 보조 자기 검지부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부 및/또는 상기 보조 자기 검지부의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 실시 형태 61 또는 62에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 64]
상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 실시 형태 46 내지 63 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 65]
상기 3개 이상의 자기 검지부 및 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분과, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 실시 형태 58 내지 60 중 어느 하나에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 66]
상기 연산부가, 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호분이 감산된 상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호를 가산함으로써, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분을 연산하는 실시 형태 65에 기재된 자기 센서.
[실시 형태 67]
실시 형태 46 내지 66 중 어느 하나에 기재된 자기 센서를 사용한 자기 검출 방법.
[실시 형태 68]
제1 및 제2 자기 수렴부에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부 및 제3 자기 수렴부에 끼워진 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
상기 제1 내지 제3 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
상기 제1 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값과 상기 제3 자기 검지부의 출력에 기초하는 값에 기초하여, 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
상기 제1 자기 검출부로부터의 출력에 기초하는 값과 상기 제2 자기 검지부의 출력에 기초하는 값에 기초하여, 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
[실시 형태 69]
제1 및 제2 자기 수렴부에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부와 제3 자기 수렴부에 끼워진 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
상기 제1 내지 제4 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
상기 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합으로부터 상기 제1 및 제2 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합을 감산한 값에 기초하여 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
상기 제2 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합으로부터 상기 제1 및 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합을 감산한 값에 기초하여 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하거나, 또는
상기 제1 자기 검지부로부터의 출력과 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
상기 제1 자기 검출부로부터의 출력과 상기 제2 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
[실시 형태 70]
상기 제1 내지 제3 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
상기 제1 내지 제3 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
상기 제2 및 제3 축 방향 자기 성분의 연산 외에,
상기 제2 자기 검출부로부터의 출력과, 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력과, 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 상기 제1 축 방향의 자기 성분을 연산하는 실시 형태 68에 기재된 자기 검출 방법.
[실시 형태 71]
상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
상기 제1 내지 제4 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
상기 제2 및 제3 축 방향 자기 성분의 연산 외에,
상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값으로부터 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값을 감산한 상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호의 총합에 기초하여 상기 제1 축 방향의 자기 성분을 연산하는 실시 형태 69에 기재된 자기 검출 방법.
[실시 형태 72]
상기 제2 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향이며, 상기 제3 축 방향이, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향인 실시 형태 68 내지 71 중 어느 하나에 기재된 자기 검출 방법.
[실시 형태 73]
상기 제1 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축의 방향인 것을 특징으로 하는 실시 형태 69 내지 72 중 어느 하나에 기재된 자기 검출 방법.
본 발명의 자기 센서 및 그 자기 검출 방법은, 소형화나 공간 절약화, 저소비 전력화의 요구가 강한 휴대 기기 등의 분야에서 적합하게 이용할 수 있다.
1: 반강자성층
2: 핀드층(고정층)
3: Cu층(스페이서층)
4: 프리층(자유 회전층)
11: 절연막
12: 프리층(자유 회전층)
13: 도전층
14: 핀드층(고정층)
15: 반강자성층
16: 절연막
31: 실리콘 기판
32a 내지 32c: GMR 소자
33a 내지 33d: 메탈 배선
41a 내지 41f: 자기 수렴판
50a 내지 50f: 제1 내지 제6 자기 저항 소자(자기 검지부)
60a 내지 60g: 제1 내지 제7 자기 수렴판(자기 수렴부)
61a 내지 61g: 제1 내지 제7 자기 수렴 판재(자기 수렴 부재)
70: 기판 평면
71: 제1 가상 평면
72: 제2 가상 평면
80: 연산부
81a 내지 81f: 신호 취득부
82a 내지 82d: 감산부
82e, 82f: 가산부
83: 가감산부
90a 내지 90f: 정전류원
101: 제1 전위
102: 제2 전위
161b, 162b: 제2 자기 수렴부의 단부점

Claims (73)

  1. 기판에 대하여 평행하면서 서로 평행하고, 인접하는 2개의 한쪽에 대하여 다른 쪽이 길이 방향으로 어긋나 배치된 복수의 자기 수렴부와,
    상기 복수의 자기 수렴부에 평행하며, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부의 인접하는 2개의 자기 수렴부의 사이에 배치된 복수의 자기 검지부를 구비하고,
    상기 복수의 자기 검지부는,
    평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 인접하는 2개의 자기 수렴부에 각각 치우쳐서 배치된 제1 및 제2 자기 검지부를 포함하고 있는 자기 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 인접하는 2개의 자기 수렴부의 한쪽의 자기 수렴부보다도 다른 쪽의 자기 수렴부에 치우쳐서 배치되고,
    상기 제2 자기 검지부는, 평면에서 볼 때, 상기 다른 쪽의 자기 수렴부보다도 상기 한쪽의 자기 수렴부에 치우쳐서 배치되어 있는 자기 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부는, 3개 이상의 자기 수렴부로 구성되고,
    1개의 자기 수렴부가 2개의 자기 수렴부에 대하여 길이 방향으로 어긋나고, 상기 2개의 자기 수렴부가 상기 1개의 자기 수렴부를 평면에서 볼 때 사이에 끼워 대향하도록 배치되어 있는 자기 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부의 각각의 에지 간 거리가, 각각 동등한 자기 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 상기 복수의 자기 수렴부의 각 무게 중심이 지그재그가 되도록 배치되어 있는 자기 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부는, 평면에서 볼 때 1개씩 걸러서 대항하여 배치되어 있는 자기 센서.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재가 설치되어 있는 자기 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부는, 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 자기 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부의 1개에 덮이도록 배치된 제3 자기 검지부를 더 구비하고 있는 자기 센서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 자기 수렴부는, 1개씩 걸러서 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 자기 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부의 외측에 배치된 제4 및 제5 자기 검지부를 더 구비하고 있는 자기 센서.
  12. 제7항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 복수의 자기 수렴부 중 단부에 배치된 자기 수렴부가 상기 자기 수렴 부재와 함께, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고, 상기 복수의 자기 수렴부 중 상기 단부에 배치된 자기 수렴부 이외의 자기 수렴부는, 1개씩 걸러서 상기 자기 수렴 부재로 접속되어 있는 자기 센서.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 자기 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 자기 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 자기 센서.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 자기 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 자기 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제3 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 자기 센서.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 자기 감지축은, 동일한 제1 축 방향인 자기 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자장과 제3 축 방향의 자장을 연산하여 구하는 연산부를 구비하고 있는 자기 센서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 복수의 자기 검지부와 상기 제4 및 제5 자기 검지부의 각 저항값에 기초하여, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 자기 센서.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 각 저항값에 관한 연립방정식을 풂으로써, 상기 제2 및 제3 축 방향의 자장을 구하는 자기 센서.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 제1 축은, 상기 기판에 평행하며,
    제2 축은, 상기 기판에 평행하며 상기 제1 축에 직교하고,
    제3 축은, 상기 기판에 직교하는 자기 센서.
  24. 제1 방향의 자장 성분을 검지하는 자기 감지재를 갖는 자기 검지부와,
    상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 자장 성분과, 상기 제1 및 제2 방향 중 어느 쪽으로도 직교하는 제3 방향의 자장 성분을 상기 제1 방향의 자장 성분으로 변환하는 자장 방향 변환부
    를 구비하고,
    상기 자장 방향 변환부는, 기판 위에 서로 평행해지도록 배치된 제1 및 제2 자기 수렴부를 구비하고, 그 제1 및 제2 자기 수렴부와 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재로 구성되는 배치 패턴에 있어서, 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 자기 센서.
  25. 삭제
  26. 제24항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부와 평행해지도록 배치되어 있는 자기 센서.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제1 자기 수렴부의 거리가, 상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 상기 제2 자기 수렴부의 거리보다도 짧은 자기 센서.
  28. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자기 수렴부가, 그 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 자장이 입력되었을 때, 그 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부에 자속 성분의 자로(磁路)가 형성되도록 배치되어 있는 자기 센서.
  29. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향이, 상기 기판 평면에 평행하면서, 상기 제3 방향이, 상기 기판 평면에 수직인 자기 센서.
  30. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향에서 어긋나 배치되어 있는 자기 센서.
  31. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자장 방향 변환부가,
    제3 자기 수렴부 및 제4 자기 수렴부 중 적어도 하나를 갖고, 그 제3 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제3 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에 끼우는 위치에 배치되고, 상기 제4 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부를, 상기 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 자기 수렴부의 사이에 끼우는 위치에 배치되어 있는 자기 센서.
  32. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 자기 수렴부가, 각각의 단부에 제1 내지 제4 자기 수렴 부재를 구비하고, 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, T자형, Y자형 또는 L자형인 자기 센서.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 자기 센서.
  34. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 자기 센서.
  35. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재와 동일한 구조의 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부(50c)를 구비하고, 그 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분에 대하여 불감(不感)이 되도록 배치되어 있으며, 상기 배치 패턴이, 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재를 포함하는 자기 센서.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 및 제2 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 자기 센서.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 보조 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제2 자기 수렴부에 덮여 있는 자기 센서.
  38. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배치 패턴을 복수 갖는 자기 센서.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 복수의 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 자기 센서.
  40. 삭제
  41. 제39항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 동일한 구조의 자기 감지재를 갖는 보조 자기 검지부를 더 구비하고,
    상기 복수의 배치 패턴이, 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재를 포함하고,
    상기 복수의 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재와 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 보조 자기 검지부가 갖는 자기 감지재가 전기적으로 접속되어 있는 자기 센서.
  42. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 검지부가 갖는 상기 자기 감지재가, 상기 제1 방향의 자장 성분만을 검지하는 자기 센서.
  43. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 자기 수렴부 및 상기 제1 내지 제4 자기 수렴 부재가, 연자성체인 자기 센서.
  44. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고,
    그 제어부에는, 상기 자기 검지부의 출력으로부터 얻어지는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호가 입력되고,
    상기 제어부가, 그 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 자기 센서.
  45. 제24항, 제26항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 검지부의 출력에 기초하여, 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호를 생성하는 신호 생성부와,
    다른 기능 블록을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부가, 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 제1 내지 제3 방향의 자장 성분이 가산된 상태의 신호에 의해 상기 다른 기능 블록을 제어하는 자기 센서.
  46. 2축 또는 3축 방향의 자기를 검출하는 자기 센서에 있어서,
    기판 평면에 대하여 각각 평행하게 배치된 3개 이상의 자기 검지부와, 상기 기판 평면에 대하여 각각 평행하게 배치된 제1 내지 제3 자기 수렴부를 포함하는 배치 패턴을 구비하고,
    상기 제1 내지 제3 자기 수렴부가, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 자기가 입력되었을 때, 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제1 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부로부터 상기 제3 자기 수렴부에 각각 자속 성분의 자로가 형성되도록 배치되고,
    상기 3개 이상의 자기 검지부가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제1 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 한쪽의 자기 검지부군과, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 사이에 배치되어 있는 다른 쪽의 자기 검지부군을 구비하고 있는 자기 센서.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부의 모두가, 상기 기판 평면에 대하여 평행한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고, 상기 2축은, 상기 기판 평면에 대하여 평행하면서 상기 제1 축에 대하여 수직인 제2 축과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 제3 축이며, 상기 3축은, 상기 제1 내지 제3 축인 자기 센서.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부의 각각이, 상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부 간의 제1 가상 중선으로부터, 상기 한쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향 중선까지의 중선 간 거리 및 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부 간의 제2 가상 중선으로부터, 상기 다른 쪽의 자기 검지부군의 자기 검출부 각각의 길이 방향의 중선까지의 중선 간 거리가 서로 동등한 자기 센서.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 중선 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하인 자기 센서.
  50. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 제2 자기 수렴부가, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부에 대하여, 상기 제2 자기 수렴부의 길이 방향으로 어긋나 배치되는 자기 센서.
  51. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    평면에서 볼 때, 상기 제2 자기 수렴부의 무게 중심이, 상기 제1 및 제3 자기 수렴부의 무게 중심을 연결한 가상선 위에 실리지 않는 자기 센서.
  52. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 제1 자기 수렴부와 상기 제2 자기 수렴부의 에지 간 거리가, 상기 제2 자기 수렴부와 상기 제3 자기 수렴부의 에지 간 거리와 동등한 자기 센서.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 에지 간 거리의 각각이, 서로 0.7배 이상 1.3배 이하인 자기 센서.
  54. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    제4 자기 수렴부 및 제5 자기 수렴부 중 적어도 하나를 구비하고, 그 제4 자기 수렴부가, 상기 제1 자기 수렴부를, 그 제4 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에 끼우는 위치에 배치되고, 그 제5 자기 수렴부가, 상기 제3 자기 수렴부를, 그 제5 자기 수렴부 및 상기 제2 자기 수렴부의 사이에 끼우는 위치에 배치되는 자기 센서.
  55. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 자기 수렴부의 단부에 자기 수렴 부재를 설치하고, 그 자기 수렴부가, T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부를 구성하고 있는 자기 센서.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 T자형, Y자형 또는 L자형의 자기 수렴부의 자기 수렴 부재가, 서로 공극부를 갖고 있는 자기 센서.
  57. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부의 긴 변 방향을 따른 일부가, 상기 기판 평면을 개재하여 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 자기 센서.
  58. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 배치 패턴이, 상기 3개 이상의 자기 검지부 외에, 보조 자기 검지부를 더 구비하고, 그 보조 자기 검지부가, 자기 수렴부에 덮여 있는 자기 센서.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부가, 4개의 자기 검지부인 자기 센서.
  60. 제58항에 있어서,
    상기 보조 자기 검지부가, 상기 제1 내지 제3 자기 수렴부 중 어느 하나에 덮여 있는 자기 센서.
  61. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 배치 패턴을 복수 갖는 자기 센서.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 복수의 배치 패턴에 있어서, 각각의 배치 패턴 중의 상기 제3 자기 수렴부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 제1 자기 수렴부를 겸하는 자기 센서.
  63. 제61항에 있어서,
    상기 복수의 배치 패턴이, 각각의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부가, 인접하는 후단의 배치 패턴 중의 상기 3개 이상의 자기 검지부의 각각과 전기적으로 접속되어 있는 자기 센서.
  64. 제46항 또는 제47항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 자기 센서.
  65. 제58항에 있어서,
    상기 3개 이상의 자기 검지부 및 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호가 입력되고, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분과, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 상기 기판 평면에 대하여 평행한 방향의 Y축 자기 성분과, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향의 Z축의 자기 성분을 연산하는 연산부를 구비하고 있는 자기 센서.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 연산부가, 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호분이 감산된 상기 3개 이상의 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호를 가산함으로써, 상기 3개 이상의 자기 검지부의 자기 감지축의 자기 성분을 연산하는 자기 센서.
  67. 제46항 또는 제47항에 기재된 자기 센서를 사용한 자기 검출 방법.
  68. 제1 및 제2 자기 수렴부 사이에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부 및 제3 자기 수렴부 사이에 끼워진 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
    상기 제1 내지 제3 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
    상기 제1 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값과 상기 제3 자기 검지부의 출력에 기초하는 값에 기초하여, 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
    상기 제1 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값과 상기 제2 자기 검지부의 출력에 기초하는 값에 기초하여, 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
  69. 제1 및 제2 자기 수렴부 사이에 끼워진 제1 및 제2 자기 검지부와, 상기 제2 자기 수렴부와 제3 자기 수렴부 사이에 끼워진 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 2축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
    상기 제1 내지 제4 자기 검지부는 동일한 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
    상기 제3 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합으로부터 상기 제1 및 제2 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합을 감산한 값에 기초하여 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
    상기 제2 및 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합으로부터 상기 제1 및 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값의 합을 감산한 값에 기초하여 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하거나, 또는
    상기 제1 자기 검지부로부터의 출력과 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 제2 축 방향의 자기 성분을 연산하고,
    상기 제1 자기 검지부로부터의 출력과 상기 제2 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 제3 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
  70. 제68항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
    상기 제1 내지 제3 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
    상기 제2 및 제3 축 방향의 자기 성분의 연산 외에,
    상기 제2 자기 검출부로부터의 출력과, 상기 제3 자기 검지부로부터의 출력과, 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여, 상기 제1 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
  71. 제69항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력과, 자기 수렴부에 덮인 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하여 3축 방향의 자기 성분을 검출하는 자기 검출 방법으로서,
    상기 제1 내지 제4 자기 검지부 및 보조 자기 검지부는, 상기 제1 축 방향에 자기 감지축을 갖고,
    상기 제2 및 제3 축 방향의 자기 성분의 연산 외에,
    상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값으로부터 상기 보조 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 값을 감산한 상기 제1 내지 제4 자기 검지부로부터의 출력에 기초하는 신호의 총합에 기초하여 상기 제1 축 방향의 자기 성분을 연산하는 자기 검출 방법.
  72. 제68항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축에 대하여 수직이면서 기판 평면에 대하여 평행한 방향이며, 상기 제3 축 방향이, 상기 기판 평면에 대하여 수직인 방향인 자기 검출 방법.
  73. 제69항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 축 방향이, 상기 자기 검지부의 자기 감지축의 방향인 것을 특징으로 하는 자기 검출 방법.
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