KR920010840B1 - Resistance elements for magnetic flux - Google Patents

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Abstract

The magneto-resistivity device comprises a magneto-resistivity device (102) for sensing a magnetic field direction of the rotational magnetic field, a reference magneto-resistivity device (103,103'), electrodes (104), and a fixed resistor on the substrate (101). In the device, the reference device (103,103') has a constant resistance value against the change of an external magnetic field, and forms a rectangular pattern or a perpendicular pattern between the electrodes.

Description

자기저항소자Magnetoresistive element

제1도는 종래의 자기저항소자의 구성도 (a) 및 등가 회로도 (b).1 is a block diagram (a) and an equivalent circuit diagram (b) of a conventional magnetoresistive element.

제2도는 본 발명의 자기저항소자의 일실시예 (a) 및 타실시예 (b) 구성도.2 is a configuration diagram of one embodiment (a) and the other embodiment (b) of the magnetoresistive element of the present invention.

제3도는 각 자기저항소자 패턴의 세부구조도.3 is a detailed structural diagram of each magnetoresistive element pattern.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

101 : 기판 102 : 감지(Sensing)용 자기저항소자101 substrate 102 magnetoresistive element for sensing

103, 103′: 레퍼런스(Reference)용 자기저항소자103, 103 ': magnetoresistive element for reference

104 : 전극 105, 106 : 고정저항104: electrode 105, 106: fixed resistance

본 발명은 자기저항(Magneto-Resistivity) 소자에 관한 것으로, 특히 회전자계의 자계방향검지를 목적으로 감지용 자기저항소자를 장착하고 이 감지용 자기저항 소자가 외부자계에 대해 항상 일정한 저항값을 갖도록 부전극사이에 레퍼런스용 자기저항소자를 구성하여 온도 보상이 가능하도록 함과 동시에 소자자체의 크기를 가능한한 작게하는 자기저항소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magneto-resistance device, and in particular, to mount a magnetoresistive element for the purpose of detecting the magnetic field direction of a rotating magnetic field so that the magnetoresistive element has a constant resistance value against an external magnetic field. The present invention relates to a magnetoresistive element that constitutes a reference magnetoresistive element between secondary electrodes to enable temperature compensation and at the same time reduce the size of the element itself.

일반적으로 정밀 모터(Motor)의 속도제어나 위치제어 및 자계를 띠고 있는 물체의 변위제어 등에 있어서 그 사용 영역이 점차 확대되고 있는 강자성체 자기저항 소자는 그 출력감도 면에서 타 자전변환소자(자계

Figure kpo00002
전계 변환소자)에 비해 훨씬 뛰어난 능력을 갖고 있다.In general, the ferromagnetic magnetoresistive element whose use area is gradually expanded in the speed control, position control, and displacement control of an object having a magnetic field is known to have a different magnetoelectric conversion element (magnetic field).
Figure kpo00002
Compared to the field conversion device), it has much superior capability.

그러나 그 출력감도를 저하시키는 소자 자체의 특성상 문제점으로 대두되는 것은 금속박막패턴을 사용하기 때문에 소자장착부위의 진동이나 열 발생등에 의해 온도가 상승하면 저항(Resistance : R)이 변화한다는 것이다.However, a problem with the characteristics of the device itself, which lowers the output sensitivity, is that since the metal thin film pattern is used, the resistance (R) is changed when the temperature rises due to vibration or heat generation of the device mounting portion.

따라서 종래에는 제1a도와 (b)도에 도시한 바와 같이 기판(101)상에 감지(Sensing)용 자기저항 소자(102)와 레퍼런스용 자기저항소자(103)를 장착시키고 고정저항(105)(106)을 사용하여 브리지회로를 구성하였으나 레퍼런스용 자기저항소자(103)가 외부자계의 영향을 받지 않도록 하기 위하여 감지용 자기저항소자(102)와의 거리를 되도록 멀리 해야만 했었다.Therefore, in the related art, as shown in FIGS. 1A and 1B, a sensing magnetoresistive element 102 and a reference magnetoresistive element 103 are mounted on the substrate 101, and a fixed resistor 105 ( Although the bridge circuit was constructed using the reference numeral 106, the reference magnetoresistive element 103 had to be as far as possible from the sensing magnetoresistive element 102 in order not to be influenced by an external magnetic field.

이런 이유로 말미암아 기판(101)의 사이즈(Size)가 크게 되어 소형 칩(Chip)화가 어렵고 외부 자계로부터의 완전 차단이 불가능하게 됨으로써 잡음은 물론 코스트면서 비경제적인 단점이 있었다.For this reason, the size of the substrate 101 is increased, making it difficult to form a small chip, and it is impossible to completely block the external magnetic field.

본 발명은 상기와 같은 단점들을 해결하기 위하여 창안한 것인바, 레퍼런스용 자기저항소자를 감지용 자기저항소자에 근접시켜 기판의 크기를 작게하여 자기저항소자를 되도록 작게함과 동시에 외부자계에 대해서도 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값이 변하지 않도록함에 그 목적이 있는 것으로 이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.The present invention has been devised to solve the above disadvantages, the reference magnetoresistive element close to the sensing magnetoresistive element to reduce the size of the substrate to make the magnetoresistive element as small as possible and at the same time reference to the external magnetic field The purpose of the present invention is to change the resistance of the magnetoresistive element for the purpose of describing the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

제2a도와 (b)도는 본 발명의 자기저항소자를 도시한 것으로, 레퍼런스용 자기저항소자(103)가 어떠한 외부의 외전자계에 대해서도 그 저항값이 일정하도록 하고, 상기 레퍼런스용 자기저항소자(103)와 감지용 자기저항소자(102)를 근접시킴으로써 주변 온도변화의 영향을 상기 두 소자 모두 동일하게 받도록 하여 고정저항을 사용한 브리지회로를 구성함에 따라 감지용 자기저항소자(102)에서만 외부자계에 대해 저항값 변화를 일어나도록 함으로써 온도에 무관하게 회전자계의 방향을 검출한다. 이때 자기저항소자의 실제 패턴모양은 제3도와 같이 구성함으로써 출력전압의 레벨을 필요에 따라 조절하고, 패턴 스트라이프(Pattern Stripe)의 폭 및 길이를 조정함으로써 제어가 가능하다.2A and 2B show a magnetoresistive element of the present invention, and the reference magnetoresistive element 103 has a constant resistance value for any external external electromagnetic field, and the reference magnetoresistive element 103 is used. ) And the sensing magneto-resistive element 102 close to each other under the influence of the ambient temperature change, so as to configure a bridge circuit using a fixed resistance, only the sensing magnetoresistive element 102 with respect to the external magnetic field By causing a change in resistance value, the direction of the rotor field is detected regardless of temperature. At this time, the actual pattern shape of the magnetoresistive element can be controlled by adjusting the level of the output voltage as necessary and adjusting the width and length of the pattern stripe by configuring as shown in FIG.

제2도의 빗금친 부위는 자기저항소자의 자계감지부를 나타낸 것으로, 실제로는 제3도와 같이 소정의 폭을 가진 패턴스트라이프로 구성된다.The hatched portion in FIG. 2 shows the magnetic field sensing portion of the magnetoresistive element, and is actually composed of a pattern stripe having a predetermined width as shown in FIG.

상기 제3a도는 제2도에 도시된 감지용 자기저항소자(102)를 도시한 것이며, (b)도는 상기 제2b도에 도시한 레퍼런스용 자기저항소자(103′)를 도시한 것이고, (c)도는 상기 제2a도에 도시한 레퍼런스용 자기저항소자(103)를 패턴의 내부구조에 따라 도시한 것이다.FIG. 3A shows the sensing magnetoresistive element 102 shown in FIG. 2, (b) shows the reference magnetoresistive element 103 'shown in FIG. 2B, and (c Fig. 2 shows the reference magnetoresistive element 103 shown in Fig. 2A according to the internal structure of the pattern.

이하 이를 좀더 상세히 설명한다.This will be described in more detail below.

제3도에 도시된 바와 같이 두전극(혹색 사각형) 사이에 레퍼런스용 자기저항소자의 패턴이 서로 수직하게 패턴을 구성하거나(제3b도 참조), 서로 90°의 각도를 이루며 대칭이 되도록 패턴을 구성한다(제3c도 참조). 이때 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값을 RT라 하고(여기서 T는 온도값), 임의의 포화자계가 제3b도와 (c)도 처럼 θ의 각으로 입사했으면, 일반적인 자기저항소자의 저항값

Figure kpo00003
(
Figure kpo00004
: 저항의 평행성분,
Figure kpo00005
: 저항의 수직성분)으로 주어지므로 자계방향과 전류방향이 θ의 각을 이루는 ρA 부분과, (90-θ)의 각을 이루는 ρB 부분의 저항값(RT)는 다음과 같이 기술된다.As shown in FIG. 3, the patterns of the reference magnetoresistive elements are formed perpendicular to each other (see FIG. 3B) between the two electrodes (color squares), or the patterns are symmetrically formed at an angle of 90 ° to each other. (See also 3c). At this time, if the resistance value of the reference magnetoresistive element is R T (where T is the temperature value), and if any saturation magnetic field is incident at the angle of θ as shown in the 3b degree and (c) degree,
Figure kpo00003
(
Figure kpo00004
= Parallel component of resistance,
Figure kpo00005
Is the vertical component of the resistance), the resistance value (R T ) of the ρA portion of the magnetic field direction and the current direction forming the angle of θ and the ρB portion of the angle of (90-θ) is described as follows.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

여기서, RA≒RB이므로Where R A ≒ R B

Figure kpo00007
Figure kpo00007

(여기서,

Figure kpo00008
는 인가자계와 전류가 수직을 이룰때의 저항,
Figure kpo00009
는 인가자계와 전류가 평행일때의 저항, RA, RB는 제3b도와 (c)도에서 패턴스트라이프 A와 B의 저항)와 같이 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값(RT)은 일정함을 알 수 있다.(here,
Figure kpo00008
Is the resistance when the applied magnetic field is perpendicular to the current,
Figure kpo00009
Is the resistance when the applied magnetic field is parallel to the current, and R A and R B are the resistance values (R T ) of the reference magnetoresistive element as shown in FIG. 3B and (C). It can be seen.

이와 같이 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값(RT)이 항상 일정한 저항값을 갖을 때 고정저항(105)(106)을 사용해서 상기 제1b도와 같이 브리지회로를 사용했을 때 출력전압(Vo)은,Thus, when the resistance value R T of the reference magnetoresistive element always has a constant resistance value, when the bridge circuit is used as shown in FIG. 1B using the fixed resistors 105 and 106, the output voltage Vo is ,

Figure kpo00010
Figure kpo00010

여기서; Ra, Rb는 고정저항 (Ra=Rb) 소자의 저항값이고 MR1, MR2는 감지용과 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값이다.here; Ra and Rb are resistance values of fixed resistance (Ra = Rb) elements, and MR1 and MR2 are resistance values of sensing and reference magnetoresistive elements.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

이므로, 상기 (1)식에서 (MR2)의 저항은 불변이므로 (MR1)의 변화에만 의존하게 되어 감지용 자기저항소자를 상기 제3a도와 같이 했을 때 상기 (MR1)의 저항변화 RMR1(θ)=Ro+△R cos2θ로서 출력전압(Vo)이 결정된다(여기서, Ro은 외부자계가 인가되지 않았을 때의 자기저항소자의 초기저항, △R은 초기 저항과 외부자계가 인가되었을 때의 저항과의 차이, θ는 전류방향과 외부자계가 이루는 사이각 이다).Since the resistance of (MR2) in Equation (1) is invariant, it depends only on the change of (MR1), and the resistance change of (MR1) RMR1 (θ) = Ro + when the sensing magnetoresistive element is as shown in FIG. The output voltage Vo is determined as ΔR cos 2 θ (where Ro is the initial resistance of the magnetoresistive element when no external magnetic field is applied, and ΔR is the initial resistance and resistance when the external magnetic field is applied). Is the angle between the current direction and the external magnetic field).

한편 온도(T)가 △T만큼 상승하여 MR1과 MR2의 저항이 A% 증가하게 되더라도,

Figure kpo00012
가 △T만큼 상승하여 A% 증가하면On the other hand, even if the temperature T rises by ΔT to increase the resistance of MR1 and MR2 by A%,
Figure kpo00012
Increases by △ T and increases A%

Figure kpo00013
Figure kpo00013

(여기서, A는 외부온도가 △T만큼 증가하는 경우의 감지용과 레퍼런스용 자기저항소자의 저항 증가율)가 되어, 온도변화에 무관하게 항상 MR1만이 외부자계방향에 대해서 변화하는 출력,ρMR1(θ)=ρ0+△R cos2θ에 의존하게 된다.Where A is the rate of increase in resistance of the magnetoresistive element for sensing and reference when the external temperature increases by ΔT, and the output where only MR1 changes with respect to the external magnetic field regardless of temperature change, ρMR1 (θ) = ρ 0 + ΔR cos 2 θ.

여기서 유의할 사항은 MR1과 MR2의 온도에 따른 저항(R) 증가율을 같게 하기 위해 동일종류의 물질을 사용해야 한다.It should be noted that the same type of material should be used to make the resistance (R) increase rate according to the temperature of MR1 and MR2 equal.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 자기저항소자는 기판사이즈를 줄일 수 있어 코스트면에서 경제적이며, 감지용 및 레퍼런스용 자기저항소자간의 외부자계 영향을 완전히 차단할 수 있어 저잡음화의 실현이 가능하고, 상기 두소자간의 근접에 따라 두 소자에서 감지하는 온도가 거의 일정하며 동일한 저항 증가율을 실현시킬 수 있으므로 고정도 제어감지의 실현이 가능한 효과가 있는 것이다.As described above, the magnetoresistive element manufactured according to the present invention can reduce the size of the substrate, which is economical in terms of cost, and it is possible to completely block external magnetic influences between the sensing and reference magnetoresistive elements, thereby realizing low noise. In addition, since the temperature detected by the two devices is almost constant and the same resistance increase rate can be realized according to the proximity between the two devices, high accuracy control detection can be realized.

Claims (1)

기판위에 전극, 감지용 자기저항소자 및 레퍼런스용 자기저항소자를 구비한 자기저항소자에 있어서, 두전극사이에 레퍼런스용 자기저항소자의 패턴이 서로 수직되게 하거나 90°의 각도를 이루어 대칭이 되도록 구성하여 외부자계의 변화에 대해서도 레퍼런스용 자기저항소자의 저항값이 항상 일정하도록 하는 것을 특징으로 하는 자기저항소자.A magnetoresistive element comprising an electrode, a sensing magnetoresistive element and a reference magnetoresistive element on a substrate, wherein the pattern of the reference magnetoresistive element is perpendicular to each other or formed symmetrically at an angle of 90 ° between the two electrodes. The resistance element of the magnetoresistance element of the reference magnetoresistance element, so that the resistance value of the reference magnetoresistance element is always constant.
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