TW201520575A - 磁場感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種磁場感測裝置包含一磁通導引器、一第一方向感測單元、一第二方向感測單元，及一第三方向感測單元，第一方向感測單元、第二方向感測單元、第三方向感測單元分別包括四磁阻模組，每一磁阻模組具有一同一釘札場方向的釘札層，第一方向感測單元的四磁阻模組形成一惠斯同橋接電路用以感測第一方向的磁場分量，第二方向感測單元的四磁阻模組形成一惠斯同橋接電路用以感測第二方向的磁場分量，第三方向感測單元的四磁阻模組形成一惠斯同橋接電路用以感測第三方向的磁場分量，磁場感測裝置感測三維空間的磁場強度且彼此有良好的正交性。

Description

磁場感測裝置

本發明是有關於一種感測裝置，特別是指一種磁場感測裝置。

一般日常生活中，需得知方位或磁場方向時，可使用指南針來顯示，但此種方法無法得知磁場強度，也無法將磁場方向的訊息傳遞給電子裝置加以運用。目前的一種解決方法是使用電子式的微型三軸磁阻感測器，分別感測磁場在空間中的三個正交分量，將磁場在三維空間中的強度與方向的訊息傳遞給其它電子裝置加以運用，定義該等正交分量的方向分別為一第一方向、一第二方向，及一第三方向。

該三軸磁阻感測器是利用一磁通導引器將平行該第三方向的磁場偏折至平行由該第一方向及該第二方向所形成的一平面的方向，再運用複數磁阻分別感測空間中的三個正交分量，然而，該三軸磁阻感測器需要至少兩種不同方向的釘札場(pinning field)所形成的磁阻，而在同一晶片上很小的範圍內要產生兩種不同方向之釘札場的磁阻需要複雜的製造流程，且感測的效果也不佳，因此，不利 於感測性能的提昇與製作成本的降低。

因此，本發明之目的，即在提供一種製程容易且具有良好感測效果的磁場感測裝置。

於是，本發明磁場感測裝置包含：一磁通導引器，導引通過的磁力線在其邊界產生一垂直分量；及一第一方向感測單元，包括：串接於一驅動電源與一地電源間的一第一磁阻模組及一第二磁阻模組，且該第一磁阻模組及該第二磁阻模組具有產生一第一輸出電壓的一第一共同節點；串接於該驅動電源與該地電源間的一第三磁阻模組及一第四磁阻模組，且該第三磁阻模組及該第四磁阻模組具有產生一第二輸出電壓的一第二共同節點；該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組皆朝向同一釘札場方向且間隔設置於該磁通導引器周圍，當該四磁阻模組的電阻隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第一輸出電壓及該第二輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。

1‧‧‧磁通導引器

2‧‧‧第一方向感測單元

21‧‧‧釘札層

X1‧‧‧第一磁阻模組

X2‧‧‧第二磁阻模組

X3‧‧‧第三磁阻模組

X4‧‧‧第四磁阻模組

3‧‧‧第二方向感測單元

31‧‧‧釘札層

Y1‧‧‧第一磁阻模組

Y2‧‧‧第二磁阻模組

Y3‧‧‧第三磁阻模組

Y4‧‧‧第四磁阻模組

4‧‧‧第三方向感測單元

41‧‧‧釘札層

Z1‧‧‧第一磁阻模組

Z2‧‧‧第二磁阻模組

Z3‧‧‧第三磁阻模組

Z4‧‧‧第四磁阻模組

5‧‧‧磁性薄膜

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明本發明磁場感測裝置之一第一較佳實施例；圖2是一電路圖，說明該第一較佳實施例感測平行一第一方向的磁場；圖3是一電路圖，說明該第一較佳實施例感測平行一第三方向的磁場；圖4是一立體圖，說明本發明磁場感測裝置之一第二較佳實施例；圖5是一電路圖，說明該第二較佳實施例感測平行一第二方向的磁場；圖6是一立體圖，說明本發明磁場感測裝置之一第三較佳實施例；圖7是一立體圖，說明本發明磁場感測裝置之一第四較佳實施例；及圖8是一電路圖，說明該第四較佳實施例感測平行一第三方向的磁場。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明磁場感測裝置之一第一較佳實施例包含一磁通導引器1，及一第一方向感測單元2。

在三維空間中，定義一第一方向、一垂直該第 一方向的第二方向，及一垂直該第一方向與該第二方向的第三方向，為方便說明，以X方向、Y方向，及Z方向分別表示該第一方向、該第二方向，及該第三方向。

該磁通導引器1導引通過的磁力線在其邊界產生一垂直分量，因而改變磁力線方向形成例如集中或偏折，將在下文中進一步說明。在本例中，該磁通導引器1概成長方體，且該長方體的長邊平行X方向，寬邊平行Y方向，高度邊長平行Z方向。

該第一方向感測單元2包括一第一磁阻模組X1、一第二磁阻模組X2、一第三磁阻模組X3，及一第四磁阻模組X4，該等磁阻模組X分別具有一形成一釘札場方向(如圖1的箭頭所指方向)的釘札層21，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，即當通過該等磁阻模組X的磁場分量與該釘札場同向時，電阻變小；當通過該等磁阻模組X的磁場分量與該釘札場反向時，電阻變大，該等磁阻模組X的釘札場皆朝向同一方向，在此為朝向Y方向，該等磁阻模組X分別平行於X方向與Y方向形成的平面並位於該磁通導引器1的下方，且設置在鄰近於X方向與Z方向形成的平面，及Y方向與Z方向形成的平面分別相切該磁通導引器1並相交形成的矩形的四個邊角，即鄰近二長邊與二寬邊相交的四個邊角位置處，在此，該四磁阻模組X以俯視順時針方向分別為X1、X2、X4、X3，且其所對應的電阻分別以符號Rx1、Rx2、Rx4、Rx3作說明。另要補充說明的是，該等磁組模組X可以是巨磁阻 ，或穿隧磁阻其中任一，或是，每一磁阻模組X也可由多數巨磁阻或穿隧磁阻串聯或並聯形成，以增加每一磁阻模組X的電阻值Rx對磁場響應的強健性及良率。

配合參閱圖2，當該第一方向感測單元2接收一驅動電源Vcc時，用以感測X方向及/或Z方向的磁場強度。當該第一磁阻模組X1電連接於該驅動電源Vcc、該第二磁阻模組X2串接該第一磁阻模組X1與一地電源、該第三磁阻模組X3電連接於該驅動電源Vcc、該第四磁阻模組X4串接該第三磁阻模組X3與該地電源，該第一磁阻模組X1及該第二磁阻模組X2具有產生一第一輸出電壓Vxa的一第一共同節點，該第三磁阻模組X3及該第四磁阻模組X4具有產生一第二輸出電壓Vxb的一第二共同節點，而成如圖2所示的惠斯同橋接電路時，可用以感測平行X方向的磁場強度。此時，朝向X方向的磁場Bx其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組X1、該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx1和Rx4下降，在該第二磁阻模組X2、該第三磁阻模組X3分別產生-Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx2和Rx3上升，因此，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會大於該第二輸出電壓Vxb的電壓，該第一輸出電壓Vxa減該第二輸出電壓Vxb的差值大於零，該差值的大小正比於X方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向X方向的磁場大小。

類似的，朝向-X方向的磁場-Bx其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組X1、該第四磁阻模 組X4分別產生-Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx1和Rx4上升，在該第二磁阻模組X2、該第三磁阻模組X3分別產生Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx2和Rx3下降，因此，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會小於該第二輸出電壓Vxb的電壓，該第一輸出電壓Vxa減該第二輸出電壓Vxb的差值小於零，該差值的大小正比於-X方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向-X方向的磁場大小。

要特別說明的是，當該第一方向感測單元2用以感測平行X方向的磁場大小時，朝向Y方向的磁場By其磁力線仍會通過該磁通導引器1而在該第一磁阻模組X1、該第二磁阻模組X2、該第三磁阻模組X3，及該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的分量，進而使其電阻值Rx1、Rx2、Rx3，及Rx4同時下降，故而在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓，同樣的，朝向-Y方向的磁場By其磁力線通過該磁通導引器1時，亦會使該第一輸出電壓Vxa的電壓等於該第二輸出電壓Vxb的電壓，也因此，平行Y方向的磁場並不會對該第一方向感測單元2造成影響。

當朝向Z方向的磁場Bz其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組X1、該第三磁阻模組X3分別產生-Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx1和Rx3上升，在該第二磁阻模組X2、該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的垂直分量而使其電阻值Rx2和Rx4下降，故在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓， 同樣的，朝向-Z方向的磁場-Bz其磁力線通過該磁通導引器1，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓，也因此，平行Z方向的磁場不會對該第一方向感測單元2造成影響。故，當以本發明電磁感測裝置之第一較佳實施例感測平行X方向的磁場時，對於沿Y方向和Z方向的磁場有良好的正交性。

配合參閱圖3，當該第一磁阻模組X1電連接於該地電源、該第二磁阻模組X2串接該第一磁阻模組X1與該驅動電源Vcc、該第三磁阻模組X3電連接於該驅動電源Vcc、該第四磁阻模組X4串接該第三磁阻模組X3與該地電源，而成如圖3所示的惠斯同橋接電路時，可用以感測平行Z方向的磁場強度。此時，朝向Z方向的磁場Bz其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組X1、該第三磁阻模組X3分別產生-Y方向的垂直分量使其電阻值Rx1和Rx3上升，在該第二磁阻模組X2、該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的垂直分量使其電阻值Rx2和Rx4下降，因此，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會大於該第二輸出電壓Vxb的電壓，該第一輸出電壓Vxa減該第二輸出電壓Vxb的差值大於零，該差值的大小正比於Z方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向Z方向的磁場大小；類似的，當朝向-Z方向的磁場-Bz其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組X1、該第三磁阻模組X3分別產生Y方向的垂直分量使其電阻值Rx1和Rx3下降，在該第二磁阻模組X2、該第四磁阻模組X4分別產生-Y方向的垂直分量使其 電阻值Rx2和Rx4上升，因此，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會小於該第二輸出電壓Vxb的電壓，該第一輸出電壓Vxa減該第二輸出電壓Vxb的差值小於零，該差值的大小正比於-Z方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向-Z方向的磁場大小。

要特別說明的是，當該第一方向感測單元2用以感測平行Z方向的磁場大小時，朝向X方向的磁場Bx其磁力線通過該磁通導引器1，在該第一磁阻模組X1、該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的垂直分量，使其電阻值Rx1和Rx4下降；在該第二磁阻模組X2、該第三磁阻模組X3分別產生-Y方向的垂直分量，使其電阻值Rx2和Rx3上升，則在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓。同樣的，朝向-X方向的磁場-Bx其磁力線通過該磁通導引器1，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓。因此，平行X方向的磁場不會對該第一方向感測單元2造成影響。

朝向Y方向的磁場By其磁力線通過該磁通導引器1，在該第一磁阻模組X1、該第二磁阻模組X2、該第三磁阻模組X3，及該第四磁阻模組X4分別產生Y方向的分量，使其電阻值Rx1、Rx2、Rx3，及Rx4同時下降，則在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓。同樣的，朝向-Y方向的磁場-By其磁力線通過該磁通導引器1，在該第一輸出電壓Vxa的電壓會等於該第二輸出電壓Vxb的電壓。因此，平行Y方向的磁場不會對該 第一方向感測單元2造成影響。故，當以本發明磁場感測裝置之第一較佳實施例感測平行Z方向的磁場時，對於沿X方向和Y方向的磁場有良好的正交性。

需要補充說明的是，當該第一較佳實施例用以感測平行X方向的磁場分量時，該等四磁阻模組X也可以對應設置於該磁通導引器1的上方，或該磁通導引器1沿Z方向的頂面和底面之間，皆可感測到平行X方向的磁場分量；當該第一較佳實施例用以感測平行X方向及Z方向的磁場分量時，該等四磁阻模組X也可以對應設置於該磁通導引器1的上方，以同時感測平行X方向和Z方向的磁場分量。

上述之磁阻模組X是由多層薄膜材料構成，薄膜製作可採用物理或化學氣相沈積法於例如矽基材或其他功能類似的基材上。而設定該等磁阻模組X的釘札層21磁化方向，是在薄膜成長時在高溫(約200℃)下施加均勻的強磁場，然後在磁場下冷卻使釘札場方向固定。此方法相較於過去設定兩個以上釘札場方向的方法，不但程序簡單，且能提昇該等磁阻模組X的性能並降低製作成本。

該磁通導引器1的製程可採取以下其中一方法實行：

第一、貼合切割：將低磁滯的軟磁材料切割為該磁通導引器1，再與配置的該等磁阻模組X的晶片對準貼合。

第二、向上成長：在配置該等磁阻模組X的晶 片上，以化學鍍膜或電鍍成長肥粒鐵(ferrite)或鎳鐵合金(NiFe)等低磁滯軟磁材料，達厚度約20μm以上，再以厚光阻為模具使該磁通導引器1成形。

第三、向下成長：在配置該等磁阻模組X的晶片上，以微影製程形成光阻與二氧化矽的遮罩，再利用深反應式蝕刻(DRIE)做出深度超過20μm的孔洞，最後以化學鍍膜、電鍍、或濺鍍來成長肥粒鐵(ferrite)或鎳鐵合金(NiFe)等低磁滯軟磁材料，使該磁通導引器1成形。

參閱圖4，本發明磁場感測裝置之一第二較佳實施例，與該第一較佳實施例類似，不同處在於該第二較佳實施例還包含一第二方向感測單元3，用以感測X方向、Y方向及Z方向的磁場強度。

該第二方向感測單元3包括一第一磁阻模組Y1、一第二磁阻模組Y2、一第三磁阻模組Y3，及一第四磁阻模組Y4，該等磁阻模組Y分別具有一形成一釘札場方向(如圖4的箭頭所指方向)的釘札層31，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該等磁阻模組Y的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元2的該等磁阻模組X的釘札場方向相同的方向，在此為朝向Y方向，該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4分別沿著Y方向位於該磁通導引器1的下方相反兩側，並分別與二長邊保持一間距，其所對應的電阻分別以Ry1和Ry4作說明，該第二磁阻模組Y2和該第三磁阻模組Y3分別位於該磁通導引器1下方且貼近該磁通導引器1，並以Z方向向該磁通導引器 1投影，完全落入該磁通導引器1內，則該第二磁阻模組Y2、該第三磁阻模組Y3因受該磁通導引器1的遮蓋產生屏蔽作用而不受磁力線影響，其所對應的電阻分別以Ry2和Ry3作說明。

配合參閱圖5，當該第一磁阻模組Y1電連接於該驅動電源Vcc、該第二磁阻模組Y2串接該第一磁阻模組Y1與該地電源、該第三磁阻模組Y3電連接於該驅動電源Vcc、該第四磁阻模組Y4串接該第三磁阻模組Y3與該地電源，該第一磁阻模組Y1及該第二磁阻模組Y2具有產生一第三輸出電壓Vya的一第三共同節點，該第三磁阻模組Y3及該第四磁阻模組Y4具有產生一第四輸出電壓Vyb的一第四共同節點，而成如圖5所示的惠斯同橋接電路時，可用以感測平行Y方向的磁場強度。此時，朝向Y方向的磁場By其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4分別增強Y方向的分量而使其電阻值Ry1和Ry4下降，在該第二磁阻模組Y2、該第三磁阻模組Y3因受該磁通導引器1的屏蔽作用，分別降低Y方向的分量而使其電阻值Rx2和Rx3僅略微下降。因此，在該第三輸出電壓Vya的電壓會大於該第四輸出電壓Vyb的電壓，該第三輸出電壓Vya減該第四輸出電壓Vyb的差值大於零，該差值的大小正比於Y方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向Y方向的磁場大小。

類似的，朝向-Y方向的磁場-By其磁力線通過該磁通導引器1時，在該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模 組Y4分別增強-Y方向的分量而使其電阻值Ry1和Ry4上升，在該第二磁阻模組Y2、該第三磁阻模組Y3因受該磁通導引器1的屏蔽作用，分別降低-Y方向的分量而使其電阻值Ry2和Ry3僅略微上升，因此，在該第三輸出電壓Vya的電壓會小於該第四輸出電壓Vyb的電壓，該第三輸出電壓Vya減該第四輸出電壓Vyb的差值小於零，該差值的大小正比於-Y方向的磁場強度，進而可據以判斷朝向-Y方向的磁場大小。

要特別說明的是，當該第二方向感測單元3用以感測平行Y方向的磁場大小時，朝向X方向的磁場Bx其磁力線通過該磁通導引器1而在該第一磁阻模組Y1、該第二磁阻模組Y2、該第三磁阻模組Y3，及該第四磁阻模組Y4皆不會產生Y方向的分量，進而使其電阻值Ry1、Ry2、Ry3，及Ry4皆不改變，故而在該第三輸出電壓Vya的電壓會等於該第四輸出電壓Vyb的電壓，同樣的，朝向-X方向的磁場-Bx其磁力線通過該磁通導引器時，亦會使得在該第三輸出電壓Vya的電壓會等於該第四輸出電壓Vyb的電壓，也因此，平行X方向的磁場並不會對該第二方向感測單元3造成影響。

當朝向Z方向的磁場Bz其磁力線通過該磁通導引器1，因該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4分別與二長邊保持該間距，則在該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4不會產生Y方向的分量，而使其電阻值Ry1和Ry4不變；在該第二磁阻模組Y2、該第三磁阻模組Y3亦不會 產生Y方向的分量，而使其電阻值Ry2和Ry3不變，則該第三輸出電壓Vya的電壓會等於該第四輸出電壓Vyb的電壓。同樣的，朝向-Z方向的磁場-Bz其磁力線通過該磁通導引器1，在該第三輸出電壓Vya的電壓會等於該第四輸出電壓Vyb的電壓。因此，平行Z方向的磁場不會對該第二方向感測單元3造成影響。故，當以本發明磁場感測裝置之第二較佳實施例感測平行Y方向的磁場時，對於沿X方向和Z方向的磁場有良好的正交性。

需再補充說明的是，該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4也可以對應設置於該磁通導引器1的上方，或該磁通導引器1沿Z方向的頂面和底面之間。當該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4設置於該磁通導引器1的上方或下方時，因使平行Z方向的磁力線不會對該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4產生平行Y方向的分量，所以該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4分別與該磁通導引器1在平行Y方向保持該間距，若該間距足夠大，可使平行Z方向的磁場其磁力線不會在該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4產生平行Y方向的磁場分量，以抑制對其電阻值Ry1及Ry4的影響，但該間距小時，可提高該磁通導引器1對平行Y方向磁場的磁通放大率，而對於平行Y方向的磁場分量有較佳的感測能力，因此該第二方向感測單元3用以感測平行Y方向的磁場分量時，需注意該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4與該磁通導引器1保持適當的間距。若當該第一磁阻模組Y1和該第四磁 阻模組Y4設置於該磁通導引器1沿Z方向的頂面和底面之間，則該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4不需與該磁通導引器1在平行Y方向保持適當間距，因平行Z方向的磁場分量不會造成影響。

參閱圖6，本發明磁場感測裝置之一第三較佳實施例與該第二較佳實施例類似，不同處在於該第三較佳實施例還包含一磁性薄膜5，則該第二方向感測單元3不需設置在該磁通導引器1周邊，可使用該磁性薄膜5覆蓋在該第二磁阻模組Y2和該第三磁阻模組Y3上，即可達到屏蔽作用，且該第一磁阻模組Y1和該第四磁阻模組Y4不需再考慮需與該磁通導引器1或該磁性薄膜5保持適當間距的問題，並該磁性薄膜5亦有提高該第一磁阻模組Y1、該第四磁阻模組Y4對平行Y方向磁場的磁通放大率的能力，則可達成與該第二較佳實施例同樣的效果。

參閱圖7，本發明磁場感測裝置之一第四較佳實施例與該第二較佳實施例類似，不同處在於，該第四較佳實施例還包含一第三方向感測單元4，用以同時感測X方向、Y方向及Z方向的磁場強度。該第三方向感測單元4包括一第一磁阻模組Z1、一第二磁阻模組Z2、一第三磁阻模組Z3，及一第四磁阻模組Z4，該等磁阻模組Z分別具有一形成一釘札場方向(如圖7的箭頭所指方向)的釘札層41，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該等磁阻模組Z的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元2的該等磁阻模組X的釘札場方向相同方向，在此 為朝向Y方向，該等磁阻模組Z分別兩兩沿著Y方向且位於該磁通導引器1的下方相反兩側，其中，該第一磁阻模組Z1、該第四磁阻模組Z4位於該磁通導引器1同一側，該第二磁阻模組Z2、該第三磁阻模組Z3位於該磁通導引器1另同一側，且其所對應的電阻分別為Rz1、Rz4、Rz2、Rz3。

配合參閱圖8，當該第一磁阻模組Z1電連接於該驅動電源Vcc、該第二磁阻模組Z2串接該第一磁阻模組Z1與該地電源、該第三磁阻模組Z3電連接於該驅動電源Vcc、該第四磁阻模組Z4串接該第三磁阻模組Z3與該地電源，該第一磁阻模組Z1及該第二磁阻模組Z2具有產生一第五輸出電壓Vza的一第五共同節點，該第三磁阻模組Z3及該第四磁阻模組Z4具有產生一第六輸出電壓Vzb的一第六共同節點，而成如圖8所示的惠斯同橋接電路時，可用以感測平行Z方向的磁場強度。則該第一方向感測單元2用以感測平行X方向的磁場，該第二方向感測單元3用以感測平行Y方向的磁場，該第三方向感測單元4用以感測平行Z方向的磁場，而不需再切換該第一方向感測單元2的電源線路，則可同時感測三維空間中的磁場強度與方向，而增加便利性。

需要補充說明的是，該第三方向感測單元4的該等四磁阻模組Z也可以對應設置於該磁通導引器1的上方，亦可感測到平行Z方向的磁力線。

綜上所述，本發明磁場感測裝置，藉由該磁通 導引器1導引三維空間的磁力線，使平行X方向的磁場經過該第一方向感測單元2形成的惠斯同橋接電路產生電壓差值、平行Y方向的磁場經過該第二方向感測單元3形成的惠斯同橋接電路產生電壓差值，及平行Z方向的磁場經過該第三方向感測單元4形成的惠斯同橋接電路產生電壓差值，以感測三維空間的磁場強度及方向，且彼此有良好的正交性，不會互相干擾，又該第一方向感測單元2的該等磁阻模組X、該第二方向感測單元3的該等磁阻模組Y，及該第三方向感測單元4的該等磁阻模組Z的釘札場方向皆為同一方向，簡單的製造流程及良好的感測效果，大大降低製作成本與提升感測性能，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧磁通導引器

2‧‧‧第一方向感測單元

21‧‧‧釘札層

X1‧‧‧第一磁阻模組

X2‧‧‧第二磁阻模組

X3‧‧‧第三磁阻模組

X4‧‧‧第四磁阻模組

Claims (10)

1. 一種磁場感測裝置，包含：一磁通導引器，導引通過的磁力線在其邊界產生一垂直分量；及一第一方向感測單元，包括：串接於一驅動電源與一地電源間的一第一磁阻模組及一第二磁阻模組，且該第一磁阻模組及該第二磁阻模組具有產生一第一輸出電壓的一第一共同節點；串接於該驅動電源與該地電源間的一第三磁阻模組及一第四磁阻模組，且該第三磁阻模組及該第四磁阻模組具有產生一第二輸出電壓的一第二共同節點；該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組的釘札場方向皆朝向同一方向且間隔設置於該磁通導引器周圍，當該四磁阻模組的電阻隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第一輸出電壓及該第二輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。
2. 如請求項1所述的磁場感測裝置，其中，該釘札場方向平行一第二方向且垂直一第一方向，一第三方向垂直該第一方向與該第二方向，該第一方向感測單元的四磁阻模組設置平行於該第一方向與該第二方向形成的平面，且該等磁阻模組分別鄰近該第一方向與該第三方向形 成的平面及該第二方向與該第三方向形成的平面，分別相切該磁通導引器並相交形成的矩形的四個邊角。
3. 如請求項2所述的磁場感測裝置，其中，該第一磁阻模組電連接於該驅動電源與該第一共同節點間，該第二磁阻模組電連接於該第一共同節點與該地電源間，該第三磁阻模組電連接於該驅動電源與該第二共同節點間，該第四磁阻模組電連接於該第二共同節點與該地電源間。
4. 如請求項2所述的磁場感測裝置，其中，該第一磁阻模組電連接於該地電源與該第一共同節點間，該第二磁阻模組電連接於該第一共同節點與該驅動電源間，該第三磁阻模組電連接於該驅動電源與該第二共同節點間，該第四磁阻模組電連接於該第二共同節點與該地電源間。
5. 如請求項4所述的磁場感測裝置，其中，該第一方向感測單元的該等磁阻模組設置於該磁通導引器的上方。
6. 如請求項4所述的磁場感測裝置，其中，該第一方向感測單元的該等磁阻模組設置於該磁通導引器的下方。
7. 如請求項1所述的磁場感測裝置，還包含一第二方向感測單元，該第二方向感測單元包括一串接於該驅動電源的第一磁阻模組、一串接該第一磁阻模組與該地電源間的第二磁阻模組、一串接於該驅動電源的第三磁阻模組，及一串接於該第三磁阻模組與地電源間的第四磁阻模組，該第一磁阻模組及該第二磁阻模組具有產生一第三輸出電壓的一第三共同節點，該第三磁阻模組及該第四磁阻模組具有產生一第四輸出電壓的一第四共同節點 ，該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著通過平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元的該等磁阻模組的釘札場方向同向，該第一磁阻模組和該第四磁阻模組分別沿著該釘札場方向位於該磁通導引器的相反兩側，該第二磁阻模組和該第三磁阻模組分別位於該磁通導引器下方且貼近該磁通導引器，當該四磁阻模組的電阻隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第三輸出電壓及該第四輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。
8. 如請求項1所述的磁場感測裝置，還包含一磁性薄膜及一第二方向感測單元，該第二方向感測單元包括一串接於該驅動電源的第一磁阻模組、一串接該第一磁阻模組與該地電源間的第二磁阻模組、一串接於該驅動電源的第三磁阻模組，及一串接於該第三磁阻模組與該地電源間的第四磁阻模組，該第一磁阻模組及該第二磁阻模組具有產生一第三輸出電壓的一第三共同節點，該第三磁阻模組及第四磁阻模組具有產生一第四輸出電壓的一第四共同節點，該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元的該等磁阻模組的釘札場方向同向 ，該磁性薄膜覆蓋在該第二磁阻模組及該第三磁阻模組上，當該四磁阻模組的電阻隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第三輸出電壓及該第四輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。
9. 如請求項7所述的磁場感測裝置，還包含一第三方向感測單元，該第三方向感測單元包括串接於該驅動電源與該地電源間的一第一磁阻模組及一第二磁阻模組，及串接於該驅動電源與該地電源間的一第三磁阻模組及一第四磁阻模組，該第一磁阻模組及第二磁阻模組具有產生一第五輸出電壓的一第五共同節點，該第三磁阻模組及該第四磁阻模組具有產生一第六輸出電壓的一第六共同節點，該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元的該等磁阻模組的釘札場方向同向，並分別兩兩沿著該釘札場方向位於該磁通導引器的相反兩側，且位於該磁通導引器上方或下方，當該四磁阻模組的電阻，隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第五輸出電壓及該第六輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。
10. 如請求項8所述的磁場感測裝置，還包含一第三方向感 測單元，該第三方向感測單元包括串接於該驅動電源與該地電源間的一第一磁阻模組及一第二磁阻模組，及串接於該驅動電源與該地電源間的一第三磁阻模組及一第四磁阻模組，該第一磁阻模組及第二磁阻模組具有產生一第五輸出電壓的一第五共同節點，該第三磁阻模組及該第四磁阻模組具有產生一第六輸出電壓的一第六共同節點，該四磁阻模組分別具有一形成一釘札場方向的釘札層，及一隨著平行該釘札場方向的磁場分量而改變的電阻，該四磁阻模組的釘札場方向皆朝向與該第一方向感測單元的該等磁阻模組的釘札場方向同向，並分別兩兩沿著該釘札場方向位於該磁通導引器的相反兩側，且位於該磁通導引器上方或下方，當該四磁阻模組的電阻，隨著通過的磁場分量而改變，來據以產生該第五輸出電壓及該第六輸出電壓間的差值，並該差值的正負相關於平行該釘札場方向的磁場方向，且該差值的大小正比於平行該釘札場方向的磁場強度。