WO2009110358A1 - 磁気センサ、及び磁気エンコーダ、ならびに磁気センサの製造方法 - Google Patents

磁気センサ、及び磁気エンコーダ、ならびに磁気センサの製造方法 Download PDF

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WO2009110358A1
WO2009110358A1 PCT/JP2009/053350 JP2009053350W WO2009110358A1 WO 2009110358 A1 WO2009110358 A1 WO 2009110358A1 JP 2009053350 W JP2009053350 W JP 2009053350W WO 2009110358 A1 WO2009110358 A1 WO 2009110358A1
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WO
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magnetic sensor
magnetic field
magnetoresistive element
phase magnetoresistive
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PCT/JP2009/053350
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀人 安藤
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor and a magnetic encoder capable of forming a magnetoresistive element of A phase and B phase with high precision and easily at a predetermined position, and a method of manufacturing the magnetic sensor.
  • Patent Document 1 discloses an invention related to a magnetic sensor. Patent Document 1 listed below describes forming an integrated circuit element and a magnetoresistive element on the same substrate.
  • Patent Document 1 does not describe the magnetic encoder. And even with reference to the drawings of the patent document, there is no specific description on how the magnetoresistive element is formed.
  • Patent Document 1 since the integrated circuit element and the magnetoresistive element are formed in different places on a plane, miniaturization can not be realized effectively.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-216370 Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-216370
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and in particular, it is possible to miniaturize the magnetic sensor in which the A phase and B phase magnetoresistive elements can be formed easily and precisely at predetermined positions. And a magnetic encoder and a method of manufacturing the magnetic sensor.
  • the present invention uses the magnetoresistance effect in which the N pole and the S pole are arranged at intervals with respect to the magnetic field generating member alternately magnetized in the relative movement direction and the electric resistance value changes with respect to the external magnetic field.
  • the magnetic sensor provided with the magnetoresistive effect element, An integrated circuit is formed on a substrate, and the N phase N and B phase magnetoresistive elements can obtain a detection signal with a phase difference through an insulating layer on the integrated circuit.
  • the A-phase magnetoresistive element and the B-phase magnetoresistive element are formed on the same plane at predetermined intervals in the relative movement direction with respect to the center distance ⁇ between the pole and the S pole. It is characterized in that it is formed in
  • the miniaturization of the magnetic sensor can be realized. Further, by forming the A-phase magnetoresistive element and the B-phase magnetoresistive element on the same plane, the A-phase magnetoresistive element and the B-phase magnetoresistive element can be positioned and formed with high accuracy.
  • the A-phase magnetoresistance effect element and the B-phase magnetoresistance effect element are formed simultaneously in the same process, more effectively, the A-phase magnetoresistance effect element and the B-phase magnetoresistance effect
  • the element can be preferably formed with high precision and easily at a predetermined position.
  • the center-to-center distance between the A-phase magnetoresistive element and the B-phase magnetoresistive element is n ⁇ / 2 (n is an odd number).
  • the magnetoresistive effect element is a latch type magnetoresistive effect element.
  • a detection signal having a phase difference can be stably obtained by providing only one A-phase and one B-phase magnetoresistive effect element.
  • fixed resistance elements connected to each of the A phase magnetoresistive element and the B phase magnetoresistive element are on the same plane together with the A phase magnetoresistive element and the B phase magnetoresistive element. It is preferable that the fixed resistance element be disposed in a space between the A phase magnetoresistive element and the B phase magnetoresistive element. Thereby, the miniaturization of the magnetic sensor can be realized more effectively.
  • a magnetic encoder includes the magnetic sensor according to any of the above and the magnetic field generating member, and at least one of the magnetic sensor and the magnetic field generating member is movably supported. It is
  • the present invention also provides a magnetoresistance effect in which the N pole and the S pole are spaced apart from each other with respect to the magnetic field generating member alternately magnetized in the relative movement direction, and the electric resistance value changes with respect to the external magnetic field.
  • a method of manufacturing a magnetic sensor comprising the magnetoresistive element used, Forming an insulating layer on the integrated circuit formed on the substrate; Forming a laminated film having the same layer configuration as the magnetoresistive effect element on the entire surface of the insulating layer; An unnecessary portion of the laminated film is removed by etching to form an A-phase magnetoresistive effect element and a B-phase magnetoresistive effect element. At this time, the A relative to the center distance ⁇ between the N pole and the S pole is used.
  • the A phase magnetoresistive element and the B phase magnetoresistive element are subjected to detection signals having a phase difference using a common mask on which the patterns of the phase magnetoresistive element and the B phase magnetoresistive element are both formed. Forming at predetermined intervals in the direction of relative movement so as to be able to It is characterized by having.
  • the magnetic sensor can be miniaturized, and the A- and B-phase magnetoresistive elements can be positioned and formed with high accuracy and simplicity. Further, by changing the mask, it is possible to simply and appropriately manufacture magnetic sensors respectively corresponding to the magnetic field generating members having different center distances ⁇ .
  • miniaturization of the magnetic sensor can be realized. Also, the A- and B-phase magnetoresistive elements can be positioned and formed with high accuracy.
  • FIG. 1 is a plan view of a magnetic sensor constituting the magnetic encoder in the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor shown in FIG. 1 and a magnet facing the magnetic sensor
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the magnetic sensor relatively moved by ⁇ / 2 and the magnet facing the magnetic sensor
  • FIG. 4 is a cross section between the magnetic sensor relatively shifted by ⁇ / 2 from the state of FIG. 3 and the magnet facing the magnetic sensor
  • FIG. 5 is a graph showing the RH curve (hysteresis characteristic) of the magnetoresistance effect element of this embodiment
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the external magnetic field and voltage (differential potential) in this embodiment
  • FIG. 1 is a plan view of a magnetic sensor constituting the magnetic encoder in the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor shown in FIG. 1 and a magnet facing the magnetic sensor
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between relative movement distance and detection signals obtained from A-phase and B-phase detection circuits
  • FIGS. 8 and 9 are circuit block diagrams of the magnetic sensor in the present embodiment
  • FIG. I is a film of the magnetoresistive element of this embodiment.
  • FIG. 11 is a partial plan view of a magnetic encoder according to another embodiment when cut in the thickness direction.
  • the X1-X2 direction is the relative movement direction
  • the Z1-Z2 direction is the opposing direction (height direction) of the magnetic sensor 1 and the magnet 2.
  • the magnetic encoder comprises the magnetic sensor 1 and the magnet 2.
  • the magnet 2 has a magnetizing surface facing the magnetic sensor 1, and the N pole and the S pole are alternately magnetized in the relative movement direction (X1-X2 direction). It is done.
  • the center-to-center distance between adjacent N and S poles is ⁇ .
  • the magnet 2 shown in this embodiment is a rod-like magnet elongated in the X1-X2 direction.
  • At least one of the magnet 2 or the magnetic sensor 1 is supported so as to be linearly movable in the X1 direction or the X2 direction.
  • the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1 comprises an integrated circuit 7 and magnetoresistive elements 4 and 5 on a common substrate 6. As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 1 is configured in one chip, and this chip is actually packaged.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the magnetic sensor 1 shown in FIG.
  • an integrated circuit 7 is formed on a substrate 6.
  • active elements such as a differential amplifier and a comparison circuit, wiring layers, various resistance elements, and the like are arranged.
  • the insulating layer 8 is formed on the integrated circuit 7.
  • the insulating layer 8 may be either an organic insulating layer or an inorganic insulating layer.
  • the insulating layer 8 may have a single layer structure, or may have a stacked structure of an organic insulating layer and an inorganic insulating layer.
  • the surface 8a of the insulating layer 8 is a planarized surface, and as shown in FIGS. 1 and 2, the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 are formed on the same surface. ing.
  • both the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 are formed in the same pattern of meander shape. As a result, the element length can be increased, and the resistance value can be gained.
  • the shapes of the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 may be other than the meander shape.
  • the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the B-phase magnetoresistance effect element 5 are disposed along the relative movement direction (X1-X2 direction).
  • the center-to-center distance L1 between the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 is n ⁇ / 2 (where n is an odd number). Therefore, the center-to-center distance L1 is ⁇ / 2, 3 ⁇ / 2,. However, since the magnetic sensor 1 is also increased as the center-to-center distance L1 increases, it is preferable that the center-to-center distance L1 be ⁇ / 2, 3 ⁇ / 2, or 5 ⁇ / 2.
  • one A-phase magnetoresistive element 4 and one B-phase magnetoresistive element 5 are provided, and the fixed resistance elements 24 and 27 connected in series to the respective magnetoresistive elements 4 and 5 are also magnetic.
  • the resistive effect elements 4 and 5 are formed on the surface 8 a of the insulating layer 8.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 are provided in the space between the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the B-phase magnetoresistance effect element 5, and the A-phase magnetoresistance effect element 4 and B phase magnetism are provided.
  • the resistance effect element 5 and the fixed resistance elements 24 and 27 are arranged along the relative movement direction (X1-X2 direction).
  • an input pad 15, a ground pad 16, and an output pad 17 are provided on the chip surface. These various pads are electrically connected to an input terminal 39, external output terminals 40 and 41, and an earth terminal 42 of an integrated circuit to be described later via a connection layer 44 shown in FIG. Although two input pads 15 and two ground pads 16 are provided in FIG. 1, one each may be provided.
  • the layer configuration of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 will be described.
  • the magnetoresistive effect elements 4 and 5 are formed in the laminated structure shown in FIG. As shown in FIG. 10, the magnetoresistance effect elements 4 and 5 are stacked in the order of the antiferromagnetic layer 62, the pinned magnetic layer 63, the nonmagnetic intermediate layer 64, the free magnetic layer 65, and the protective layer 66 from the bottom. There is.
  • the antiferromagnetic layer 62 is an antiferromagnetic material containing Mn and an element ⁇ (where ⁇ is one or two or more elements of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), or Element ⁇ and element ⁇ ′ (where the element ⁇ ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and one or more of rare earth elements) and Mn And an antiferromagnetic material containing For example, the antiferromagnetic layer 62 is formed of IrMn or PtMn.
  • the pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 are formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, a NiFe alloy, or a CoFeNi alloy.
  • the nonmagnetic intermediate layer 64 is formed of Cu or the like.
  • the protective layer 66 is formed of Ta or the like.
  • the pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 have a laminated ferrimagnetic structure (a laminated structure of magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer, in which the magnetization directions of two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer are antiparallel). It may be.
  • the pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 may have a laminated structure of a plurality of magnetic layers of different materials. Further, an underlayer formed of Ta or the like, or a seed layer formed of NiFeCr or the like may be provided under the antiferromagnetic layer 62.
  • the magnetoresistive effect elements 4 and 5 since the antiferromagnetic layer 62 and the pinned magnetic layer 63 are formed in contact with each other, heat treatment in a magnetic field is performed to exchange the interface between the antiferromagnetic layer 62 and the pinned magnetic layer 63. A coupling magnetic field (Hex) is generated, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 63 is pinned in one direction.
  • the magnetization direction PIN of the pinned magnetic layer 63 is indicated by the arrow direction.
  • the magnetization direction PIN of the pinned magnetic layer 63 is the X2 direction in the drawing, but the magnetization direction PIN of the pinned magnetic layer 63 may be the relative movement direction as long as it is a relative movement direction.
  • the magnetization direction of the free magnetic layer 65 fluctuates due to the external magnetic field.
  • the electric resistance value becomes the minimum value
  • the magnetization direction PIN of the pinned magnetic layer 63 and the magnetization direction of the free magnetic layer 65 are In the antiparallel state, the electrical resistance value becomes the maximum value.
  • the magnetoresistive effect element 23 of FIG. 10 is a magnetoresistive effect element (GMR element) using the giant magnetoresistive effect (GMR effect).
  • GMR element magnetoresistive effect element
  • TMR element tunnel magnetoresistive effect
  • the fixed resistance elements 24 and 27 may be, for example, a single resistance layer, but in consideration of the temperature coefficient (TCR), it is preferable that the fixed resistance elements 24 and 27 be the same material as the magnetoresistive effect elements 4 and 5.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 have a stacked configuration in which the stacking order of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 and the free magnetic layer 65 and the nonmagnetic intermediate layer 64 shown in FIG. 10 is reversed. That is, the antiferromagnetic layer 62, the pinned magnetic layer 63, the free magnetic layer 65, the nonmagnetic intermediate layer 64, and the protective layer 66 are stacked in this order from the bottom.
  • the free magnetic layer 65 is formed in contact with the pinned magnetic layer 63, so the magnetization does not fluctuate with respect to the external magnetic field, and the magnetization direction is pinned in one direction as in the pinned magnetic layer 63.
  • TCR temperature coefficient
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 in the present embodiment are latch type magnetoresistance effect elements.
  • the latch type magnetoresistance effect element will be described.
  • the X1 direction is the (+) direction
  • the X2 direction is the ( ⁇ ) direction
  • the external magnetic field in the (+) direction is (+ H
  • the external magnetic field in the ( ⁇ ) direction is ( ⁇ H).
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 of the present embodiment have an RH curve shown in FIG.
  • the external magnetic field H is within a predetermined range of the external magnetic field (+ H) in the direction from zero to (+), and (-) in the direction opposite to the external magnetic field H from the zero to (+) direction.
  • the fluctuation of the electrical resistance value is small (or no fluctuation), the external magnetic field (+ H) in the (+) direction, and the external magnetic field (-H) in the (-) direction )
  • Each has an RH curve (hysteresis characteristic) in which the electric resistance value largely changes when there is a change in magnetic field strength of a predetermined level or more.
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 are both parallel in the X2 direction (( ⁇ ) direction), the magnetoresistance effect elements 4 and 5 are
  • the electric resistance value R of is the minimum resistance value R1.
  • the fixed magnetic layers 63 of the magnetoresistive elements 4 and 5 are free.
  • the magnetization directions of the magnetic layer 65 remain substantially parallel, and the electrical resistance value R of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 remains substantially constant (path (1) in FIG. 5).
  • the magnetization direction of the free magnetic layer 65 is directed from the X2 direction to the X1 direction.
  • the electric resistance value R of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 gradually starts to reverse, and gradually rises from the position (2) on the RH curve in FIG. )).
  • the magnetization direction of the free magnetic layer 65 is directed from the X1 direction to the X2 direction.
  • the resistance R of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 gradually decreases starting from the position of (5) on the RH curve in FIG. 6)).
  • the center of the spread of the RH curve at the intermediate resistance value between the minimum resistance value R1 and the maximum resistance value R2 of the electric resistance values of the magnetoresistance effect elements 4 and 5 is the "middle point" of the RH curve. Then, the distance of the horizontal axis from the “midpoint” to the external magnetic field H to zero, that is, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field Hin acting between the free magnetic layer 65 and the pinned magnetic layer 63 by the magnetic field strength at the “midpoint” position. Is determined. In FIG. 5, the interlayer coupling magnetic field Hin is substantially zero.
  • the spread width of the RH curve at the intermediate resistance value R3 between the maximum resistance value R2 and the minimum resistance value R1 of the electric resistance value R of the magnetoresistive effect elements 4 and 5 with respect to the vertical axis is defined by 2 ⁇ coercivity Hc. Be done.
  • the intermediate resistance value R3 exists when the external magnetic field (+ H) in the (+) direction is H3 and when the external magnetic field (-H) in the ( ⁇ ) direction is H4.
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 have a loop-like R ⁇ that follows the path (1) -path (3) -path (4) -path (6) on the RH curve of FIG. It has an H curve.
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 when the external magnetic field (+ H) in the (+) direction becomes H1 or more, the electric resistance value largely changes, and the external magnetic field (-H) in the (-) direction becomes H2 or more. When the resistance changes significantly, the external magnetic field (+ H) in the (+) direction is less than H1 and the external magnetic field (-H) in the ( ⁇ ) direction is H2 or less.
  • the electrical resistance value is substantially constant at either the minimum resistance value R1 or the maximum resistance value R2.
  • the magnetoresistance effect elements 4 and 5 have a large hysteresis across the external magnetic field (-H) in the (+) direction and the external magnetic field (-H) in the (-) direction.
  • the coercive force Hc of the free magnetic layer 65 of the magnetoresistance effect elements 4 and 5 is increased.
  • the coercive force Hc of the free magnetic layer 65 is preferably 790 A / m (about 10 Oe) or more.
  • the free magnetic layer 65 be formed of CoFe than NiFe because the coercive force Hc can be increased.
  • the free magnetic layer 65 may be formed of a hard magnetic material such as CoPt or CoCrPt.
  • the interlayer coupling magnetic field Hin can be adjusted by the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 64.
  • the magnetic field strengths H1 and H2, which are inflection points of the resistance value change are each 159 A / m (about 2 Oe) or more.
  • the magnetic field strengths H3 (corresponding to H5 shown in FIG. 6) and H4 (corresponding to H6 shown in FIG. 6) are each preferably 398 A / m (about 5 Oe) or more.
  • the voltage change paths (1) (3) (4) (6) shown in FIG. 6 are linked to the paths (1) (3) (4) (6) on the RH curve shown in FIG. .
  • the electric resistance value R of the magnetoresistive elements 4 and 5 is the minimum resistance value R1
  • the voltage is the maximum value V1
  • the magnetoresistive element 4 is in the range where the external magnetic field (+ H) in the (+) direction is H1 or less.
  • the electric resistances 5 and 6 maintain a substantially constant value (minimum resistance value R1) on the path (1), and at this time, the voltage maintains a substantially constant value (maximum voltage value V1) on the path (1).
  • the magnetoresistive element provided with the RH curve shown in FIG. 5 is referred to as a latch type magnetoresistive element.
  • the circuit configuration of the magnetic sensor 1 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the magnetic sensor 1 is configured to include a sensor unit 21 and an integrated circuit (IC) 7.
  • the sensor unit 21 includes A-phase magnetoresistive elements 4, B-phase magnetoresistive elements 5, and fixed resistance elements 24 and 27 connected in series to the respective magnetoresistive elements 4 and 5.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 are formed on the same plane together with the magnetoresistive elements 4 and 5 as shown in FIG.
  • the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the fixed resistance element 24 are connected in series via the first output extraction portion (connection portion) 25 to form a first series circuit 26.
  • the B-phase magnetoresistive effect element 5 and the fixed resistance element 27 are connected in series via a third output lead-out portion (connection portion) 29 to form a third series circuit 30.
  • a fixed resistance element 31 and a fixed resistance element 32 are connected in series via the second output lead-out portion 33 to form a second series circuit 34.
  • the second series circuit 34 configures a bridge circuit with the first series circuit 26 and the third series circuit 30 as a common circuit.
  • a bridge circuit in which the first series circuit 26 and the second series circuit 34 are connected in parallel is a bridge circuit in which the A-phase bridge circuit BC1 and the third series circuit 30 and the second series circuit 34 are connected in parallel. Is referred to as a B-phase bridge circuit BC2.
  • the integrated circuit 7 is provided with an input terminal (power supply) 39, a ground terminal 42 and two external output terminals 40 and 41.
  • a signal line 50 connected to the input terminal 39 and a signal line 51 connected to the ground terminal 42 are electrodes of the first series circuit 26, the third series circuit 30, and the electrodes provided at both ends of the second series circuit 34. Connected to each other.
  • one differential amplifier 35 is provided, and the second output of the second series circuit 34 is taken out at either the + input or the ⁇ input of the differential amplifier 35.
  • the unit 33 is connected.
  • the first output extraction unit 25 of the first series circuit 26 and the third output extraction unit 29 of the third series circuit 30 are respectively connected to the input unit of the first switch circuit (first connection switching unit) 36, and the first switch circuit
  • the output part of 36 is connected to either the ⁇ input part or the + input part of the differential amplifier 35 (the input part on the side to which the second output extraction part 33 is not connected).
  • the output portion of the differential amplifier 35 is connected to the Schmitt trigger type comparison circuit 38, and the output portion of the comparison circuit 38 is a second switch circuit (second connection switching portion) 43.
  • the output side of the second switch circuit 43 is further connected to the first external output terminal 40 and the second external output terminal 41 via the latch circuits 46 and 47 and the FET circuits 54 and 55, respectively.
  • a third switch circuit 48 is provided in the integrated circuit 7.
  • the output of the third switch circuit 48 is connected to the signal line 51 connected to the ground terminal 42, and one end of the first series circuit 26 and the third series circuit 30 is connected to the input of the third switch circuit 48. It is connected.
  • an interval switch circuit 52 and a clock circuit 53 are provided in the integrated circuit 7.
  • the switch of the interval switch circuit 52 is turned off, the conduction in the integrated circuit 7 is stopped.
  • the on / off of the switch of the interval switch circuit 52 is interlocked with the clock signal from the clock circuit 53, and the interval switch circuit 52 has a power saving function of intermittently conducting the current.
  • the clock signal from the clock circuit 53 is also output to the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48.
  • the clock signal is divided and controlled so as to perform the switch operation in a very short cycle. For example, when the clock signal of one pulse is several tens of msec, the switch operation is performed every several tens of microseconds.
  • the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 are all switched to the connection side with the A-phase bridge circuit BC1, and the A-phase bridge circuit BC1 and the first external output terminal 40 are shown. And are connected.
  • the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 are all switched to the connection side with the B-phase bridge circuit BC2, and the B-phase bridge circuit BC2 and the second external output
  • the terminal 41 is in a connected state.
  • a certain threshold voltage V3 is set (see FIG. 6).
  • a low signal is generated, and when the voltage is higher than the threshold voltage V3, a high signal is generated, the voltage value is gradually increased on the path (3) as shown in FIG.
  • the external magnetic field (+ H) in the (+) direction becomes smaller than H5
  • the Low signal is generated, and when the external magnetic field (-H) in the (-) direction becomes H6 or more, the High signal is generated.
  • the magnetic field strength H5 of the external magnetic field (+ H) in the (+) direction is the magnetic field strength H3 in FIG. 5
  • the magnetic field strength H6 of the external magnetic field (-H) in the ( ⁇ ) direction is the magnetic field strength in FIG. It is set to be the same as H4 respectively.
  • the Low signal once generated is a High signal of the external magnetic field (+ H) in the (+) direction and the external magnetic field (-H) in the ( ⁇ ) direction. It is held against a change in magnetic field strength smaller than the generated magnetic field strength (H6). That is, the Low signal continues to be held unless an external magnetic field (-H) in the (-) direction higher than H6 acts.
  • the High signal once generated is a Low signal with respect to the change in the magnetic field strength of the external magnetic field (-H) in the (-) direction and the external magnetic field (+ H) in the (+) direction. Is maintained for changes in magnetic field strength smaller than the generated magnetic field strength (H5). That is, the High signal continues to be held unless an external magnetic field (+ H) in the (+) direction higher than H5 acts.
  • a High signal is generated on path (1), and among paths (3), A High signal is generated in the range where the magnetic field strength is smaller than H5, a Low signal is generated in the range where the magnetic field strength is H5 or higher, and a Low signal is generated in the path (4). In the range where H is smaller than H6, a Low signal is generated, and in the range where the magnetic field strength is H6 or higher, a High signal is generated.
  • an external magnetic field H10 from the magnet 2 in the X1 direction ((+) direction) acts on the A-phase magnetoresistive element 4. Since the magnetization direction PIN of the pinned magnetic layer 63 of the A-phase magnetoresistance effect element 4 is the X2 direction ((-) direction), the magnetization direction of the free magnetic layer 65 of the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the pinned magnetic layer 63 The magnetization direction is antiparallel to the magnetization direction PIN, and the electric resistance value is the maximum resistance value R2 (see FIG. 5).
  • the external magnetic field H10 applied to the A-phase magnetoresistive element 4 has a magnetic field strength of H5 or more shown in FIG. 6, and the voltage based on the electrical resistance value of the A-phase magnetoresistive element 4 has a minimum voltage value V2.
  • the low signal is output as a detection signal from the first external output terminal 40 shown in FIG. 8 (see FIG. 7).
  • FIG. 3 shows a state in which the magnet 2 has been relatively moved by ⁇ / 2 in the X1 direction ((+) direction) from the state of FIG. ⁇ is the center-to-center distance between adjacent N and S poles of the magnet 2 shown in FIG.
  • an external magnetic field H11 in the Z2 direction acts on the A-phase magnetoresistive element 4.
  • the external magnetic field H11 is a perpendicular magnetic field component to the A-phase magnetoresistive element 4. Therefore, the state shown in FIG. 3 is in the absence of magnetic field (zero external magnetic field) with respect to the A-phase magnetoresistance effect element 4.
  • the A-phase magnetoresistance effect element 4 is a latch type magnetoresistance effect element with the RH curve of FIG. 5, the maximum resistance value R2 is maintained even in the state of FIG. Therefore, even in the state of relative movement by ⁇ / 2, the Low signal is output from the first external output terminal 40 shown in FIG. 8 as a detection signal (see FIG. 7).
  • FIG. 4 shows a state in which the magnet 2 has further moved relative to the illustrated X1 direction ((+) direction) by ⁇ / 2 from the state of FIG. That is, when viewed from the state of FIG. 2, FIG. 4 shows a state in which the magnet 2 has moved relative to ⁇ in the X1 direction ((+) direction).
  • the external magnetic field H12 applied to the A phase magnetoresistive element 4 has a magnetic field strength of H6 or more shown in FIG. 6, and the voltage based on the electrical resistance value of the A phase magnetoresistive element 4 becomes the maximum voltage value V1 A signal is output as a detection signal from the first external output terminal 40 shown in FIG. 8 (see FIG. 7).
  • FIG. 7 shows changes in detection signals in the A-phase and the B-phase when the magnet 2 is moved from the state of FIG. 2 to 2 ⁇ in the X1 direction in the drawing.
  • the detection signal appears as a pulse signal.
  • the detection signal from the B phase causes a phase shift of ⁇ / 2 with respect to the detection signal of the A phase.
  • the integrated circuit 7 is formed on the substrate 6, and the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 are formed on the integrated circuit 7 via the insulating layer 8. It is done.
  • the center-to-center distance between the N pole and the S pole of the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 so that detection signals with phase differences can be obtained from the A phase and B phase.
  • a center-to-center distance of n ⁇ / 2 (n is an odd number) with respect to ⁇ is provided in the relative movement direction.
  • the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the B-phase magnetoresistance effect element 5 are formed on the same surface (the surface 8 a of the insulating layer 8).
  • the magnetic sensor 1 including the integrated circuit 7 and the magnetoresistive effect elements 4 and 5 is formed in one chip.
  • the magnetic sensor 1 can be miniaturized. Further, in this embodiment, the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 are formed on the same plane. Therefore, as in the prior art, for example, the A-phase magnetoresistive effect element is formed as compared with a mode in which the A-phase magnetoresistive effect element 4 and the B-phase magnetoresistive effect element 5 are formed on different substrates and the substrates are positioned later.
  • the 4- and B-phase magnetoresistive elements 5 can be positioned and formed with high accuracy.
  • the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 be simultaneously formed in the same process.
  • the A-phase magnetoresistance effect element 4 and the B-phase magnetoresistance effect element 5 can be formed more accurately and easily at predetermined positions more effectively.
  • one A-phase magnetoresistive element 4 and one B-phase magnetoresistive element 5 are provided.
  • a plurality of A-phase magnetoresistive elements and a plurality of B-phase magnetoresistive elements are provided to constitute each bridge circuit.
  • the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive element 5 are formed of the latch type magnetoresistive element described in FIG. 5, the A-phase magnetoresistive element 4 and the B-phase magnetoresistive effect Each of the elements 5 can stably obtain the detection signal of the pulse waveform shown in FIG. 7.
  • the number of A-phase magnetoresistive elements 4 and B-phase magnetoresistive elements 5 can be minimized, and further miniaturization of the magnetic sensor 1 can be realized. In addition, it is possible to obtain a stable output waveform.
  • the integrated circuit 7 is provided with a common second series circuit 34 of the A-phase bridge circuit BC1 and the B-phase bridge circuit BC2. Therefore, in order to form a bridge circuit, as shown in FIG. 1, the fixed resistance elements 24 and 27 connected in series with the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 are insulated together with the magnetoresistive elements 4 and 5. Since forming on the surface 8 a of the layer 8 is sufficient, the total number of elements to be formed on the surface 8 a of the insulating layer 8 can be reduced. Further, by forming the fixed resistance elements 24 and 27 using the space between the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5, the magnetic sensor 1 can be appropriately miniaturized.
  • the integrated circuit 7 is provided with switch circuits 36, 43, and 48 alternately switching the connection between the A-phase bridge circuit BC1 and the B-phase bridge circuit BC2. Only one comparison circuit 38 is provided. Thus, the configuration of the integrated circuit 7 can be simplified.
  • the differential amplifier 35 and the comparison circuit 38 may be separately provided to the A-phase bridge circuit BC1 and the B-phase bridge circuit BC2.
  • circuit configurations for connecting the A-phase bridge circuit BC1 and the B-phase bridge circuit BC2 to the external output terminals 40 and 41 are separately provided.
  • latch type magnetoresistive elements as the magnetoresistive elements 4 and 5
  • the magnet used for the magnetic encoder may be a rotating drum type magnet (magnetic field generating member) 80 in which N pole and S pole are alternately magnetized on the side surface 80a.
  • the magnetic encoder includes the magnet 80 and the magnetic sensor 1, and can detect the rotational speed, the rotational speed, and the rotational direction based on the detection signals from the A phase and the B phase obtained by the rotation of the magnet 80.
  • FIGS. 12 to 17 are cross-sectional views in which the magnetic sensor 1 in the manufacturing process is cut in the height direction.
  • the insulating layer 8 is formed on the integrated circuit 7 formed on the substrate 6.
  • the insulating layer 8 may be formed of either an inorganic insulating material or an organic insulating material, or may have a configuration in which an organic insulating layer and an inorganic insulating layer are stacked.
  • the surface 8a of the insulating layer 8 may be planarized using, for example, a CMP technique.
  • the laminated film 70 that exhibits the magnetoresistance effect is formed on the entire surface 8 a of the insulating layer 8.
  • the laminated film 70 has a laminated structure shown in FIG.
  • a resist layer 71 is coated on the entire surface of the laminated film 70. Further, as shown in FIG. 14, the resist layer 71 is exposed and developed using a common mask 74 on which the pattern 72 of the A phase magnetoresistive element and the pattern 73 of the B phase magnetoresistive element are formed.
  • the shape of the patterns 72 and 73 is, for example, a meander shape shown in FIG.
  • the center-to-center distance L1 of the patterns 72 and 73 in the relative movement direction (X1-X2 direction) is determined based on the center-to-center distance ⁇ between the N pole and the S pole. For example, the center-to-center distance L1 is set to n ⁇ / 2 (n is an odd number).
  • the pattern 75 of the A phase magnetoresistive element and the pattern 76 of the B phase magnetoresistive element are left in the resist layer 71 as shown in FIG.
  • the laminated film 70 not covered with the patterns 75 and 76 is removed by etching, and the resist patterns 75 and 76 are further removed to move relative to the surface 8 a of the insulating layer 8. It is possible to simultaneously form the A-phase magnetoresistive effect element 4 and the B-phase magnetoresistive effect element 5 of the same pattern at predetermined intervals in the direction (X1-X2 direction).
  • the timing of the heat treatment in the magnetic field for controlling the magnetization direction PIN (see FIG. 10) of the pinned magnetic layer 63 is not particularly limited. For example, it may be performed on the laminated film 70 shown in FIG. 13 or may be performed on the A phase magnetoresistive effect element 4 and the B phase magnetoresistive effect element 5 formed in the meander shape shown in FIG. Alternatively, it may be performed after the fixed resistance elements 24 and 27 described below are formed.
  • the fixed resistance element connected in series to each of the magnetoresistance effect elements 4 and 5 on the surface 8a of the insulating layer 8 in the space between the A phase magnetoresistance effect element 4 and the B phase magnetoresistance effect element 5 Form 24,27.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 are formed in a state where the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 are protected by a resist or the like.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 are formed in a stacked structure in which the free magnetic layer 65 and the nonmagnetic intermediate layer 64 are reversely stacked among the layer structures shown in FIG. 10 in consideration of the temperature coefficient (TCR) as described above. Is preferred.
  • the fixed resistance elements 24 and 27 are formed in the same meander shape as the A phase magnetoresistive effect element 4 and the B phase magnetoresistive effect element 5, and in the absence of a magnetic field, the magnetoresistive effect elements 4 and 5 and the fixed resistance element 24 , 27 are preferably adjusted to have the same resistance value because the operation stability is excellent.
  • the magnetic sensor 1 can be miniaturized, and the A- and B-phase magnetoresistive elements 4 and 5 can be positioned and formed with high accuracy and simplicity.
  • the center-to-center distance L1 between the A phase magnetoresistive element 4 and the B phase magnetoresistive element 5 must also be changed each time.
  • a plan view of a magnetic sensor constituting the magnetic encoder in the present embodiment A cross-sectional view of the magnetic sensor shown in FIG. 1 and a magnet facing the magnetic sensor; A cross-sectional view of a magnetic sensor relatively moved by ⁇ / 2 from the state of FIG. 2 and a magnet facing the magnetic sensor; A cross-sectional view of a magnetic sensor relatively moved by ⁇ / 2 from the state of FIG.
  • FIG. 12 is a manufacturing process diagram to be performed next
  • FIG. 16 is a manufacturing process performed next

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Abstract

【課題】　特に、小型化で、さらにＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を所定位置に高精度に且つ簡単に形成可能な磁気センサ等を提供することを目的とする。 【解決手段】　磁気センサ１は、Ｎ極とＳ極とが相対移動方向に交互に着磁された磁石２に対して間隔を空けて配置される。磁気センサ１は、基板６上に集積回路７が形成され、集積回路７上に絶縁層８を介して、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５が、位相差のある検出信号を得ることができるように前記Ｎ極と前記Ｓ極との中心間距離λに対して相対移動方向に向けて所定の間隔を空けて形成されている。そして前記Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は共に同一面上に形成されている。またＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ層磁気抵抗効果素子５はラッチ型の磁気抵抗効果素子であり、夫々１個ずつ設けられる。

Description

磁気センサ、及び磁気エンコーダ、ならびに磁気センサの製造方法
　本発明は、特に、小型化で、さらにＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を所定位置に高精度に且つ簡単に形成可能な磁気センサ、及び磁気エンコーダ、ならびに磁気センサの製造方法に関する。
　下記特許文献１には磁気センサに関する発明が開示されている。下記特許文献１では同一基板上に集積回路素子と磁気抵抗効素子とを形成することが記載されている。
　しかしながら下記特許文献１には、磁気エンコーダに関する記載がない。そして特許文献の図面を参照しても磁気抵抗素子がどのように形成されているか具体的記載がない。
　また特許文献１では、集積回路素子と磁気抵抗素子とを平面上の異なる箇所に形成するため、効果的に小型化を実現できない。
特開昭６１－２１６３７０号公報
　そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、小型化で、さらにＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を所定位置に高精度に且つ簡単に形成可能な磁気センサ、及び磁気エンコーダ、ならびに磁気センサの製造方法を提供することを目的としている。
　本発明は、Ｎ極とＳ極とが相対移動方向に交互に着磁された磁界発生部材に対して間隔を空けて配置され、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、
　基板上に集積回路が形成され、前記集積回路上に絶縁層を介して、Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子が、位相差のある検出信号を得ることができるように前記Ｎ極と前記Ｓ極との中心間距離λに対して相対移動方向に向けて所定の間隔を空けて形成されており、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子は共に同一面上に形成されていることを特徴とするものである。
　これにより磁気センサの小型化を実現できる。また、またＡ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を同一面上に形成することで、Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を高精度に位置決めして形成できる。
　本発明では、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子は、同一プロセスで同時に形成されたものであることが、より効果的に、Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を所定位置に高精度に且つ簡単に形成できて好適である。
　本発明では、前記Ａ相の磁気抵抗効果素子と前記Ｂ相の磁気抵抗効果素子の中心間距離は、ｎλ／２（ｎは奇数）であることが好ましい。
　また本発明では、前記磁気抵抗効果素子はラッチ型の磁気抵抗効果素子であることが好ましい。これにより、Ａ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を夫々１個ずつ設けただけでも位相差のある検出信号を安定して得ることが出来る。
　また本発明では、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及び前記Ｂ相磁気抵抗効果素子の夫々に接続される固定抵抗素子が、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子とともに前記同一面上に形成され、前記固定抵抗素子は前記Ａ相磁気抵抗効果素子と前記Ｂ相磁気抵抗効果素子間のスペース内に配置されることが好ましい。これにより、より効果的に磁気センサの小型化を実現できる。
　また本発明における磁気エンコーダは、上記のいずれかに記載の磁気センサと、前記磁界発生部材とを備え、前記磁気センサ及び前記磁界発生部材の少なくとも一方が移動可能に支持されていることを特徴とするものである。
　また本発明は、Ｎ極とＳ極とが相対移動方向に交互に着磁された磁界発生部材に対して間隔を空けて配置され、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備える磁気センサの製造方法において、
　基板上に形成された集積回路上に絶縁層を形成する工程、
　前記絶縁層上の全面に前記磁気抵抗効果素子と同じ層構成の積層膜を成膜する工程、
　前記積層膜の不要部分をエッチングで除去してＡ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を形成し、このとき、Ｎ極と前記Ｓ極との中心間距離λを基準にして前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子のパターンが共に形成された共通のマスクを用いて、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を、位相差のある検出信号を得ることができるように相対移動方向に向けて所定の間隔を空けて同時に形成する工程、
　を有することを特徴とするものである。
　上記により磁気センサを小型化でき、しかもＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を高精度に且つ簡単に位置決めして形成できる。またマスクを変更することで、中心間距離λが異なる磁界発生部材に夫々対応した磁気センサを簡単且つ適切に製造できる。
　本発明によれば、磁気センサの小型化を実現できる。また、またＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子を高精度に位置決めして形成できる。
　図１は、本実施形態における磁気エンコーダを構成する磁気センサの平面図、図２は、図１に示す磁気センサと、磁気センサに対向する磁石の断面図、図３は、図２の状態からλ／２だけ相対移動した磁気センサと、磁気センサに対向する磁石との断面図、図４は図３の状態からλ／２だけ相対移動した磁気センサと、磁気センサに対向する磁石との断面図、図５は、本実施形態の磁気抵抗効果素子のＲ－Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を示すグラフ、図６は、本実施形態における外部磁界と電圧（差動電位）との関係を示すグラフ、図７は、相対移動距離と、Ａ相及びＢ相の検出回路から得られる検出信号との関係を示すグラフ、図８及び図９は、本実施形態における磁気センサの回路構成図、図１０は、本実施形態の磁気抵抗効果素子を膜厚方向に切断したときの断面図、図１１は、他の実施形態の磁気エンコーダの部分平面図、である。
　各図におけるＸ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向の夫々一つの方向は、他の２つの方向に対して直交する関係となっている。Ｘ１－Ｘ２方向は相対移動方向であり、Ｚ１－Ｚ２方向は、磁気センサ１と磁石２との対向方向（高さ方向）である。
　磁気エンコーダは、磁気センサ１と磁石２を備えて構成される。
　磁石２は、例えば図２に示すように、磁気センサ１との対向面２ａが着磁面であり、相対移動方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に向けてＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。隣り合うＮ極とＳ極の中心間距離はλである。この実施形態で示す磁石２はＸ１－Ｘ２方向の細長く延びる棒状の磁石である。
　そして磁石２あるいは磁気センサ１の少なくとも一方がＸ１方向あるいはＸ２方向へ直線移動可能に支持されている。
　図１に示す磁気センサ１は、共通の基板６上に集積回路７及び磁気抵抗効果素子４，５を備えて構成される。図１に示すように、磁気センサ１は１チップで構成されており、このチップが実際にはパッケージ化されている。
　図２には、図１に示す磁気センサ１の断面図が図示されている。図２に示すように磁気センサ１には、基板６上に集積回路７が形成されている。集積回路７には、差動増幅器や比較回路等の能動素子や配線層、各種抵抗素子等が配置されている。
　図２に示すように集積回路７上には絶縁層８が形成されている。絶縁層８は、有機絶縁層、無機絶縁層のどちらであってもよい。また絶縁層８は単層構造であってもよいし、有機絶縁層と無機絶縁層との積層構造等であってもよい。
　図２に示すように絶縁層８の表面８ａは平坦化面であり、図１，図２に示すように同一面上にＡ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５が形成されている。
　図１に示すように、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は共にミアンダ形状の同一パターンで形成される。これにより素子長さを長くでき抵抗値を稼ぐことが出来る。なおＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５の形状はミアンダ形状以外でもよい。
　Ａ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５は相対移動方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に沿って配置されている。
　また、Ａ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５の中心間距離Ｌ１は、ｎλ／２（ただしｎは奇数）である。よって、中心間距離Ｌ１は、λ／２、３λ／２・・である。ただし中心間距離Ｌ１が大きくなるとそれだけ磁気センサ１も大きくなるため、中心間距離Ｌ１は、λ／２、３λ／２、５λ／２であることが好適である。
　図１に示すようにＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は夫々１個ずつ設けられ、各磁気抵抗効果素子４，５に直列接続される固定抵抗素子２４，２７も磁気抵抗効果素子４，５と共に絶縁層８の表面８ａに形成されている。この実施形態では、固定抵抗素子２４，２７は、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５の間のスペース内に設けられており、Ａ相磁気抵抗効果素子４、Ｂ相磁気抵抗効果素子５及び固定抵抗素子２４，２７が相対移動方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に沿って配列している。
　また図１に示すようにチップ表面には入力パッド１５、接地パッド１６、出力パッド１７が設けられている。これら各種パッドは後述する集積回路の入力端子３９、外部出力端子４０，４１、アース端子４２と図２に示す接続層４４を介して電気的に接続される。なお図１では入力パッド１５及び接地パッド１６が２個ずつ設けられているが夫々１個ずつでもよい。
　磁気抵抗効果素子４，５の層構成について説明する。磁気抵抗効果素子４，５は、図１０に示す積層構造で形成される。図１０に示すように、磁気抵抗効果素子４，５は、下から反強磁性層６２、固定磁性層６３、非磁性中間層６４、フリー磁性層６５、及び保護層６６の順で積層されている。反強磁性層６２は、元素α（ただしαは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′（ただし元素α′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば反強磁性層６２は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。固定磁性層６３及びフリー磁性層６５はＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料で形成される。また非磁性中間層６４はＣｕ等で形成される。また保護層６６はＴａ等で形成される。固定磁性層６３やフリー磁性層６５は積層フェリ構造（磁性層／非磁性層／磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ２つの磁性層の磁化方向が反平行である構造）であってもよい。また固定磁性層６３やフリー磁性層６５は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。また反強磁性層６２の下側にＴａ等で形成された下地層や、ＮｉＦｅＣｒ等で形成されたシード層が設けられていてもよい。
　磁気抵抗効果素子４，５では、反強磁性層６２と固定磁性層６３とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより反強磁性層６２と固定磁性層６３との界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、固定磁性層６３の磁化方向は一方向に固定される。図１０では、固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮを矢印方向で示している。図１０では、固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮは図示Ｘ２方向であるが固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮは相対移動方向であればよいのでＸ１方向であってもよい。
　一方、フリー磁性層６５の磁化方向は外部磁界により変動する。固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮとフリー磁性層６５の磁化方向とが平行状態であると電気抵抗値は最小値になり、固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮとフリー磁性層６５の磁化方向とが反平行状態であると電気抵抗値は最大値になる。
　図１０の磁気抵抗効果素子２３は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）である。なお本実施形態では、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）であってもよい。
　固定抵抗素子２４，２７は、例えば単体の抵抗層であってもよいが、温度係数（ＴＣＲ）を考慮すると、磁気抵抗効果素子４，５と同じ材質であることが好ましい。例えば固定抵抗素子２４，２７は、磁気抵抗効果素子４，５と図１０に示すフリー磁性層６５と非磁性中間層６４との積層順が逆になった積層構成である。すなわち下から反強磁性層６２、固定磁性層６３、フリー磁性層６５、非磁性中間層６４、及び保護層６６の順に積層される。かかる積層構成では、フリー磁性層６５は、固定磁性層６３と接して形成されるので、もはや外部磁界に対して磁化変動せず固定磁性層６３と同様に磁化方向が一方向に固定される。これにより固定抵抗化できると共に磁気抵抗効果素子４，５と温度係数（ＴＣＲ）を揃えることが出来る。
　本実施形態における磁気抵抗効果素子４，５はラッチ型の磁気抵抗効果素子である。ラッチ型の磁気抵抗効果素子について説明する。
　以下では、Ｘ１方向を（＋）方向、Ｘ２方向を（－）方向とし、（＋）方向への外部磁界を（＋Ｈ）、（－）方向への外部磁界を（－Ｈ）とする。
　本実施形態の磁気抵抗効果素子４，５は図５に示すＲ－Ｈ曲線を有している。磁気抵抗効果素子４，５は、外部磁界Ｈがゼロから（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の所定範囲内、及び、外部磁界Ｈがゼロから（＋）方向とは逆方向の（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の所定範囲内では、電気抵抗値の変動が小さく（あるいは変動がなく）、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）、及び（－）方向の外部磁界（－Ｈ）に対して、夫々、所定以上の磁界強度変化があったときに電気抵抗値が大きく変化するＲ－Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を有している。
　上記したように、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向が共にＸ２方向（（－）方向）を向き平行状態であると、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは最小抵抗値Ｒ１となる。
　このとき、無磁場状態（外部磁界Ｈがゼロの状態）からＸ１方向（（＋）方向）の外部磁界（＋Ｈ）が作用しても、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向はほぼ平行状態を保ち、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒはほぼ一定のままである（図５の経路（１））。
　（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度が徐々に強まり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上になると、フリー磁性層６５の磁化方向がＸ２方向からＸ１方向へ向けて徐々に反転し始め、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは、図５のＲ－Ｈ曲線上の（２）の位置を境にして、徐々に上昇する（図５の経路（３））。
　（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度がさらに強くなり、やがてフリー磁性層６５の磁化方向が完全にＸ２方向に向くと、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向は反平行状態となり、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは最大抵抗値Ｒ２に達する。
　そこから今度は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度を徐々に小さくしていっても、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向はほぼ反平行状態を保ち、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒはほぼ最大抵抗値Ｒ２のままである（図５の経路（４））。
　やがて外部磁界Ｈがゼロになり、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）が作用しても、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向はほぼ反平行状態を保ち、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒはほぼ一定のままである（図５の経路（４））。
　（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の磁界強度がさらに強まり、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ２以上になると、フリー磁性層６５の磁化方向がＸ１方向からＸ２方向へ向けて徐々に反転し始め、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは、図５のＲ－Ｈ曲線上の（５）の位置を境にして、徐々に低下する（図５の経路（６））。
　（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の磁界強度がさらに強くなり、やがてフリー磁性層６５の磁化方向が完全にＸ２方向に向くと、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向は平行状態となり、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは最小抵抗値Ｒ１に達する。
　そこから今度は、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の磁界強度を徐々に小さくしていっても、磁気抵抗効果素子４，５の固定磁性層６３とフリー磁性層６５の磁化方向はほぼ平行状態を保ち、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒはほぼ最小抵抗値Ｒ１のままである（図５の経路（１））。
　磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値の最小抵抗値Ｒ１と最大抵抗値Ｒ２の中間抵抗値でのＲ－Ｈ曲線の広がり幅の中心が、Ｒ－Ｈ曲線の「中点」である。そして「中点」から外部磁界Ｈがゼロまでの横軸の距離、すなわち「中点」位置での磁界の強さでフリー磁性層６５と固定磁性層６３間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎの大きさが決定される。図５では、層間結合磁界Ｈｉｎは、ほぼゼロとなっている。
　また、縦軸に関して磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒの最大抵抗値Ｒ２と最小抵抗値Ｒ１の中間抵抗値Ｒ３でのＲ－Ｈ曲線の広がり幅は、２×保磁力Ｈｃで定義される。図５に示すように、中間抵抗値Ｒ３は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ３のとき、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ４のときの夫々に存在する。
　以上のように、磁気抵抗効果素子４，５は、図５のＲ－Ｈ曲線上での経路（１）－経路（３）－経路（４）－経路（６）を辿るループ状のＲ－Ｈ曲線を有している。磁気抵抗効果素子４，５は（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上になったときに電気抵抗値が大きく変化し、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ２以上になったときに電気抵抗値が大きく変化し、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以下であり、また（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ２以下では、磁気抵抗効果素子２３の電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１か最大抵抗値Ｒ２のどちらかにほぼ一定となっている。このように前記磁気抵抗効果素子４，５は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）から（－）方向の外部磁界（－Ｈ）に跨る大きなヒステリシスを有している。
　前記磁気抵抗効果素子４，５のヒステリシスを大きくするには、例えば、磁気抵抗効果素子４，５のフリー磁性層６５の保磁力Ｈｃを大きくする。フリー磁性層６５の保磁力Ｈｃは、７９０Ａ／ｍ（約１０Ｏｅ）以上であることが好適である。
　例えばフリー磁性層６５は、ＮｉＦｅよりもＣｏＦｅで形成されるほうが、保磁力Ｈｃを大きくでき好適である。また、フリー磁性層６５はＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等の硬磁性材料で形成されてもよい。
　また、層間結合磁界Ｈｉｎはできる限りゼロに近づくように調整することが好適である。例えば前記層間結合磁界Ｈｉｎは、非磁性中間層６４の膜厚により調整できる。
　また抵抗値変化の変曲点となる磁界強度Ｈ１，Ｈ２は、夫々、１５９Ａ／ｍ（約２Ｏｅ）以上であることが好ましい。
　また磁界強度Ｈ３（図６に示すＨ５に相当）、Ｈ４（図６に示すＨ６に相当）は、夫々、３９８Ａ／ｍ（約５Ｏｅ）以上であることが好ましい。
　図５に示すＲ－Ｈ曲線を有する磁気抵抗効果素子４，５を設けることで、外部磁界Ｈの磁界強度とブリッジ回路から得られる電圧（差動電位）との関係は例えば図６のようになる。
　図６に示す電圧変化の経路（１）（３）（４）（６）は、図５に示すＲ－Ｈ曲線上の経路（１）（３）（４）（６）と連動している。磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒが最小抵抗値Ｒ１のとき、電圧は最大値Ｖ１であり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以下の範囲では、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値は経路（１）上にてほぼ一定値（最小抵抗値Ｒ１）を保ち、このとき電圧は経路（１）上にてほぼ一定値（最大電圧値Ｖ１）を保つ。（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ１以上となり、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値が経路（３）上にて上昇すると、電圧は経路（３）上にて低下し、やがて磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは最大抵抗値Ｒ２となり、このとき電圧は最小電圧値Ｖ２となる。そこから今度は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）を徐々に弱めていき、さらに（－）方向の外部磁界（－Ｈ）をＨ２以下の範囲内で徐々に大きくしていっても、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒは経路（４）上にてほぼ一定値（最大抵抗値Ｒ２）を保ち、またこのとき電圧は経路（４）上にてほぼ一定値（最小電圧値Ｖ２）を保つ。そして、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ２以上となり、磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値Ｒが経路（６）上にて徐々に低下すると、電圧は経路（６）上にて徐々上昇し、やがて磁気抵抗効果素子４，５の電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１となり、このとき電圧は最大電圧値Ｖ１となる。
　図５に示すＲ－Ｈ曲線を備える磁気抵抗効果素子をラッチ型磁気抵抗効果素子と称する。
　本実施形態における磁気センサ１の回路構成について図８，図９を用いて説明する。
　磁気センサ１は、センサ部２１と集積回路（ＩＣ）７とを有して構成される。
　センサ部２１は、Ａ相磁気抵抗効果素子４、Ｂ相磁気抵抗効果素子５、各磁気抵抗効果素子４，５に直列接続される固定抵抗素子２４，２７を備える。固定抵抗素子２４，２７は、図１に示すように磁気抵抗効果素子４，５と共に同一面上に形成される。
　図８，図９に示すようにＡ相磁気抵抗効果素子４と固定抵抗素子２４は、第１出力取り出し部（接続部）２５を介して直列接続されて第１直列回路２６を構成している。またＢ相磁気抵抗効果素子５と固定抵抗素子２７は、第３出力取り出し部（接続部）２９を介して直列接続されて第３直列回路３０を構成している。
　また、集積回路７内には、固定抵抗素子３１と固定抵抗素子３２が第２出力取り出し部３３を介して直列接続されて第２直列回路３４を構成している。
　第２直列回路３４は、共通回路として第１直列回路２６及び第３直列回路３０と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では第１直列回路２６と第２直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路をＡ相ブリッジ回路ＢＣ１と、第３直列回路３０と第２直列回路３４とが並列接続されてなるブリッジ回路をＢ相ブリッジ回路ＢＣ２と称する。
　図８，図９に示すように集積回路７には入力端子（電源）３９、アース端子４２及び２つの外部出力端子４０，４１が設けられている。
　入力端子３９に接続された信号ライン５０及びアース端子４２に接続された信号ライン５１は、第１直列回路２６，第３直列回路３０及び第２直列回路３４の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。
　入力端子３９、アース端子４２は１個ずつであるが、ブリッジ回路が２つあるため２個設けて、各ブリッジ回路に接続してもよい。
　図１に示すように集積回路７内には、１つの差動増幅器３５が設けられ、差動増幅器３５の＋入力部、－入力部のどちらかに、第２直列回路３４の第２出力取り出し部３３が接続されている。
　第１直列回路２６の第１出力取り出し部２５及び第３直列回路３０の第３出力取り出し部２９は夫々第１スイッチ回路（第１接続切換部）３６の入力部に接続され、第１スイッチ回路３６の出力部は差動増幅器３５の－入力部、＋入力部のどちらか（第２出力取り出し部３３が接続されていない側の入力部）に接続されている。
　図８、図９に示すように、差動増幅器３５の出力部はシュミットトリガー型の比較回路３８に接続され、さらに比較回路３８の出力部は第２のスイッチ回路（第２接続切換部）４３の入力部に接続され、さらに第２スイッチ回路４３の出力部側はラッチ回路４６，４７及びＦＥＴ回路５４、５５を経て第１外部出力端子４０及び第２外部出力端子４１に夫々接続される。
　さらに図８に示すように、集積回路７内には第３スイッチ回路４８が設けられている。第３スイッチ回路４８の出力部は、アース端子４２に接続された信号ライン５１に接続され、第３スイッチ回路４８の入力部には、第１直列回路２６及び第３直列回路３０の一端部が接続されている。
　さらに図８，図９に示すように、集積回路７内には、インターバルスイッチ回路５２及びクロック回路５３が設けられている。インターバルスイッチ回路５２のスイッチがオフされると集積回路７内への通電が停止するようになっている。インターバルスイッチ回路５２のスイッチのオン・オフは、クロック回路５３からのクロック信号に連動しており、インターバルスイッチ回路５２は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。
　クロック回路５３からのクロック信号は、第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８にも出力される。第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、及び第３スイッチ回路４８ではクロック信号を受けると、そのクロック信号を分割し、非常に短い周期でスイッチ動作を行うように制御されている。例えば１パルスのクロック信号が数十ｍｓｅｃであるとき、数十μｍｓｅｃ毎にスイッチ動作を行う。
　図８は、第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、第３スイッチ回路４８が全てＡ相ブリッジ回路ＢＣ１との接続側に切り替えられており、Ａ相ブリッジ回路ＢＣ１と第１外部出力端子４０とが繋がった状態である。
　一方、図９は、第１スイッチ回路３６、第２スイッチ回路４３、第３スイッチ回路４８が全てＢ相ブリッジ回路ＢＣ２との接続側に切り替えられており、Ｂ相ブリッジ回路ＢＣ２と第２外部出力端子４１とが繋がった状態である。
　図１に示す比較回路３８では、ある閾値電圧Ｖ３が設定されている（図６参照）。電圧が閾値電圧Ｖ３以下であるとＬｏｗ信号が生成され、電圧が閾値電圧Ｖ３以上になるとＨｉｇｈ信号が生成されるとき、図６に示すように、経路（３）上にて電圧値が徐々に小さくなり、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）がＨ５以上になると、Ｌｏｗ信号が生成され、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）がＨ６以上になると、Ｈｉｇｈ信号が生成される。なお例えば、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度Ｈ５は、図５での磁界強度Ｈ３、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の磁界強度Ｈ６は、図５での磁界強度Ｈ４と夫々同じになるように設定される。
　本実施形態では、一旦生成されたＬｏｗ信号は、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）の磁界強度変化に対して、及び、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）のうち、Ｈｉｇｈ信号が生成される磁界強度（Ｈ６）よりも小さい磁界強度変化に対して保持される。すなわちＬｏｗ信号は、Ｈ６以上の（－）方向の外部磁界（－Ｈ）が作用しない限り、保持され続けるのである。
　また本実施形態では、一旦生成されたＨｉｇｈ信号は、（－）方向の外部磁界（－Ｈ）の磁界強度変化に対して、及び、（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）のうち、Ｌｏｗ信号が生成される磁界強度（Ｈ５）よりも小さい磁界強度変化に対して保持される。すなわちＨｉｇｈ信号は、Ｈ５以上の（＋）方向の外部磁界（＋Ｈ）が作用しない限り、保持され続けるのである。
　図６に示す経路（１）→経路（３）→経路（４）→経路（６）の順に電圧変化するとき、経路（１）上ではＨｉｇｈ信号が生成され、経路（３）上のうち、磁界強度がＨ５よりも小さい範囲ではＨｉｇｈ信号が生成され、磁界強度がＨ５以上の範囲ではＬｏｗ信号が生成され、経路（４）ではＬｏｗ信号が生成され、経路（６）上のうち、磁界強度がＨ６よりも小さい範囲ではＬｏｗ信号が生成され、磁界強度がＨ６以上の範囲ではＨｉｇｈ信号が生成される。
　次に、図２ないし図４、及び図７を用いて相対移動距離に対するＡ相磁気抵抗効果素子４の電気抵抗値の変化と、その電気抵抗変化に基づくＡ相での検出信号の変化について説明する。
　図２に示す状態では、Ａ相磁気抵抗効果素子４には磁石２から図示Ｘ１方向（（＋）方向）への外部磁界Ｈ１０が作用している。Ａ相磁気抵抗効果素子４の固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮは図示Ｘ２方向（（－）方向）であるから、Ａ相磁気抵抗効果素子４のフリー磁性層６５の磁化方向と固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮとは反平行であり電気抵抗値は最大抵抗値Ｒ２（図５参照）となっている。
　このときＡ相磁気抵抗効果素子４に及ぼす外部磁界Ｈ１０は、図６に示すＨ５以上の磁界強度であり、Ａ相磁気抵抗効果素子４の電気抵抗値に基づく電圧は最小電圧値Ｖ２となっており、Ｌｏｗ信号が検出信号として図８に示す第１外部出力端子４０から出力される（図７参照）。
　図３は図２の状態から磁石２が図示Ｘ１方向（（＋）方向）へλ／２だけ相対移動した状態を示す。λは図２に示す磁石２の隣り合うＮ極とＳ極の中心間距離である。
　図３の状態ではＡ相磁気抵抗効果素子４にＺ２方向への外部磁界Ｈ１１が作用する。外部磁界Ｈ１１はＡ相磁気抵抗効果素子４に対して垂直磁場成分である。よって図３の状態は、Ａ相磁気抵抗効果素子４に対して無磁場状態（外部磁界ゼロ）となっている。
　上記したようにＡ相磁気抵抗効果素子４は図５のＲ－Ｈ曲線を伴うラッチ型の磁気抵抗効果素子であるため図３の状態でも最大抵抗値Ｒ２を保っている。したがってλ／２だけ相対移動した状態でもＬｏｗ信号が検出信号として図８に示す第１外部出力端子４０から出力される（図７参照）。
　図４は、図３の状態から磁石２がさらに図示Ｘ１方向（（＋）方向）へλ／２だけ相対移動した状態を示す。つまり図２の状態から見れば図４は磁石２が図示Ｘ１方向（（＋）方向）へλ相対移動した状態である。
　図４の状態ではＡ相磁気抵抗効果素子４にＸ２方向（（－）方向）への外部磁界Ｈ１２が作用する。よってＡ相磁気抵抗効果素子４のフリー磁性層６５の磁化方向と固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮとは平行になり電気抵抗値は最小抵抗値Ｒ１（図５参照）となる。
　このときＡ相磁気抵抗効果素子４に及ぼす外部磁界Ｈ１２は、図６に示すＨ６以上の磁界強度であり、Ａ相磁気抵抗効果素子４の電気抵抗値に基づく電圧は最大電圧値Ｖ１となり、Ｈｉｇｈ信号が検出信号として図８に示す第１外部出力端子４０から出力される（図７参照）。
　なおＢ相磁気抵抗効果素子５には図２～図４のとき、外部磁界Ｈ１３～Ｈ１５が作用する。
　図７には、図２の状態から磁石２が図示Ｘ１方向へ２λまで移動したときのＡ相及びＢ相での検出信号の変化が示されている。図７に示すように検出信号はパルス信号として現れる。また、Ｂ相からの検出信号はＡ相の検出信号に対してλ／２だけ位相ずれを起こしている。このように位相差のある検出信号を得ることで、移動速度や移動距離のみならず移動方向を知ることが可能である。
　本実施形態の特徴的部分について説明する。本実施形態では図２に示すように基板６上に集積回路７が形成され、この集積回路７上に絶縁層８を介してＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５が形成されている。図７に示すようにＡ相及びＢ相から位相差のある検出信号を得ることができるようにＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５がＮ極とＳ極の中心間距離λに対してｎλ／２（ｎは奇数）の中心間距離を相対移動方向に空けて配置されている。
　そして本実施形態では、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５が、同一面上（絶縁層８の表面８ａ）に形成されている。
　このように本実施形態では、集積回路７及び磁気抵抗効果素子４，５を備える磁気センサ１が１チップで形成されている。
　以上の構成により、磁気センサ１の小型化を実現できる。また本実施形態ではＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５を同一面上に形成している。よって従来のように、例えばＡ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５とを別々の基板に形成し、後で基板同士を位置決めするような形態に比べてＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５を高精度に位置決めして形成できる。
　本実施形態では、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は同一プロセスで同時に形成されたものであることが好適である。これにより、より効果的に、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５を所定位置に高精度に且つ簡単に形成できる。
　本実施形態では、図１に示すように、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は共に１個ずつ設けられる。従来ではＡ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子は夫々複数個ずつ（例えば４個ずつ）設けられて各ブリッジ回路を構成していた。
　本実施形態では、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５を図５で説明したラッチ型の磁気抵抗効果素子で構成したため、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５は夫々１個ずつでも図７に示すパルス波形の検出信号を安定して得ることが可能である。
　よって本実施形態ではＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５の数を最小限にでき、磁気センサ１の更なる小型化を実現できる。また、安定した出力波形を得ることが可能である。
　図８，図９に示すように、集積回路７内にＡ相ブリッジ回路ＢＣ１及びＢ相ブリッジ回路ＢＣ２の共通の第２直列回路３４を設けている。よってブリッジ回路を組むために、図１に示すように、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５と直列接続される固定抵抗素子２４，２７を磁気抵抗効果素子４，５と共に絶縁層８の表面８ａに形成すれば足りるため、絶縁層８の表面８ａに形成すべき素子の総数を少なく出来る。また、固定抵抗素子２４，２７をＡ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５間のスペースを利用して形成することで磁気センサ１を適切に小型化できる。
　また、図８，図９に示すように、集積回路７にはＡ相ブリッジ回路ＢＣ１とＢ相ブリッジ回路ＢＣ２間の接続を交互に切り替えるスイッチ回路３６，４３、４８が設けられ、差動増幅器３５や比較回路３８は夫々１個ずつだけ設けられている。よって、集積回路７の構成を簡略化できる。
　なお、Ａ相ブリッジ回路ＢＣ１及びＢ相ブリッジ回路ＢＣ２に対して別々に差動増幅器３５及び比較回路３８を設ける構成であってもよい。この場合、Ａ相ブリッジ回路ＢＣ１及びＢ相ブリッジ回路ＢＣ２と外部出力端子４０，４１間を接続する回路構成が別々に設けられる。このようにＡ相とＢ相とで回路構成を別々に構成する場合、磁気抵抗効果素子４，５にラッチ型の磁気抵抗効果素子を用いることで、回路内へのラッチ回路は不要となる。
　図１１に示すように磁気エンコーダに使用される磁石は、側面８０ａにＮ極とＳ極とが交互に着磁された回転ドラム型の磁石（磁界発生部材）８０であってもよい。磁気エンコーダは、磁石８０と磁気センサ１とを備えて構成され、磁石８０の回転によって得られたＡ相及びＢ相からの検知信号に基づいて、回転速度や回転数、回転方向を検知できる。
　次に図１２ないし図１７を用いて本実施形態における磁気センサ１の製造方法について説明する。図１２ないし図１７の各図は製造工程中の磁気センサ１を高さ方向から切断した断面図である。
　図１２に示す工程では基板６上に形成された集積回路７上に絶縁層８を形成する。絶縁層８は無機絶縁材料、有機絶縁材料のどちらで形成されてもよいし、あるいは有機絶縁層と無機絶縁層とが積層された構成でもよい。図１２に示す工程では、絶縁層８の表面８ａを例えばＣＭＰ技術を用いて平坦化処理してもよい。
　図１３に示す工程では、絶縁層８の表面８ａの全面に磁気抵抗効果を発揮する積層膜７０を形成する。積層膜７０は図１０に示す積層構造である。
　次に図１４に示す工程では、積層膜７０上の全面にレジスト層７１を塗布する。また図１４に示すようにＡ相磁気抵抗効果素子のパターン７２と、Ｂ相磁気抵抗効果素子のパターン７３が共に形成された共通のマスク７４を用いて、レジスト層７１を露光現像する。パターン７２，７３の形状は例えば、図１に示すミアンダ形状である。パターン７２，７３の相対移動方向（Ｘ１－Ｘ２方向）への中心間距離Ｌ１はＮ極とＳ極の中心間距離λを基準として定められている。例えば中心間距離Ｌ１をｎλ／２（ｎは奇数）に設定する。
　図１４の工程により図１５に示すようにレジスト層７１には、Ａ相磁気抵抗効果素子のパターン７５と、Ｂ相磁気抵抗効果素子のパターン７６とが残される。
　次に図１６の工程では、パターン７５，７６に覆われていない積層膜７０をエッチングにて除去し、さらにレジストから成るパターン７５，７６を除去することで、絶縁層８の表面８ａに相対移動方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に向けて所定間隔を空けた同一パターンのＡ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５を同時に形成できる。
　固定磁性層６３の磁化方向ＰＩＮ（図１０参照）を制御する磁場中熱処理のタイミングは特に限定されない。例えば図１３に示す積層膜７０に対して行ってもよいし、図１６に示すミアンダ形状で形成されたＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５に対して行ってもよいし、あるいは次に説明する固定抵抗素子２４，２７を形成した後に行ってもよい。
　図１７に示す工程では、Ａ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５間のスペース内の絶縁層８の表面８ａに各磁気抵抗効果素子４，５に直列接続される固定抵抗素子２４，２７を形成する。このとき、Ａ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５をレジスト等で保護した状態で固定抵抗素子２４，２７を形成する。固定抵抗素子２４，２７は上記したように温度係数（ＴＣＲ）を考慮して、図１０に示す層構成のうち、フリー磁性層６５と非磁性中間層６４とが逆積層された積層構成で形成することが好適である。また固定抵抗素子２４，２７をＡ相磁気抵抗効果素子４及びＢ相磁気抵抗効果素子５と同じミアンダ形状で形成して、無磁場状態にて、磁気抵抗効果素子４，５及び固定抵抗素子２４，２７が同一抵抗値となるように調整することが動作安定性に優れ好適である。
　上記により磁気センサ１を小型化でき、しかもＡ相及びＢ相の磁気抵抗効果素子４，５を高精度に且つ簡単に位置決めして形成できる。
　またＮ極とＳ極の中心間距離λが異なれば、Ａ相磁気抵抗効果素子４とＢ相磁気抵抗効果素子５の中心間距離Ｌ１もその都度変更しなければいけないが、図１４に示すマスク７４を変更することで、Ｎ極とＳ極の中心間距離λが異なる磁石に夫々対応した磁気センサ１を簡単且つ適切に製造できる。
本実施形態における磁気エンコーダを構成する磁気センサの平面図、 図１に示す磁気センサと、磁気センサに対向する磁石の断面図、 図２の状態からλ／２だけ相対移動した磁気センサと、磁気センサに対向する磁石との断面図、 図３の状態からλ／２だけ相対移動した磁気センサと、磁気センサに対向する磁石との断面図、 本実施形態の磁気抵抗効果素子のＲ－Ｈ曲線（ヒステリシス特性）を示すグラフ、 本実施形態における外部磁界と電圧（差動電位）との関係を示すグラフ、 相対移動距離と、Ａ相及びＢ相の検出回路から得られる検出信号との関係を示すグラフ、 本実施形態における磁気センサの回路構成図（Ａ相接続時）、 本実施形態における磁気センサの回路構成図（Ｂ相接続時）、 本実施形態の磁気抵抗効果素子を膜厚方向に切断したときの断面図、 他の実施形態の磁気エンコーダの部分平面図、 本実施形態の磁気センサの製造工程図（製造工程中における磁気センサを高さ方向けら切断した断面図）、 図１２の次に行われる製造工程図、 図１３の次に行われる製造工程図、 図１４の次に行われる製造工程図、 図１５の次に行われる製造工程図、 図１６の次に行われる製造工程図、
符号の説明
１　磁気センサ
２、８０　磁石
４　Ａ相磁気抵抗効果素子
５　Ｂ相磁気抵抗効果素子
６　基板
７　集積回路
８　絶縁層
１５　入力パッド
１６　接地パッド
１７　出力パッド
２１　センサ部
２４、２７、３１、３２　固定抵抗素子
２５　第１出力取り出し部
２６　第１直列回路
２９　第２出力取り出し部
３０　第２直列回路
３５　差動増幅器
３６、４３、４８　スイッチ回路
３８　比較回路
３９　入力端子
４０、４１　外部出力端子
４２　アース端子
６２　反強磁性層
６３　固定磁性層
６４　非磁性中間層
６５　フリー磁性層
６６　保護層

Claims (8)

  1. 　Ｎ極とＳ極とが相対移動方向に交互に着磁された磁界発生部材に対して間隔を空けて配置され、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、
    　基板上に集積回路が形成され、前記集積回路上に絶縁層を介して、Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子が、位相差のある検出信号を得ることができるように前記Ｎ極と前記Ｓ極との中心間距離λに対して相対移動方向に向けて所定の間隔を空けて形成されており、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子は共に同一面上に形成されていることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子は、同一プロセスで同時に形成されたものである請求項１記載の磁気センサ。
  3. 　前記Ａ相の磁気抵抗効果素子と前記Ｂ相の磁気抵抗効果素子の中心間距離は、ｎλ／２（ｎは奇数）である請求項１又は２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記磁気抵抗効果素子はラッチ型の磁気抵抗効果素子である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
  5. 　前記Ａ相の磁気抵抗効果素子及び前記Ｂ相の磁気抵抗効果素子は、夫々１個づつ設けられる請求項４記載の磁気センサ。
  6. 　前記Ａ相磁気抵抗効果素子及び前記Ｂ相磁気抵抗効果素子の夫々に接続される固定抵抗素子が、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子とともに前記同一面上に形成され、前記固定抵抗素子は前記Ａ相磁気抵抗効果素子と前記Ｂ相磁気抵抗効果素子間のスペース内に配置される請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気センサ。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気センサと、前記磁界発生部材とを備え、前記磁気センサ及び前記磁界発生部材の少なくとも一方が移動可能に支持されていることを特徴とする磁気エンコーダ。
  8. 　Ｎ極とＳ極とが相対移動方向に交互に着磁された磁界発生部材に対して間隔を空けて配置され、外部磁界に対して電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を備える磁気センサの製造方法において、
    　基板上に形成された集積回路上に絶縁層を形成する工程、
    　前記絶縁層上の全面に前記磁気抵抗効果素子と同じ層構成の積層膜を成膜する工程、
    　前記積層膜の不要部分をエッチングで除去してＡ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を形成し、このとき、Ｎ極と前記Ｓ極との中心間距離λを基準にして前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子のパターンが共に形成された共通のマスクを用いて、前記Ａ相磁気抵抗効果素子及びＢ相磁気抵抗効果素子を、位相差のある検出信号を得ることができるように相対移動方向に向けて所定の間隔を空けて同時に形成する工程、
    　を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017514125A (ja) * 2014-04-14 2017-06-01 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司Ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 直流ファン制御チップ 本発明は、制御チップに関し、特に、磁気抵抗センサを用いる直流ファン制御チップに関する。

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07209019A (ja) * 1994-01-25 1995-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気式エンコーダ
JPH08211138A (ja) * 1994-10-15 1996-08-20 Lust Antriebstechnik Gmbh センサチップ及びセンサを用いて電流を測定する装置
JPH10160512A (ja) * 1996-12-04 1998-06-19 Mitsutoyo Corp 磁気エンコーダ
JP2000035342A (ja) * 1998-05-13 2000-02-02 Mitsubishi Electric Corp 磁気検出素子および磁気検出装置
JP2003234520A (ja) * 2001-12-20 2003-08-22 Koninkl Philips Electronics Nv 磁気抵抗センサ
JP2005056950A (ja) * 2003-07-31 2005-03-03 Asahi Kasei Corp 磁気抵抗素子、および、磁気センサ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07209019A (ja) * 1994-01-25 1995-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気式エンコーダ
JPH08211138A (ja) * 1994-10-15 1996-08-20 Lust Antriebstechnik Gmbh センサチップ及びセンサを用いて電流を測定する装置
JPH10160512A (ja) * 1996-12-04 1998-06-19 Mitsutoyo Corp 磁気エンコーダ
JP2000035342A (ja) * 1998-05-13 2000-02-02 Mitsubishi Electric Corp 磁気検出素子および磁気検出装置
JP2003234520A (ja) * 2001-12-20 2003-08-22 Koninkl Philips Electronics Nv 磁気抵抗センサ
JP2005056950A (ja) * 2003-07-31 2005-03-03 Asahi Kasei Corp 磁気抵抗素子、および、磁気センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017514125A (ja) * 2014-04-14 2017-06-01 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司Ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． 直流ファン制御チップ 本発明は、制御チップに関し、特に、磁気抵抗センサを用いる直流ファン制御チップに関する。

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