WO2013190950A1 - 磁気センサ - Google Patents

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WO2013190950A1
WO2013190950A1 PCT/JP2013/064468 JP2013064468W WO2013190950A1 WO 2013190950 A1 WO2013190950 A1 WO 2013190950A1 JP 2013064468 W JP2013064468 W JP 2013064468W WO 2013190950 A1 WO2013190950 A1 WO 2013190950A1
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WO
WIPO (PCT)
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wiring pattern
magnetoresistive element
electrode pad
resistance value
magnetic sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/064468
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅彦 鷲平
植田　雅也
森　大輔
中田　智之
真寿 青葉
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor that detects a magnetic field using a magnetoresistive element.
  • the four magnetoresistive elements R11 to R14 constituting the magnetic sensor 41 are provided on the surface of the substrate 42 to form a bridge circuit 43.
  • the first to fourth magnetoresistive elements R11, R12, R13, and R14 are each formed in a meander shape by connecting long strip patterns and short strip patterns alternately and orthogonally.
  • the short strip pattern extends in the Y direction
  • the long strip pattern extends in the X direction.
  • the change in resistance value of the first and third magnetoresistive elements R11 and R13 is the largest for the magnetic field applied in the Y direction and the smallest for the magnetic field applied in the X direction.
  • the first and third magnetoresistive elements R11 and R13 have maximum sensitivity to the magnetic field applied in the Y direction.
  • the short strip pattern extends in the X direction
  • the long strip pattern extends in the Y direction.
  • the change in resistance value of the second and fourth magnetoresistive elements R12 and R14 is the largest for the magnetic field applied in the X direction and the smallest for the magnetic field applied in the Y direction. That is, the second and fourth magnetoresistive elements R12 and R14 have maximum sensitivity to the magnetic field applied in the X direction.
  • the first magnetoresistive element R11 and the second magnetoresistive element R12 are connected in series via the first connection end P11 and the wiring pattern WP1 to form a first series circuit (half-bridge circuit) 44.
  • the third magnetoresistive element R13 and the fourth magnetoresistive element R14 are connected in series via the third connection end P13 and the wiring pattern WP3 to form a second series circuit (half-bridge circuit) 45.
  • the second magnetoresistive element R12 side of the first series circuit 44 and the third magnetoresistive element R13 side of the second series circuit 45 are connected in common via the second connection end P12 and the wiring pattern WP2.
  • the first magnetoresistive element R11 side of the first series circuit 44 and the fourth magnetoresistive element R14 side of the second series circuit 45 are connected via the fourth connection end P14 and the wiring pattern WP4. Commonly connected to form a full bridge circuit.
  • the power supply voltage Vcc is applied to the second connection end P12, and the fourth connection end P14 is connected to the ground GND, and the first connection end P11 and the third connection end P13 are used according to the magnetic field strength.
  • the output voltages Vm and Vp are taken out.
  • the output voltages Vm and Vp are differentially amplified via a differential amplifier (not shown).
  • the resistance values of the first and third magnetoresistive elements R11 and R13 decrease.
  • the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements R12 and R14 hardly change.
  • the output voltage Vm decreases and the output voltage Vp increases. That is, the output voltages Vm and Vp change in opposite phases.
  • the resistance values of the first to fourth magnetoresistive elements R11 to R14 are set so that the output voltage Vm is larger than the output voltage Vp when no magnetic field in the Y direction is applied to the magnetic sensor 41.
  • the detection signal of the magnetic sensor 41 can detect the magnetic field in the Y direction with the magnetic field strength ⁇ Ba [mT] at which the output voltages Vm and Vp are reversed as the operating point (threshold) of the magnetic sensor. it can. Note that the magnetic field can be detected in the same manner when the magnetic field strength in the magnetic field direction other than the Y direction is changed.
  • the magnetic sensor described above even if the resistance values of the first to fourth magnetoresistive elements R11 to R14 are accurately made according to the design values, the measured curves of the output voltages Vm and Vp are determined from the design target curve. There was a case to shift. For this reason, the magnetic field intensity at which the output voltages Vm and Vp are reversed varies for each magnetic sensor, resulting in a problem that the detection sensitivity of the magnetic sensor 41 is not constant.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor that suppresses variations in operating points of the magnetic sensor.
  • the present invention provides a first magnetoresistive element whose resistance value changes to the maximum with respect to an applied magnetic field in a first direction, and a second direction different from the first direction.
  • a second magnetoresistive element whose resistance value changes to the maximum with respect to the applied magnetic field; an electrode pad; a first wiring pattern that electrically connects the electrode pad and the first magnetoresistive element; A second wiring pattern that is formed separately from the first wiring pattern and electrically connects the electrode pad and the second magnetoresistive element, and includes the first magnetoresistive element and the second magnetic pattern.
  • a magnetic sensor having at least one series circuit in which a resistance element is connected in series, wherein a resistance value of the first wiring pattern is added to a resistance value of the first magnetoresistance element, and the second magnetic The resistance of the second wiring pattern is added to the resistance value of the resistance element.
  • the electrode pad and the first magnetoresistive element are electrically connected via the first wiring pattern. Further, the electrode pad and the second magnetoresistive element are electrically connected through a second wiring pattern formed separately from the first wiring pattern. For this reason, since the first magnetoresistive element and the first wiring pattern are connected in series, the resistance value of the first wiring pattern is added to the resistance value of the first magnetoresistive element. Further, since the second magnetoresistive element and the second wiring pattern are connected in series, the resistance value of the second wiring pattern is added to the resistance value of the second magnetoresistive element.
  • the ratio of the resistance value of the first wiring pattern to the total resistance value of the path of the first magnetoresistive element to the first wiring pattern to the electrode pad is constant, and the electrode pad to the second wiring pattern
  • the ratio that the resistance value of the second wiring pattern contributes to the total resistance value of the path of the second magnetoresistive element is constant. Accordingly, the variation range of the output voltage at the operating point (threshold value) of the magnetic sensor can be suppressed, so that the variation in the detected magnetic field of the magnetic sensor can be suppressed.
  • the present invention provides first and third magnetoresistive elements whose resistance values change to the maximum with respect to an applied magnetic field in a first direction, and a resistance against an applied magnetic field in a second direction different from the first direction.
  • Second and fourth magnetoresistive elements whose values change to the maximum, first to fourth electrode pads, and first electrodes that electrically connect the first electrode pads and one end of the first magnetoresistive elements.
  • a first wiring pattern, a second wiring pattern formed separately from the first wiring pattern, and electrically connecting the first electrode pad and one end of the second magnetoresistive element;
  • the third wiring pattern is formed separately from the third wiring pattern.
  • the resistance values of the first wiring pattern and the eighth wiring pattern are added, and the resistance values of the second wiring pattern and the third wiring pattern are added to the resistance values of the second magnetoresistive element.
  • the respective resistance values of the fourth wiring pattern and the fifth wiring pattern are added to the resistance value of the third magnetoresistive element, and the resistance value of the fourth magnetoresistive element is added to the sixth magnetoresistive element.
  • Each resistance value of the wiring pattern and the seventh wiring pattern is added.
  • each electrode pad and two end portions of the two magnetoresistive elements arranged adjacent to each other are electrically connected via a wiring pattern formed separately without having a common portion. Connected. For this reason, the first magnetoresistive element, the first wiring pattern, and the eighth wiring pattern are connected in series.
  • the second magnetoresistive element, the second wiring pattern, and the third wiring pattern are connected in series.
  • the third magnetoresistive element, the fourth wiring pattern, and the fifth wiring pattern are connected in series.
  • the fourth magnetoresistance element, the sixth wiring pattern, and the seventh wiring pattern are connected in series. That is, the resistance values of the first wiring pattern and the eighth wiring pattern are added to the resistance value of the first magnetoresistive element.
  • the resistance values of the second wiring pattern and the third wiring pattern are added to the resistance value of the second magnetoresistive element. Further, the resistance values of the fourth wiring pattern and the fifth wiring pattern are added to the resistance value of the third magnetoresistive element. Further, the resistance values of the sixth wiring pattern and the seventh wiring pattern are added to the resistance value of the fourth magnetoresistive element.
  • the total resistance value of the two paths from the electrode pad to which the power supply voltage is applied to each electrode pad from which the output voltage is extracted, and the two resistance pads from each electrode pad from which the output voltage is extracted to the electrode pad connected to the ground The contribution ratio of the resistance value of the wiring pattern to the total resistance value of the path is constant.
  • the voltage variation range of the output voltage can be suppressed, so that variations in the magnetic field detected by the magnetic sensor can be suppressed.
  • the first and second wiring patterns formed separately are formed in substantially the same shape.
  • the first and second wiring patterns formed separately are patterned in substantially the same shape. At this time, since the etching errors of the first and second wiring patterns occur in the same manner, the variation in resistance value between the two becomes extremely small. For this reason, the ratio that the resistance value of the wiring pattern contributes to the total resistance value is constant. Along with this, the voltage variation range of the output voltage can be further suppressed, so that the variation in the detected magnetic field of the magnetic sensor can be further suppressed.
  • the first and second wiring patterns formed separately are formed in substantially the same shape, and the third and fourth wiring patterns formed separately are formed in substantially the same shape.
  • the fifth and sixth wiring patterns formed separately are formed in substantially the same shape, and the seventh and eighth wiring patterns formed separately are formed in substantially the same shape. Yes.
  • two wiring patterns formed separately are patterned into substantially the same shape. At this time, etching errors of the two wiring patterns occur in the same manner, so that the variation in resistance value between them becomes extremely small. For this reason, the ratio that the resistance value of the wiring pattern contributes to the total resistance value is constant. Along with this, the voltage variation range of the output voltage can be further suppressed, so that the variation in the detected magnetic field of the magnetic sensor can be further suppressed.
  • FIG. 1 shows a magnetic sensor 1 according to the first embodiment.
  • the magnetic sensor 1 includes a substrate 2, a first magnetoresistive element R1, and a second magnetoresistive element R2.
  • the substrate 2 extends along, for example, the X and Y directions orthogonal to each other, and the first and second magnetoresistive elements R1 and R2 are formed on the surface thereof.
  • Each of the first and second magnetoresistive elements R1 and R2 is formed in a meander shape by connecting long strip patterns and short strip patterns alternately and orthogonally.
  • the extending direction of the long strip pattern in the first magnetoresistive element R1 extends along the X direction, and the resistance value becomes the smallest when a detection magnetic field in the Y direction that is the first direction is given.
  • the extending direction of the long strip pattern in the second magnetoresistive element R2 extends along the Y direction, and the resistance value becomes the smallest when a detection magnetic field in the X direction which is the second direction is given.
  • the first and second magnetoresistive elements R 1 and R 2 are formed in a predetermined shape using a micro processing technique such as a photolithography technique after a permalloy (NiFe), which is a magnetoresistive material, is formed on the substrate 2, for example. Is patterned.
  • a micro processing technique such as a photolithography technique after a permalloy (NiFe), which is a magnetoresistive material, is formed on the substrate 2, for example. Is patterned.
  • the one end side of the first magnetoresistive element R1 is electrically connected to the electrode pad 4 for taking out the output voltage Vout through the first wiring pattern 3A.
  • One end side of the second magnetoresistive element R2 is electrically connected to the electrode pad 4 via a second wiring pattern 3B formed separately in the vicinity of the first wiring pattern 3A.
  • the other end of the first magnetoresistive element R 1 is electrically connected to the electrode pad 6 connected to the ground via the third wiring pattern 5.
  • the other end of the second magnetoresistive element R2 is electrically connected to an electrode pad 8 for applying a power supply voltage Vcc via a fourth wiring pattern 7.
  • the electrode pads 4, 6, 8 and the wiring patterns 3 A, 3 B, 5, 7 are formed by depositing a conductive metal material such as aluminum on the substrate 2 by vacuum evaporation, sputtering, CVD, etc., and then photolithography. Patterning is performed in a predetermined shape using a fine processing technique such as a technique.
  • the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B are formed to have substantially the same dimensions, for example, the film thickness, the line width, and the line length, and are arranged adjacent to each other. Errors occur in the same way. For this reason, the difference in resistance value between the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B is extremely small.
  • the first and second magnetoresistive elements R1, R2 are connected in series via the first wiring pattern 3A, the second wiring pattern 3B, and the electrode pad 4 to form a series circuit (half-bridge circuit) 9. . Therefore, when the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad 6 and the electrode pad 8, the electrode pad 4 to the wiring pattern 5 to the first magnetoresistive element R1 to the first wiring pattern 3A to the electrode are applied from the electrode pad 4.
  • the first total resistance value corresponding to the path of the pad 4 and the second total resistance corresponding to the path of the electrode pad 8 to the wiring pattern 7 to the second magnetoresistive element R2 to the second wiring pattern 3B to the electrode pad 4 The output voltage Vout obtained by dividing the power supply voltage Vcc is taken out according to the resistance value.
  • the wiring pattern is not formed separately into the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B, but one common wiring pattern is used. A description will be given while comparing with a magnetic sensor 11 of a comparative example patterned substantially the same as the magnetic sensor 1.
  • the form of the magnetic sensor 11 of the comparative example will be described with reference to FIG.
  • symbol is attached
  • the one end side of the first magnetoresistive element R1 in the magnetic sensor 11 is electrically connected to the tip of the first branch wiring pattern 12B in which one end side of the main body wiring pattern 12A is branched into two. Further, one end side of the second magnetoresistive element R2 in the magnetic sensor 11 is electrically connected to the tip end of the second branch wiring pattern 12C in which one end side of the main body wiring pattern 12A is branched into two. The other end side of the main body wiring pattern 12 ⁇ / b> A is electrically connected to the electrode pad 4.
  • the electrode pad 4 to the electrode pattern 6 to the wiring pattern 5 to the first magnetoresistive element R1 to the first branch wiring pattern are applied.
  • electrode pad 8 to wiring pattern 7 to second magnetoresistive element R2 to second branch wiring pattern 12C to body wiring pattern 12A to The output voltage Vout obtained by dividing the power supply voltage Vcc is taken out by the fourth total resistance value in the path of the electrode pad 4.
  • the first and second magnetoresistive elements R1 and R2 are made of permalloy, and the resistance value thereof is 1.5 k ⁇ .
  • the wiring patterns 5 and 7 each have a line width of 15 ⁇ m, the line length of 100 ⁇ m, and the electrode pads 4, 6 and 8 all have a square of 60 ⁇ m.
  • the first and second wiring patterns 3A and 3B in the magnetic sensor 1 of the present invention both have a line width of 15 ⁇ m and a line length of 400 ⁇ m.
  • the main body wiring pattern 12A has a line width of 15 ⁇ m and the line length of 300 ⁇ m, and the first branch wiring pattern 12B and the second branch wiring pattern 12C both have a line width of 15 ⁇ m, The line length was 100 ⁇ m.
  • the wiring patterns 3A, 3B, 5, 7, 12A to 12C and the electrode pads 4, 6, 8 in the magnetic sensor 1 of the present invention and the magnetic sensor 11 of the comparative example were all made of vapor deposited aluminum.
  • a magnetic field ⁇ in the Y direction in the + (plus) direction is applied to the magnetic sensor 1 of the present invention and the magnetic sensor 11 of the comparative example.
  • the resistance value of the first magnetoresistive element R1 decreases in both the magnetic sensor 1 of the present invention and the magnetic sensor 11 of the comparative example, but the resistance of the second magnetoresistive element R2 decreases.
  • the resistance value hardly changes.
  • the output voltage Vout taken out from the electrode pad 4 decreases as the intensity of the magnetic field ⁇ in the Y direction in the + direction increases as indicated by the design target curve C0 indicated by the solid line.
  • the output characteristics are the same as those in the magnetic field ⁇ in the Y direction in the + direction.
  • the output voltage Vout obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the first total resistance value and the second total resistance value is taken out from the electrode pad 4 in the magnetic sensor 1 of the present invention. From the electrode pad 4 of the magnetic sensor 11 of the comparative example, an output voltage Vout obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the third total resistance value and the fourth total resistance value is extracted.
  • any of the first to fourth total resistance values may deviate from the design target resistance value due to an etching error when patterning using a microfabrication technique such as a photolithography technique.
  • the output voltage Vout becomes a voltage V1 [V] higher than the design target value voltage Vd [V] (V1> Vd), the voltage V2 [V] may be smaller than the design target value Vd [V] (V2 ⁇ Vd). That is, the output voltage Vout may vary vertically.
  • the actual measurement curve obtained when the magnetic sensor 1 of the present invention and the magnetic sensor 11 of the comparative example are applied so that the intensity of the magnetic field ⁇ in the Y direction is increased is upward from the target curve C0. Or it will shift downward. Note that an actual measurement curve C1 indicated by a broken line indicates a curve shifted to the maximum in the upward direction, and an actual measurement curve C2 indicates a curve shifted to the maximum in the downward direction.
  • the output voltage Vout is higher than the voltage V0 [V] even when the magnetic field ⁇ in the Y direction with an intensity ⁇ ⁇ 0 [mT] is applied. Since the voltage Va [V] is large (Va> V0), the magnetic field ⁇ in the Y direction is not detected. When the strength of the magnetic field ⁇ in the Y direction is varied and reaches the strength ⁇ ⁇ 1 [mT] (
  • the output voltage Vout when the intensity ⁇ ⁇ 0 [mT] is applied as the magnetic field ⁇ in the Y direction is higher than the voltage V0 [V]. It is a small voltage Vb [V] (Vb ⁇ V0).
  • the output voltage Vout becomes the voltage V0 [V] when the strength of the magnetic field ⁇ in the Y direction ⁇ ⁇ 2 [mT] (
  • the magnetic field detected by the magnetic sensor is (
  • the voltage variation width of the output voltage Vout when the magnetic field ⁇ in the Y direction is not applied was 3.7 mV.
  • the voltage variation width of the output voltage Vout when the magnetic field ⁇ in the Y direction is not applied was 1.9 mV. Therefore, the magnetic field in the Y direction in the magnetic sensor 1 of the present invention is obtained by separating the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B from each other without using one common wiring pattern.
  • the voltage variation width of the output voltage Vout when ⁇ was not applied could be reduced to almost half that of the magnetic sensor 11 of the comparative example.
  • the above-described shapes of the wiring patterns 3A, 3B, etc. are merely examples. For example, even if the line width or line length is changed, the voltage variation width can be reduced to almost half. Even when the power supply voltage Vcc was changed and measured, the voltage variation width could be reduced to almost half.
  • the resistance value of a magnetoresistive element used for a magnetic sensor is as large as several k ⁇ , for example.
  • the resistance value of the wiring pattern that electrically connects the magnetoresistive element and the electrode pad for taking out the output voltage has a short line length and is formed using a metal thin film. .
  • the wiring pattern for electrically connecting the end portions of the first and second magnetoresistive elements R11 and R12 and the electrode pad 4 is one common wiring because of ease of design and manufacture. It was formed in a pattern. In such a technical background, the inventor has earnestly expressed the superiority of separately forming the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B through experiments.
  • the magnetic sensor 1 of the present invention since the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B are separated and formed without using one common wiring pattern, the contact position of the probe and Even if the bonding position of the bonding wire and the etching variation of the pattern line width occur, the current path flowing through the first wiring pattern 3A and the second wiring pattern 3B is substantially constant. For this reason, the ratio of the resistance value of the first wiring pattern 3A contributing to the first total resistance value is substantially constant, and the ratio of the resistance value of the second wiring pattern 3B contributing to the second total resistance value. Is almost constant.
  • the output voltage Vout which is a value obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the first total resistance value and the second total resistance value, is reduced.
  • the voltage variation width is reduced.
  • the magnetic sensor 1 is configured to include the first magnetoresistive element R1 and the second magnetoresistive element R2.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of series circuits are provided in which each one end side of the two magnetoresistive elements is connected to an electrode pad for taking out a voltage through each wiring pattern formed separately, It is good also as a structure which connects each other end side of each magnetoresistive element which comprises each series circuit in common via an electrode pad.
  • the other end side of each magnetoresistive element constituting each series circuit and the electrode pad may be electrically connected via a wiring pattern formed separately, or one common It may be electrically connected via the formed wiring pattern.
  • one common wiring is compared with the case of being electrically connected through a separate wiring pattern. Since the resistance value of the pattern varies, the voltage variation width of the output voltage Vout increases accordingly.
  • FIG. 4 shows a magnetic sensor 21 according to the second embodiment.
  • a feature of the magnetic sensor 21 is that a full bridge circuit is configured using four magnetoresistive elements, and an electrode pad and a magnetoresistive element are electrically connected using a separately formed wiring pattern. is there.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the magnetic sensor 21 includes a substrate 22 and four magnetoresistive elements R1 to R4.
  • the substrate 22 extends, for example, along the X direction and the Y direction orthogonal to each other, and the magnetoresistive elements R1 to R4 are formed on the surface thereof.
  • the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4 are formed in a meander shape by alternately connecting long strip-shaped patterns and short strip-shaped patterns.
  • the extension direction of the long strip pattern in the first and third magnetoresistive elements R1 and R3 extends along the X direction, and the resistance value becomes the smallest when a detection magnetic field in the Y direction which is the first direction is given.
  • the extension direction of the long strip pattern in the second and fourth magnetoresistive elements R2 and R4 extends along the Y direction, and the resistance value is the smallest when a detection magnetic field in the X direction which is the second direction is given. Become.
  • the magnetoresistive elements R1 to R4 are patterned into a predetermined shape using a fine processing technique such as a photolithography technique after a permalloy or the like, which is a magnetoresistive material, is formed on the substrate 22, for example.
  • the one end side of the first magnetoresistive element R1 is electrically connected to the first electrode pad 24 for taking out the output voltage V10 via the first wiring pattern 23A.
  • One end side of the second magnetoresistive element R2 is electrically connected to the first electrode pad 24 via a second wiring pattern 23B formed separately in the vicinity of the first wiring pattern 23A.
  • the other end side of the second magnetoresistive element R2 is electrically connected to the second electrode pad 26 for applying the power supply voltage Vcc through the third wiring pattern 25A.
  • One end side of the third magnetoresistive element R3 is electrically connected to the second electrode pad 26 via a fourth wiring pattern 25B formed separately in the vicinity of the third wiring pattern 25A. .
  • the other end of the third magnetoresistive element R3 is electrically connected to the third electrode pad 28 for taking out the output voltage V20 via the fifth wiring pattern 27A.
  • One end side of the fourth magnetoresistive element R4 is electrically connected to the third electrode pad 28 via a sixth wiring pattern 27B formed separately in the vicinity of the fifth wiring pattern 27A.
  • the other end side of the fourth magnetoresistive element R4 is electrically connected to the fourth electrode pad 30 connected to the ground via the seventh wiring pattern 29A.
  • the other end side of the first magnetoresistive element R1 is electrically connected to the fourth electrode pad 30 via an eighth wiring pattern 29B formed separately in the vicinity of the seventh wiring pattern 29A.
  • the electrode pads 24, 26, 28, and 30 and the first to eighth wiring patterns 23A, 23B, 25A, 25B, 27A, 27B, 29A, and 29B are made of, for example, vacuum deposition or sputtering of a conductive metal material such as aluminum. Then, after film formation on the substrate 22 by CVD or the like, it is patterned into a predetermined shape using a fine processing technique such as a photolithography technique.
  • the first to eighth wiring patterns 23A, 23B, 25A, 25B, 27A, 27B, 29A, and 29B are formed to have substantially the same dimensions, for example, the film thickness, the line width, and the line length, and are arranged adjacent to each other. Therefore, patterning errors due to microfabrication techniques are generated in the same way. For this reason, the difference in resistance value between the first to eighth wiring patterns 23A, 23B, 25A, 25B, 27A, 27B, 29A, and 29B is extremely small.
  • the first and second magnetoresistive elements R1, R2 are connected in series via the first, second, third and eighth wiring patterns 23A, 23B, 25A, 29B and the electrode pads 24, 26, 30.
  • a first series circuit (half-bridge circuit) 31 is formed.
  • the third and fourth magnetoresistive elements R3, R4 are connected in series via the fourth to seventh wiring patterns 25B, 27A, 27B, 29A and the electrode pads 26, 28, 30 to form a second series.
  • a circuit (half-bridge circuit) 32 is formed.
  • the first series circuit (half-bridge circuit) 31 and the second series circuit (half-bridge circuit) 32 are connected in parallel via the electrode pad 30 and the electrode pad 26 to form a full bridge circuit 33.
  • a third total resistance value corresponding to the path from the electrode pad 26 to the fourth wiring pattern 25B to the third magnetoresistive element R3 to the fifth wiring pattern 27A to the electrode pad 28 is set.
  • the power supply voltage Vcc is divided by the fourth total resistance value corresponding to the path from the electrode pad 28 to the sixth wiring pattern 27B to the fourth magnetoresistive element R4 to the seventh wiring pattern 29A to the electrode pad 30.
  • the output voltage V20 is taken out.
  • a magnetic field ⁇ in the Y direction in the + (plus) direction is applied to the magnetic sensor 21.
  • the resistance values of the first and third magnetoresistive elements R1, R3 decrease, but the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements R2, R4 almost change. do not do. Therefore, as the strength of the magnetic field ⁇ in the Y direction in the + direction increases, the output voltage V10 extracted from the first electrode pad 24 decreases and the output voltage V20 of the third electrode pad 28 increases.
  • the output characteristics are the same as those in the magnetic field ⁇ in the Y direction in the + direction.
  • the output voltage V10 is set to be larger than the output voltage V20 from the third electrode pad 28. Therefore, when the intensity of the magnetic field ⁇ in the Y direction is around 0 [mT], the output voltage V10 of the first electrode pad 24 is higher than the output voltage V20 of the third electrode pad 28.
  • the magnetic sensor 21 detects the magnetic field ⁇ in the Y direction using the magnetic field strength ⁇ ⁇ 0 [mT] as the operating point of the magnetic sensor.
  • the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4 and the electrode pads 24, 26, 28, 30 constituting the magnetic sensor 21 are separated from each other to form first to eighth wiring patterns 23A, 23B, 25A. , 25B, 27A, 27B, 29A, and 29B.
  • the ratio of the resistance values 29A and 29B is substantially constant.
  • the line width of each wiring pattern is preferably as wide as possible, and the line length is preferably as short as possible.
  • each wiring pattern is patterned substantially the same. However, if the resistance value of each wiring pattern can be clearly estimated and the ratio of contribution to the total resistance value corresponding to each path can be estimated. For example, they may have different shapes.
  • the case where the magnetic field ⁇ in the Y direction is detected has been described as an example, but the magnetic field in the X direction may be detected.
  • the case where the X direction where the resistance value of the magnetoresistive element changes to the maximum and the Y direction are orthogonal to each other is illustrated, it is not always necessary to be orthogonal, and two different directions are sufficient.
  • the meandering element is exemplified as each magnetoresistive element.
  • the present invention is not limited to this, and the magnetoresistive element may be configured by a single linear pattern, for example.

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Abstract

　磁気センサ（１）は、第１，第２の磁気抵抗素子（Ｒ1），（Ｒ2）を直列接続した直列回路（９）によって構成される。直列回路（９）には電源電圧（Ｖcc）が印加される。第１の磁気抵抗素子（Ｒ1）と第２の磁気抵抗素子（Ｒ2）とは、出力電圧（Ｖout）を取り出すための電極パッド（４）を介して直列接続される。電極パッド（４）と第１の磁気抵抗素子（Ｒ1）との間は、第１の配線パターン（３Ａ）によって電気的に接続される。また、電極パッド（４）と第２の磁気抵抗素子（Ｒ2）との間は、第２の配線パターン（３Ｂ）によって電気的に接続される。第１の配線パターン（３Ａ）と第２の配線パターン（３Ｂ）は、互いに分離して形成される。

Description

磁気センサ
　本発明は、磁気抵抗素子を用いて磁界を検出する磁気センサに関する。
　一般に、４個の磁気抵抗素子をホイートストンブリッジ接続してなる磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。そこで、このような従来技術による磁気センサについて、図６を用いて説明する。
　磁気センサ４１を構成する４個の磁気抵抗素子Ｒ11～Ｒ14は、基板４２の表面に設けられ、ブリッジ回路４３を形成する。第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14は、長い短冊状パターンと、短い短冊状パターンとを交互に直交させて接続することで、それぞれミアンダ状に形成される。第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ13における、短い短冊状パターンはＹ方向に伸長し、長い短冊状パターンはＸ方向に伸長する。このため、第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ13の抵抗値の変化は、Ｙ方向に印加される磁界に対して最も大きく、Ｘ方向に印加される磁界に対して最も小さい。すなわち、第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ13は、Ｙ方向に印加される磁界に対して最大感度を有する。第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ12，Ｒ14における、短い短冊状パターンはＸ方向に伸長し、長い短冊状パターンはＹ方向に伸長する。このため、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ12，Ｒ14の抵抗値の変化は、Ｘ方向に印加される磁界に対して最も大きく、Ｙ方向に印加される磁界に対して最も小さい。すなわち、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ12，Ｒ14は、Ｘ方向に印加される磁界に対して最大感度を有する。
　第１の磁気抵抗素子Ｒ11と第２の磁気抵抗素子Ｒ12とは、第１の接続端Ｐ11および配線パターンＷＰ1を介して直列接続されて第１の直列回路（ハーフブリッジ回路）４４をなす。また、第３の磁気抵抗素子Ｒ13と第４の磁気抵抗素子Ｒ14とは、第３の接続端Ｐ13および配線パターンＷＰ3を介して直列接続されて第２の直列回路（ハーフブリッジ回路）４５をなす。さらに、第１の直列回路４４の第２の磁気抵抗素子Ｒ12側と第２の直列回路４５の第３の磁気抵抗素子Ｒ13側とが第２の接続端Ｐ12および配線パターンＷＰ2を介して共通接続されると共に、第１の直列回路４４の第１の磁気抵抗素子Ｒ11側と第２の直列回路４５の第４の磁気抵抗素子Ｒ14側とが第４の接続端Ｐ14および配線パターンＷＰ4を介して共通接続され、フルブリッジ回路を形成する。第２の接続端Ｐ12には電源電圧Ｖccが印加されると共に、第４の接続端Ｐ14はグランドＧＮＤに接続され、第１の接続端Ｐ11および第３の接続端Ｐ13を介して磁界強度に応じた出力電圧Ｖm，Ｖpが取り出される。なお、出力電圧Ｖm，Ｖpは、差動増幅器（図示せず）を介して差動増幅される。
　次に、図７を用いて、磁気センサ４１に印加される、例えばＹ方向の磁界の磁界強度を変えたときの、磁気センサ４１の出力電圧Ｖm，Ｖpについて説明する。
　Ｙ方向の磁界強度を徐々に大きく可変して磁気センサ４１に印加していくと、第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ13の抵抗値は減少する。一方、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ12，Ｒ14にはＸ方向の成分が印加されないので、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ12，Ｒ14の抵抗値は殆ど変化しない。この結果、出力電圧Ｖmは減少し、出力電圧Ｖpは増加する。すなわち、出力電圧Ｖm，Ｖpは反相で変化する。なお、第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ11～Ｒ14の抵抗値は、磁気センサ４１にＹ方向の磁界を印加しない場合に、出力電圧Ｖmが出力電圧Ｖpよりも大きくなるように設定される。
　従って、例えばＹ方向の磁界の磁界強度を徐々に増加させていくと、±Ｂa［ｍＴ］で出力電圧Ｖm，Ｖpはクロスする。このため、磁気センサ４１の検出信号は、出力電圧Ｖm，Ｖpとが逆転する磁界強度±Ｂa［ｍＴ］を磁気センサの動作点（閾値）として、磁気センサはＹ方向の磁界を検出することができる。なお、Ｙ方向以外の他の磁界方向の磁界強度を変えたときも、同様に磁界を検出することができる。
特開平７－２９７４６３号公報
　ところで、上述した磁気センサにおいて、第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ11～Ｒ14の抵抗値を設計値に合わせて精度良く作り込んだとしても、出力電圧Ｖm，Ｖpの実測曲線が設計目標曲線からシフトする場合があった。このため、出力電圧Ｖm，Ｖpとが逆転する磁界強度が磁気センサ毎にばらつき、結果的に、磁気センサ４１の検出感度が一定しないという問題があった。
　本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、磁気センサの動作点のばらつきを抑制した磁気センサを提供することにある。
　（１）．上記課題を解決するために、本発明は、第１の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第１の磁気抵抗素子と、前記第１の方向とは異なる第２の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第２の磁気抵抗素子と、電極パッドと、該電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子を電気的に接続する第１の配線パターンと、該第１の配線パターンと分離して形成され、前記電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子を電気的に接続する第２の配線パターンとを備え、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とが直列接続された直列回路を少なくとも一つ有する磁気センサであって、前記第１の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第１の配線パターンの抵抗値が加算され、前記第２の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第２の配線パターンの抵抗値が加算されることを特徴としている。
　本発明では、第１の配線パターンを介して、電極パッドと第１の磁気抵抗素子とが電気的に接続される。また、第１の配線パターンと分離して形成された第２の配線パターンを介して、電極パッドと第２の磁気抵抗素子とが電気的に接続される。このため、第１の磁気抵抗素子と第１の配線パターンとが直列接続されるので、第１の磁気抵抗素子の抵抗値に第１の配線パターンの抵抗値が加算される。また、第２の磁気抵抗素子と第２の配線パターンとが直列接続されるので、第２の磁気抵抗素子の抵抗値に第２の配線パターンの抵抗値が加算される。この結果、第１の磁気抵抗素子～第１の配線パターン～電極パッドの経路のトータル抵抗値に対する第１の配線パターンの抵抗値が寄与する割合が一定すると共に、電極パッド～第２の配線パターン～第２の磁気抵抗素子の経路のトータル抵抗値に対する第２の配線パターンの抵抗値が寄与する割合が一定する。これに伴い、磁気センサの動作点（閾値）における出力電圧のばらつき範囲を抑制することができるので、磁気センサの検出磁界のばらつきを抑制することができる。
　（２）．本発明は、第１の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第１および第３の磁気抵抗素子と、前記第１の方向と異なる第２の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第２および第４の磁気抵抗素子と、第１ないし第４の電極パッドと、該第１の電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第１の配線パターンと、該第１の配線パターンと分離して形成され、前記第１の電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第２の配線パターンと、前記第２の電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第３の配線パターンと、該第３の配線パターンと分離して形成され、前記第２の電極パッドと前記第３の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第４の配線パターンと、前記第３の電極パッドと前記第３の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第５の配線パターンと、該第５の配線パターンと分離して形成され、前記第３の電極パッドと前記第４の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第６の配線パターンと、前記第４の電極パッドと前記第４の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第７の配線パターンと、該第７の配線パターンと分離して形成され、前記第４の電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第８の配線パターンとを備え、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とが直列接続された第１の直列回路と、前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とが直列接続された第２の直列回路とを有する磁気センサであって、前記第１の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第１の配線パターンおよび前記第８の配線パターンの各抵抗値が加算され、前記第２の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第２の配線パターンおよび前記第３の配線パターンの各抵抗値が加算され、前記第３の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第４の配線パターンおよび前記第５の配線パターンの各抵抗値が加算され、前記第４の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第６の配線パターンおよび前記第７の配線パターンの各抵抗値が加算されることを特徴としている。
　本発明では、各電極パッドと、隣接して配置形成された２個の磁気抵抗素子との端部とは、共通部分を有することなく、分離して形成された配線パターンを介して電気的に接続される。このため、第１の磁気抵抗素子と、第１の配線パターンと、第８の配線パターンとが直列接続される。また、第２の磁気抵抗素子と、第２の配線パターンと、第３の配線パターンとが直列接続される。また、第３の磁気抵抗素子と、第４の配線パターンと、第５の配線パターンとが直列接続される。また、第４の磁気抵抗素子と、第６の配線パターンと、第７の配線パターンとが直列接続される。すなわち、第１の磁気抵抗素子の抵抗値に、第１の配線パターンおよび第８の配線パターンの抵抗値が加算される。また、第２の磁気抵抗素子の抵抗値に、第２の配線パターンおよび第３の配線パターンの抵抗値が加算される。また、第３の磁気抵抗素子の抵抗値に、第４の配線パターンおよび第５の配線パターンの抵抗値が加算される。また、第４の磁気抵抗素子の抵抗値に、第６の配線パターンおよび第７の配線パターンの抵抗値が加算される。
　従って、電源電圧が印加される電極パッド～出力電圧が取り出される各電極パッドに至る２つの経路のトータル抵抗値と、出力電圧が取り出される各電極パッド～グランドに接続される電極パッドに至る２つの経路のトータル抵抗値に対する配線パターンの抵抗値が寄与する割合が一定する。これに伴い、出力電圧の電圧ばらつき範囲を抑制することができるので、磁気センサの検出磁界のばらつきを抑制することができる。
　（３）．本発明では、分離して形成された前記第１および第２の配線パターンは、略同じ形状に形成されている。
　本発明では、分離して形成された第１および第２の配線パターンを略同じ形状にパターニングした。このとき、第１および第２の配線パターンのエッチング誤差は同様に発生するため、両者の間の抵抗値のばらつきがきわめて小さくなる。このため、トータル抵抗値に対する配線パターンの抵抗値が寄与する割合が一定する。これに伴い、出力電圧の電圧ばらつき範囲を、さらに抑制することができるので、磁気センサの検出磁界のばらつきを一層抑制することができる。
　（４）．本発明では、分離して形成された前記第１および第２の配線パターンは、略同じ形状に形成し、分離して形成された前記第３および第４の配線パターンは、略同じ形状に形成し、分離して形成された前記第５および第６の配線パターンは、略同じ形状に形成し、分離して形成された前記第７および第８の配線パターンは、略同じ形状に形成している。
　本発明では、分離して形成された２つの配線パターンを略同じ形状にパターニングした。このとき、２つの配線パターンのエッチング誤差は同様に発生するため、両者の間の抵抗値のばらつきがきわめて小さくなる。このため、トータル抵抗値に対する配線パターンの抵抗値が寄与する割合が一定する。これに伴い、出力電圧の電圧ばらつき範囲を、さらに抑制することができるので、磁気センサの検出磁界のばらつきを一層抑制することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る、ハーフブリッジ型の磁気センサを示す図である。 ハーフブリッジ型の比較例である磁気センサを示す図である。 ハーフブリッジ型の磁気センサに係る、Ｙ方向の磁界の強度と出力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る、フルブリッジ型の磁気センサを示す図である。 フルブリッジ型の磁気センサに係る、Ｙ方向の磁界の強度と出力電圧との関係を示す特性図である。 従来の磁気センサを示す図である。 従来の磁気センサに係る、Ｙ方向の磁界の強度と出力電圧との関係を示す特性図である。
　以下、本発明の実施の形態による磁気センサについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
　図１に、第１の実施の形態による磁気センサ１を示す。磁気センサ１は、基板２と、第１の磁気抵抗素子Ｒ1と、第２の磁気抵抗素子Ｒ2とを備える。基板２は、例えば互いに直交したＸ方向およびＹ方向に沿って広がり、その表面に第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2が形成される。
　第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2のそれぞれは、長い短冊状パターンと、短い短冊状パターンとを交互に直交させて接続することで、ミアンダ状に形成される。第１の磁気抵抗素子Ｒ1における長い短冊状パターンの伸長方向はＸ方向に沿って延び、第１の方向となるＹ方向の検知磁界が与えられると抵抗値は最も小さくなる。一方、第２の磁気抵抗素子Ｒ2における長い短冊状パターンの伸長方向はＹ方向に沿って延び、第２の方向となるＸ方向の検知磁界が与えられると抵抗値は最も小さくなる。なお、第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2は、例えば、磁気抵抗材料であるパーマロイ（NiFe）等を基板２に成膜した後、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を用いて所定形状にパターニングされる。
　第１の磁気抵抗素子Ｒ1の一端側は、第１の配線パターン３Ａを介して、出力電圧Ｖoutを取り出すための電極パッド４と電気的に接続される。第２の磁気抵抗素子Ｒ2の一端側は、第１の配線パターン３Ａの近傍に分離して形成された第２の配線パターン３Ｂを介して、電極パッド４と電気的に接続される。また、第１の磁気抵抗素子Ｒ1の他端側は、第３の配線パターン５を介して、グランドに接続される電極パッド６と電気的に接続される。第２の磁気抵抗素子Ｒ2の他端側は、第４の配線パターン７を介して、電源電圧Ｖccを印加するための電極パッド８と電気的に接続される。なお、電極パッド４，６，８および配線パターン３Ａ，３Ｂ，５，７は、例えば、アルミニウム等の導電性の金属材料を真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等によって基板２に成膜した後、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を用いて所定形状にパターニングされる。通常、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂは、例えば膜厚、線幅および線路長が略同じ寸法に形成されると共に、隣接して配置形成されるため、微細加工技術によるパターニング誤差は同じように発生する。このため、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂの抵抗値の差は、きわめて小さくなる。
　第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2は、第１の配線パターン３Ａ、第２の配線パターン３Ｂおよび電極パッド４を介して直列接続され、直列回路（ハーフブリッジ回路）９が形成される。このため、電極パッド６と電極パッド８の間に電源電圧Ｖccを印加すると、電極パッド４からは、電極パッド６～配線パターン５～第１の磁気抵抗素子Ｒ1～第１の配線パターン３Ａ～電極パッド４の経路に応じた第１のトータル抵抗値と、電極パッド８～配線パターン７～第２の磁気抵抗素子Ｒ2～第２の配線パターン３Ｂ～電極パッド４の経路に応じた第２のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖoutが取り出される。
　次に、磁気センサ１の、磁界の検出動作について説明する。なお、本発明のように、配線パターンを第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂの２本に分離して形成せず、一本の共通化した配線パターンを用いた、本発明の磁気センサ１とほぼ同じにパターニングされた比較例の磁気センサ１１とを対比しながら説明する。
　図２を用いて、比較例の磁気センサ１１の形態を説明する。なお、磁気センサ１１における磁気センサ１と同じ構成要素には同一に符号を付し、その説明を省略すると共に、磁気センサ１と異なる部分の説明のみを行う。
　磁気センサ１１における第１の磁気抵抗素子Ｒ1の一端側は、本体配線パターン１２Ａの一端側が２つに分岐してなる第１の分岐配線パターン１２Ｂの先端と電気的に接続される。また、磁気センサ１１における第２の磁気抵抗素子Ｒ2の一端側は、本体配線パターン１２Ａの一端側が２つに分岐してなる第２の分岐配線パターン１２Ｃの先端と電気的に接続される。本体配線パターン１２Ａの他端側は、電極パッド４と電気的に接続される。
　磁気センサ１１における電極パッド６と電極パッド８との間に電源電圧Ｖccを印加すると、電極パッド４からは、電極パッド６～配線パターン５～第１の磁気抵抗素子Ｒ1～第１の分岐配線パターン１２Ｂ～本体配線パターン１２Ａ～電極パッド４の経路における第３のトータル抵抗値と、電極パッド８～配線パターン７～第２の磁気抵抗素子Ｒ2～第２の分岐配線パターン１２Ｃ～本体配線パターン１２Ａ～電極パッド４の経路における第４のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖoutが取り出される。
　なお、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１における、第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2は、パーマロイを用い、その抵抗値はいずれも１．５ｋΩとした。本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１における、配線パターン５，７はいずれも線幅を１５μｍ、線路長を１００μｍとし、電極パッド４，６，８はいずれも６０μｍの正方形とした。また、本発明の磁気センサ１における第１および第２の配線パターン３Ａ，３Ｂは、いずれも線幅を１５μｍ、線路長を４００μｍとした。一方、比較例の磁気センサ１１における、本体配線パターン１２Ａは線幅を１５μｍ、線路長を３００μｍとし、第１の分岐配線パターン１２Ｂおよび第２の分岐配線パターン１２Ｃは、いずれも線幅を１５μｍ、線路長を１００μｍとした。なお、本発明の磁気センサ１と比較例の磁気センサ１１における配線パターン３Ａ，３Ｂ，５，７，１２Ａ～１２Ｃおよび電極パッド４，６，８はいずれも、アルミニウムの蒸着膜を用いた。
　次に、図３を用いて、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１に、Ｙ方向の磁界φを徐々に大きく可変して印加した場合の出力電圧Ｖoutについて説明する。
　本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１に、＋（プラス）向きのＹ方向の磁界φを印加する。このとき、磁界φの強度が大きくなるにつれて、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１ともに、第１の磁気抵抗素子Ｒ1の抵抗値は減少するが、第２の磁気抵抗素子Ｒ2の抵抗値は殆ど変化しない。このため、実線で示した設計目標曲線Ｃ0のように、＋向きのＹ方向の磁界φの強度が大きくなるにつれて、電極パッド４から取り出される出力電圧Ｖoutは減少する。また、＋向きと１８０度方向が異なる、－（マイナス）向きのＹ方向の磁界φを印加した場合についても、＋向きのＹ方向の磁界φと同様の出力特性となる。
　本発明の磁気センサ１における電極パッド４からは、第１のトータル抵抗値と第２のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖoutが取り出される。比較例の磁気センサ１１の電極パッド４からは、第３のトータル抵抗値と第４のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖoutが取り出される。しかしながら、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を用いてパターニングする際のエッチング誤差により、第１ないし第４のトータル抵抗値のいずれもが設計目標の抵抗値からずれることがある。このため、Ｙ方向の磁界φを印加しない場合（φ＝０[ｍＴ]）の出力電圧Ｖoutが、設計目標値である電圧Ｖd[Ｖ]よりも大きい電圧Ｖ1[Ｖ]になったり（Ｖ1＞Ｖd）、設計目標値である電圧Ｖd[Ｖ]よりも小さい電圧Ｖ2[Ｖ]になったり（Ｖ2＜Ｖd）することがある。すなわち、出力電圧Ｖoutが上下方向にばらつくことがある。これに伴い、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１に、Ｙ方向の磁界φの強度が大きくなるように印加していったときに得られる実測曲線は、目標曲線Ｃ0から上方向あるいは下方向にシフトしてしまう。なお、破線で示した、実測曲線Ｃ1は上方向に最大にシフトした曲線を示し、実測曲線Ｃ2は下方向に最大にシフトした曲線を示す。
　本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１ともに、設計目標曲線Ｃ0では、Ｙ方向の磁界φの強度±φ0[ｍＴ]を磁気センサの動作点（閾値）として設定すると、Ｙ方向の磁界φの強度±φ0[ｍＴ]を通る電圧一定の直線Ｓと設計目標曲線Ｃ0とが交差するときの電圧Ｖ0[Ｖ]を境に、出力電圧Ｖoutが電圧Ｖ0[Ｖ]以下となる領域においてＹ方向の磁界φが検出される。
　しかしながら、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１ともに、実測曲線Ｃ1では、強度±φ0[ｍＴ]のＹ方向の磁界φを印加しても出力電圧Ｖoutが電圧Ｖ0[Ｖ]よりも大きい電圧Ｖa[Ｖ]となるため（Ｖａ＞Ｖ0）、Ｙ方向の磁界φは検出されない。なお、Ｙ方向の磁界φの強度を可変していって強度±φ1[ｍＴ]（｜±φ1｜[ｍＴ]＞｜±φ0｜[ｍＴ]）に到達すると出力電圧Ｖoutが電圧Ｖ0[Ｖ]となり、このときＹ方向の磁界φが検出される。すなわち、実測曲線Ｃ1では、強度｜±φ0｜[ｍＴ]に対して、（｜±φ1｜－｜±φ0｜）[ｍＴ]だけ大きくなる方向にシフトしたＹ方向の磁界φが検出される。
　また、本発明の磁気センサ１および比較例の磁気センサ１１ともに、実測曲線Ｃ2では、Ｙ方向の磁界φとして強度±φ0[ｍＴ]を印加したときの出力電圧Ｖoutが電圧Ｖ0[Ｖ]よりも小さい電圧Ｖb[Ｖ]である（Ｖb＜Ｖ0）。なお、出力電圧Ｖoutが電圧Ｖ0[Ｖ]となるのは、Ｙ方向の磁界φの強度±φ2[ｍＴ]（｜±φ2｜[ｍＴ]＜｜±φ0｜[ｍＴ]）のときである。すなわち、実測曲線Ｃ2では、強度｜±φ0｜[ｍＴ]に対して、（｜±φ0｜－｜±φ2｜）[ｍＴ]だけ小さくなる方向にシフトしたＹ方向の磁界φが検出される。
　このため、Ｙ方向の磁界φを印加しない場合の出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅（（Ｖ1－Ｖ2）[Ｖ]）に起因して、磁気センサの検出磁界は（｜±φ1｜～｜±φ2｜）[ｍＴ]の範囲でばらつくことになり、一定しなかった。
　具体的には、例えば、比較例の磁気センサ１１に電源電圧Ｖccとして１Ｖを印加したときには、Ｙ方向の磁界φを印加しない場合の出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅は３．７ｍＶであった。一方、例えば、本発明の磁気センサ１に電源電圧Ｖccとして１Ｖを印加したときには、Ｙ方向の磁界φを印加しない場合の出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅は１．９ｍＶであった。従って、一本の共通化した配線パターンを用いず、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂの２本に分離して形成したことにより、本発明の磁気センサ１におけるＹ方向の磁界φを印加しない場合の出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅を、比較例の磁気センサ１１のほぼ半分まで減らすことができた。上述した配線パターン３Ａ，３Ｂ等の形状は一例を示したものであり、例えば線幅や線路長を変えても、ほぼ半分の電圧ばらつき幅に低減することができた。また、電源電圧Ｖccの大きさを変えて測定した場合でも、電圧ばらつき幅をほぼ半分に低減することができた。
　なお、一般に、磁気センサに用いられる磁気抵抗素子の抵抗値は、例えば数ｋΩと大きい。一方、磁気抵抗素子と出力電圧を取り出すための電極パッドとを電気的に接続する配線パターンの抵抗値は、線路長が短く、また、金属薄膜を用いて形成されるので、例えば数Ωと小さい。このため、当業者が磁気センサを設計する場合は、磁気抵抗素子の形状の検討や、配線パターンを工夫していかに小型化するか等が検討されるだけで、配線パターンについては全く考慮されていなかった。このため、設計および製造の容易さから、第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ11，Ｒ12の各端部と電極パッド４とを電気的に接続する配線パターンは、一本の共通化された配線パターンに形成されていた。このような技術的背景において、発明者は実験を行うことにより、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂとを分離形成することの優位性を鋭意見出したものである。
　次に、本発明の磁気センサ１において、出力電圧Ｖoutのばらつき幅が低減する理由について検討する。
　一本の共通化された配線パターンを用いた場合は、出力電圧を取り出すために電極パッド４と電気的に接続されるプローブのコンタクト位置や、ボンディングワイヤのボインディング位置のばらつきや、パターン線幅のエッチングばらつきにより、一本の共通化された配線パターンの内部を流れる電流経路が変わる。これに伴い、一本の共通化された配線パターンの抵抗値に差異が生じ、第３のトータル抵抗値および第４のトータル抵抗値に対して寄与する割合が異なる。一方、本発明の磁気センサ１では、一本の共通化された配線パターンを用いずに、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂとに分離形成したことにより、プローブのコンタクト位置や、ボンディングワイヤのボインディング位置や、パターン線幅のエッチングばらつきが発生しても、第１の配線パターン３Ａと第２の配線パターン３Ｂを流れる電流経路はほぼ一定となる。このため、第１のトータル抵抗値に寄与する第１の配線パターン３Ａの抵抗値の割合はほぼ一定となり、また、第２のトータル抵抗値に寄与する第２の配線パターン３Ｂの抵抗値の割合はほぼ一定となる。この結果、第１のトータル抵抗値および第２のトータル抵抗値のばらつきが小さくなり、第１のトータル抵抗値と第２のトータル抵抗値によって電源電圧Ｖccを分圧した値である出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅が低減される。
　第１の実施の形態による磁気センサ１では、第１の磁気抵抗素子Ｒ1と第２の磁気抵抗素子Ｒ2とを備える構成にした。しかしながら、本発明はこれに限らず、２つの磁気抵抗素子の各一端側を、分離して形成した各配線パターンを介して電圧を取り出すための電極パッドに接続してなる直列回路を複数設け、各直列回路を構成する各磁気抵抗素子の各他端側を、電極パッドを介して共通接続する構成としてもよい。このとき、各直列回路を構成する各磁気抵抗素子の各他端側と電極パッドとの間は、分離して形成した配線パターンを介して電気的に接続してもよいし、一本の共通化された配線パターンを介して電気的に接続してもよい。なお、一本の共通化された配線パターンを介して電気的に接続する場合は、分離して形成した配線パターンを介して電気的に接続する場合に比べて、一本の共通化された配線パターンの抵抗値がばらつくため、それに伴い、出力電圧Ｖoutの電圧ばらつき幅は大きくなる。
　次に、図４に、第２の実施の形態による磁気センサ２１を示す。磁気センサ２１の特徴は、４個の磁気抵抗素子を用いてフルブリッジ回路を構成すると共に、分離形成した配線パターンを用いて電極パッドと磁気抵抗素子とを電気的に接続した構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　磁気センサ２１は、基板２２と、４個の磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4とを備える。基板２２は、例えば互いに直交したＸ方向およびＹ方向に沿って広がり、その表面に磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4が形成される。
　第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4は、長い短冊状パターンと、短い短冊状パターンとを交互に接続することで、ミアンダ状に形成される。第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ3における長い短冊状パターンの伸長方向はＸ方向に沿って延び、第１の方向となるＹ方向の検知磁界が与えられると抵抗値は最も小さくなる。一方、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ2，Ｒ4における長い短冊状パターンの伸長方向はＹ方向に沿って延び、第２の方向となるＸ方向の検知磁界が与えられると抵抗値は最も小さくなる。なお、磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4は、例えば、磁気抵抗材料であるパーマロイ等を基板２２に成膜した後、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を用いて所定形状にパターニングされる。
　第１の磁気抵抗素子Ｒ1の一端側は、第１の配線パターン２３Ａを介して、出力電圧Ｖ10を取り出すための第１の電極パッド２４と電気的に接続される。第２の磁気抵抗素子Ｒ2の一端側は、第１の配線パターン２３Ａの近傍に分離して形成された第２の配線パターン２３Ｂを介して、第１の電極パッド２４と電気的に接続される。第２の磁気抵抗素子Ｒ2の他端側は、第３の配線パターン２５Ａを介して、電源電圧Ｖccを印加するための第２の電極パッド２６と電気的に接続される。第３の磁気抵抗素子Ｒ3の一端側は、第３の配線パターン２５Ａの近傍に分離して形成された第４の配線パターン２５Ｂを介して、第２の電極パッド２６と電気的に接続される。第３の磁気抵抗素子Ｒ3の他端側は、第５の配線パターン２７Ａを介して、出力電圧Ｖ20を取り出すための第３の電極パッド２８と電気的に接続される。第４の磁気抵抗素子Ｒ4の一端側は、第５の配線パターン２７Ａの近傍に分離して形成された第６の配線パターン２７Ｂを介して、第３の電極パッド２８と電気的に接続される。第４の磁気抵抗素子Ｒ4の他端側は、第７の配線パターン２９Ａを介して、グランドに接続される第４の電極パッド３０と電気的に接続される。第１の磁気抵抗素子Ｒ1の他端側は、第７の配線パターン２９Ａの近傍に分離して形成された第８の配線パターン２９Ｂを介して、第４の電極パッド３０と電気的に接続される。電極パッド２４，２６，２８，３０および第１ないし第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａ，２９Ｂは、例えば、アルミニウム等の導電性の金属材料を真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等によって基板２２に成膜した後、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を用いて所定形状にパターニングされる。通常、第１ないし第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａ，２９Ｂは、例えば膜厚、線幅および線路長が略同じ寸法に形成されると共に、隣接して配置形成されるため、微細加工技術によるパターニング誤差は同じように発生する。このため、第１ないし第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａ，２９Ｂの抵抗値の差は、きわめて小さくなる。
　第１および第２の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ2は、第１，第２，第３および第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２９Ｂおよび電極パッド２４，２６，３０を介して直列接続され、第１の直列回路（ハーフブリッジ回路）３１が形成される。また、第３および第４の磁気抵抗素子Ｒ3，Ｒ4は、第４ないし第７の配線パターン２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａおよび電極パッド２６，２８，３０を介して直列接続され、第２の直列回路（ハーフブリッジ回路）３２が形成される。第１の直列回路（ハーフブリッジ回路）３１および第２の直列回路（ハーフブリッジ回路）３２は、電極パッド３０および電極パッド２６を介して並列接続され、フルブリッジ回路３３が形成される。
　電極パッド３０と電極パッド２６の間に電源電圧Ｖccを印加すると、電極パッド２４からは、電極パッド３０～第８の配線パターン２９Ｂ～第１の磁気抵抗素子Ｒ1～第１の配線パターン２３Ａ～電極パッド２４の経路に応じた第１のトータル抵抗値と、電極パッド２４～第２の配線パターン２３Ｂ～第２の磁気抵抗素子Ｒ2～第３の配線パターン２５Ａ～電極パッド２６の経路に応じた第２のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖ10が取り出される。同様に、電極パッド２８からは、電極パッド２６～第４の配線パターン２５Ｂ～第３の磁気抵抗素子Ｒ3～第５の配線パターン２７Ａ～電極パッド２８の経路に応じた第３のトータル抵抗値と、電極パッド２８～第６の配線パターン２７Ｂ～第４の磁気抵抗素子Ｒ4～第７の配線パターン２９Ａ～電極パッド３０の経路に応じた第４のトータル抵抗値とによって、電源電圧Ｖccを分圧した出力電圧Ｖ20が取り出される。
　次に、図５を用いて、磁気センサ２１の、磁界の検出動作について説明する。
　磁気センサ２１に、＋（プラス）向きのＹ方向の磁界φを印加する。このとき、磁界φの強度が大きくなるにつれて、第１および第３の磁気抵抗素子Ｒ1，Ｒ3の抵抗値が減少するが、第２および第４の磁気抵抗素子Ｒ2，Ｒ4の抵抗値は殆ど変化しない。このため、＋向きのＹ方向の磁界φの強度が大きくなるにつれて、第１の電極パッド２４から取り出される出力電圧Ｖ10は減少し、第３の電極パッド２８の出力電圧Ｖ20が増加する。また、＋向きと１８０度方向が異なる、－（マイナス）向きのＹ方向の磁界φを印加した場合についても、＋向きのＹ方向の磁界φと同様の出力特性となる。なお、第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4の抵抗値は、磁気センサ２１にＹ方向の磁界φを印加しない場合（φ＝０[ｍＴ]）に、第１の電極パッド２４からの出力電圧Ｖ10が第３の電極パッド２８からの出力電圧Ｖ20よりも大きくなるように設定される。従って、Ｙ方向の磁界φの強度が０[ｍＴ]付近では、第１の電極パッド２４の出力電圧Ｖ10は第３の電極パッド２８の出力電圧Ｖ20よりも大きくなる。Ｙ方向の磁界φの強度が増加して±φ0[ｍＴ]に到達すると、第１の電極パッド２４の出力電圧Ｖ10と第３の電極パッド２８の出力電圧Ｖ20とがクロスし、さらに、増加して±φ0[ｍＴ]よりも大きくなると、第１の電極パッド２４の出力電圧Ｖ10と第３の電極パッド２８の出力電圧Ｖ20との大きさが逆転する。これに伴い、磁気センサ２１は、磁界強度±φ0[ｍＴ]を磁気センサの動作点としてＹ方向の磁界φを検出する。
　磁気センサ２１を構成する第１ないし第４の磁気抵抗素子Ｒ1～Ｒ4と電極パッド２４，２６，２８，３０とは、互いに分離して形成した第１ないし第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａ，２９Ｂを介して電気的に接続される。このため、第１の実施の形態で説明した同じ理由によって、第１ないし第４のトータル抵抗値に対して寄与する第１ないし第８の配線パターン２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２９Ａ，２９Ｂの抵抗値の割合がほぼ一定になる。この結果、磁気センサ２１においても、第１の実施の形態における磁気センサ１と同様の作用効果を得ることができる。
　なお、前記各実施の形態では、各配線パターンの抵抗値をできるだけ小さくすることにより、各経路に対応したトータル抵抗値に寄与する割合を小さくすることができるので、さらに出力電圧のばらつき幅を低減することができる。このため、抵抗値を小さくするために各配線パターンの線幅はできるだけ広い方が好ましく、線路長はできるだけ短い方が好ましい。
　また、前記各実施の形態では、各配線パターンを略同じにパターニングしたが、各配線パターンの抵抗値が明確に推定でき、各経路に対応したトータル抵抗値に対して寄与する割合を推定できるならば、互いに異なる形状であってもよい。
　また、前記各実施の形態では、Ｙ方向の磁界φを検出した場合を例に挙げて説明したが、Ｘ方向の磁界を検出してもよい。また、磁気抵抗素子の抵抗値が最大に変化するＸ方向とＹ方向とが直交する場合を例示したが、必ずしも直交する必要はなく、異なる２方向であればよい。
　また、前記各実施の形態では、各磁気抵抗素子としてミアンダ状のものを例示したが、本発明はこれに限らず、例えば１本の線状パターンによって磁気抵抗素子を構成してもよい。
　１，２１　磁気センサ
　２，２２　基板
　３Ａ，２３Ａ　第１の配線パターン
　３Ｂ，２３Ｂ　第２の配線パターン
　４，６，８　電極パッド
　５，７　配線パターン
　９　直列回路（ハーフブリッジ回路）
　２４　第１の電極パッド
　２５Ａ　第３の配線パターン
　２５Ｂ　第４の配線パターン
　２６　第２の電極パッド
　２７Ａ　第５の配線パターン
　２７Ｂ　第６の配線パターン
　２８　第３の電極パッド
　２９Ａ　第７の配線パターン
　２９Ｂ　第８の配線パターン
　３０　第４の電極パッド
　３１　第１の直列回路
　３２　第２の直列回路
　３３　フルブリッジ回路
　Ｒ1　第１の磁気抵抗素子
　Ｒ2　第２の磁気抵抗素子
　Ｒ3　第３の磁気抵抗素子
　Ｒ4　第４の磁気抵抗素子

Claims (4)

  1. 　第１の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第１の磁気抵抗素子と、
    　前記第１の方向とは異なる第２の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第２の磁気抵抗素子と、
    　電極パッドと、
    　該電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子を電気的に接続する第１の配線パターンと、
    　該第１の配線パターンと分離して形成され、前記電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子を電気的に接続する第２の配線パターンとを備え、
    　前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とが直列接続された直列回路を少なくとも一つ有する磁気センサであって、
    　前記第１の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第１の配線パターンの抵抗値が加算され、
    　前記第２の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第２の配線パターンの抵抗値が加算されることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　第１の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第１および第３の磁気抵抗素子と、
    　前記第１の方向と異なる第２の方向の印加磁界に対して抵抗値が最大に変化する第２および第４の磁気抵抗素子と、
    　第１ないし第４の電極パッドと、
    　該第１の電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第１の配線パターンと、
    　該第１の配線パターンと分離して形成され、前記第１の電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第２の配線パターンと、
    　前記第２の電極パッドと前記第２の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第３の配線パターンと、
    　該第３の配線パターンと分離して形成され、前記第２の電極パッドと前記第３の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第４の配線パターンと、
    　前記第３の電極パッドと前記第３の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第５の配線パターンと、
    　該第５の配線パターンと分離して形成され、前記第３の電極パッドと前記第４の磁気抵抗素子の一端を電気的に接続する第６の配線パターンと、
    　前記第４の電極パッドと前記第４の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第７の配線パターンと、
    　該第７の配線パターンと分離して形成され、前記第４の電極パッドと前記第１の磁気抵抗素子の他端を電気的に接続する第８の配線パターンとを備え、
    　前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とが直列接続された第１の直列回路と、
    　前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とが直列接続された第２の直列回路とを有する磁気センサであって、
    　前記第１の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第１の配線パターンおよび前記第８の配線パターンの各抵抗値が加算され、
    　前記第２の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第２の配線パターンおよび前記第３の配線パターンの各抵抗値が加算され、
    　前記第３の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第４の配線パターンおよび前記第５の配線パターンの各抵抗値が加算され、
    　前記第４の磁気抵抗素子の抵抗値に前記第６の配線パターンおよび前記第７の配線パターンの各抵抗値が加算されることを特徴とする磁気センサ。
  3. 　分離して形成された前記第１および第２の配線パターンは、略同じ形状に形成してなる請求項１に記載の磁気センサ。
  4. 　分離して形成された前記第１および第２の配線パターンは、略同じ形状に形成し、
    　分離して形成された前記第３および第４の配線パターンは、略同じ形状に形成し、
    　分離して形成された前記第５および第６の配線パターンは、略同じ形状に形成し、
    　分離して形成された前記第７および第８の配線パターンは、略同じ形状に形成してなる請求項２に記載の磁気センサ。
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