本實用新型涉及磁傳感器，特別地，涉及包含磁阻元件的磁傳感器。

背景技術(shù)：

作為公開了一種磁傳感器的構(gòu)成的在先文獻(xiàn)，存在日本特開平5-341026號公報(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1所述的磁傳感器具備：磁傳感器元件，構(gòu)成電橋電路的多個磁阻元件形成于基板的上表面；和偏置磁鐵，向磁傳感器元件施加偏置磁場。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平5-341026號公報

在專利文獻(xiàn)1所述的磁傳感器中，偏置磁鐵被配置于磁傳感器元件的基板的下表面一側(cè)。因此，在多個磁阻元件與偏置磁鐵之間，產(chǎn)生相當(dāng)于基板的厚度的間隙。由于該間隙，分別施加于多個磁阻元件的偏置磁場衰減。在分別施加于多個磁阻元件的偏置磁場的強(qiáng)度較低的情況下，磁傳感器的輸出的線性降低。

在為了維持分別施加于多個磁阻元件的偏置磁場的強(qiáng)度而使用了較大的偏置磁鐵的情況下，會妨礙磁傳感器的小型化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型鑒于上述的問題點(diǎn)而作出，其目的在于，提供一種輸出的線性良好的小型的磁傳感器。

基于本實用新型的磁傳感器具備：磁傳感器元件，構(gòu)成電橋電路的多個磁阻元件形成于基板的上表面；和一個偏置磁鐵，被固定在磁傳感器元件上，以便多個磁阻元件位于所述偏置磁鐵與上述基板的上表面之間。偏置磁鐵被配置為基于偏置磁鐵的磁化方向相對于磁傳感器元件的磁場檢測方向以90°以外的角度交叉。

在本實用新型的一方式中，多個磁阻元件之中的、具有在與磁傳感器元件的磁場檢測方向正交的方向上延伸的易磁化軸的第1磁阻元件的易磁化軸與基于偏置磁鐵的磁化方向所成的角度為29°以上且34°以下。

在本實用新型的一方式中，偏置磁鐵的外形是圓柱狀或者圓環(huán)狀。在本實用新型的一形態(tài)中，偏置磁鐵是各向同性磁鐵。

在本實用新型的一方式中，磁傳感器元件與偏置磁鐵通過接合材料而被相互固定。

根據(jù)本實用新型，能夠使磁傳感器的輸出的線性良好并且使磁傳感器小型化。

附圖說明

圖1是表示本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。

圖2是從箭頭II方向來觀察圖1的磁傳感器的俯視圖。

圖3是從箭頭III方向來觀察圖1的磁傳感器的側(cè)視圖。

圖4是本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件的俯視圖。

圖5是本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件中設(shè)置的電橋電路的等效電路圖。

圖6是表示本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件的層疊構(gòu)造的剖視圖。

圖7是表示實驗例1的結(jié)果的圖。

圖8是用于對磁傳感器的輸出的誤差率進(jìn)行說明的圖。

圖9是表示實驗例2中在第1實驗條件下進(jìn)行解析的結(jié)果的圖。

圖10是表示實驗例2中在第2實驗條件下進(jìn)行解析的結(jié)果的圖。

圖11是表示偏置磁鐵的外形是圓柱狀的第1變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。

圖12是表示偏置磁鐵的外形是圓環(huán)狀的第2變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。

圖13是表示偏置磁鐵的外形是棱柱狀的第3變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。

圖14是表示本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器的外觀的立體圖。

圖15是表示本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器中樹脂密封前的狀態(tài)的外觀的立體圖。

圖16是從箭頭XVI方向來觀察圖15的磁傳感器的俯視圖。

圖17是從箭頭XVII方向來觀察圖16的磁傳感器的側(cè)視圖。

圖18是從箭頭XVIII方向來觀察圖16的磁傳感器的主視圖。

-符號說明-

10磁場檢測方向，20磁化方向，30易磁化軸，100、100a、100b、100c、200磁傳感器，110磁傳感器元件，111基板，112磁性體層，113導(dǎo)電層，114保護(hù)層，114h開口部，120、120a、120b、120c偏置磁鐵，130接合材料，210框架，220密封樹脂，230導(dǎo)線，GND接地端子，MR1第1磁阻元件，MR2第2磁阻元件，MR3第3磁阻元件，MR4第4磁阻元件，V+第1輸出端子，V-第2輸出端子，Vcc電源端子。

具體實施方式

以下，參照附圖來對本實用新型的各實施方式所涉及的磁傳感器進(jìn)行說明。在以下的實施方式的說明中，對圖中的相同或者相當(dāng)部分付與同一編號，不重復(fù)其說明。

(實施方式1)

圖1是表示本實用新型所涉及的實施方式1的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。圖2是從箭頭II方向來觀察圖1的磁傳感器的俯視圖。圖3是從箭頭III方向來觀察圖1的磁傳感器的側(cè)視圖。

如圖1～3所示，本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器100具備：磁傳感器元件110、和被固定在磁傳感器元件110上的一個偏置磁鐵120。俯視下，偏置磁鐵120被配置成基于偏置磁鐵120的磁化方向20相對于磁傳感器元件110的磁場檢測方向10以90°以外的角度交叉。磁傳感器元件110與偏置磁鐵120通過接合材料130而被相互固定。在圖1～3中，將磁傳感器元件110的寬度方向表示為X軸方向，將長度方向表示為Y軸方向，將厚度方向表示為Z軸方向。

圖4是本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件的俯視圖。圖5是本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件中設(shè)置的電橋電路的等效電路圖。圖6是表示本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器具備的磁傳感器元件的層疊構(gòu)造的剖視圖。

如圖4～6所示，在磁傳感器元件110中，構(gòu)成電橋電路的4個磁阻元件形成于基板111的上表面。在基板111上，形成電源端子Vcc、接地端子GND、第1輸出端子V+以及第2輸出端子V-。4個磁阻元件被相互電連接來構(gòu)成惠斯通電橋型的電橋電路。

具體而言，第1磁阻元件MR1以及第2磁阻元件MR2的串聯(lián)連接體、和第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4的串聯(lián)連接體在電源端子Vcc與接地端子GND之間并聯(lián)連接。在第1磁阻元件MR1與第2磁阻元件MR2的連接點(diǎn)連接第1輸出端子V+。在第3磁阻元件MR3與第4磁阻元件MR4的連接點(diǎn)連接第2輸出端子V-。

第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4分別是AMR(Anisotropic Magneto Resistance，各向異性磁阻)元件。

基板111由Si等構(gòu)成，在表面設(shè)置SiO₂層或者Si₃N4層等。4個磁阻元件是設(shè)置于基板111的上表面的由包含Ni和Fe的合金構(gòu)成的磁性體層112通過利用離子銑削法等進(jìn)行圖案化來形成的。

在基板111上，由Au或者Al等構(gòu)成的導(dǎo)電層113通過利用濕式蝕刻進(jìn)行圖案化來形成。導(dǎo)電層113形成于磁性體層112的上表面。另外，導(dǎo)電層113的一部分也可以設(shè)置于基板111的上表面。電源端子Vcc、接地端子GND、第1輸出端子V+以及第2輸出端子V-分別由導(dǎo)電層113構(gòu)成。

磁性體層112以及導(dǎo)電層113被由SiO₂構(gòu)成的保護(hù)層114覆蓋。在保護(hù)層114，在位于電源端子Vcc、接地端子GND、第1輸出端子V+以及第2輸出端子V-各自的上方的部分，設(shè)置外部連接用的開口部114h。也可以在開口部114h形成焊錫凸塊。

分別構(gòu)成第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4的磁性體層112被設(shè)置為曲折狀，外形是大致矩形形狀。第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4整體大致為正方形。

在分別構(gòu)成第1磁阻元件MR1以及第4磁阻元件MR4的磁性體層112，在X軸方向延伸的多個長邊部與在Y軸方向延伸的多個短邊部串聯(lián)連接，具有在X軸方向延伸的易磁化軸30。

在分別構(gòu)成第2磁阻元件MR2以及第3磁阻元件MR3的磁性體層112，在Y軸方向延伸的多個長邊部與在X軸方向延伸的多個短邊部串聯(lián)連接，具有在Y軸方向延伸的易磁化軸。

第1磁阻元件MR1以及第4磁阻元件MR4各自的易磁化軸30與磁傳感器元件110的磁場檢測方向10所成的偏置角度θ根據(jù)磁傳感器100的用途，能夠在5°以上且85°以下的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。如下面所述，從磁傳感器100的輸出的線性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選偏置角度θ是29°以上且34°以下，更優(yōu)選是31°。

在本實施方式中，磁傳感器元件110具有長方體狀的外形，例如，寬度為0.2mm，長度為0.45mm，厚度為0.3mm。

偏置磁鐵120具有長方體狀的外形，例如，寬度為0.3mm，長度為0.3mm，厚度為0.15mm。偏置磁鐵120是各向同性磁鐵。作為各向同性磁鐵，存在：各向同性鋁鎳鈷、各向同性鉻鈷、各向同性鋇鐵氧體、各向同性氧化物系粘結(jié)磁鐵以及各向同性稀土類鈷系粘結(jié)磁鐵等。

作為接合材料130，能夠使用環(huán)氧樹脂系粘合劑、銀糊膏等導(dǎo)電性粘合劑、或者，貼片膜(die attach film)等。接合材料130將磁傳感器元件110的保護(hù)層114與偏置磁鐵120接合。偏置磁鐵120通過接合材料130而被固定在磁傳感器元件110上，以使得4個磁阻元件位于磁傳感器元件110的基板111的上表面與偏置磁鐵120之間。

這里，對實驗例1進(jìn)行說明，該實驗例1通過模擬解析驗證了通過將偏置磁鐵配置于磁傳感器元件的基板的上表面一側(cè)，與將偏置磁鐵配置于磁傳感器元件的基板的下表面一側(cè)的情況相比，能夠維持施加于磁阻元件的偏置磁場的強(qiáng)度并且使偏置磁鐵小型化。

在實驗例1中，針對實施例1以及比較例1～3這4種磁傳感器進(jìn)行了解析。在實施例1所涉及的磁傳感器中，具有與實施方式1所涉及的磁傳感器同樣的構(gòu)成，將基板111的厚度設(shè)為0.1mm，將接合材料130的層的厚度設(shè)為0.03mm。

在比較例1～3分別涉及的磁傳感器中，將偏置磁鐵配置于磁傳感器元件的基板的下表面一側(cè)，將接合材料130的層的厚度設(shè)為0.03mm。關(guān)于基板111的厚度，比較例1設(shè)為0.1mm，比較例2設(shè)為0.2mm，比較例3設(shè)為0.3mm。

因此，關(guān)于磁阻元件與偏置磁鐵之間的Z方向的距離，實施例1為0.03mm，比較例1為0.13mm，比較例2為0.23mm，比較例3為0.33mm。

在實施例1以及比較例1～3分別涉及的磁傳感器中，對為了施加于磁阻元件的偏置磁場的強(qiáng)度為155mT所需的偏置磁鐵的最小體積進(jìn)行計算。

圖7是表示實驗例1的結(jié)果的圖。在圖7中，縱軸表示偏置磁鐵的最小體積(mm³)，橫軸表示磁阻元件與偏置磁鐵之間的Z方向的距離(mm)。

如圖7所示，關(guān)于偏置磁鐵的最小體積，實施例1為0.0135mm³，比較例1為0.108mm³，比較例2為0.54mm³，比較例3為1.62mm³。

根據(jù)實驗例1的結(jié)果能夠確認(rèn)，通過將偏置磁鐵120配置于磁傳感器元件110的基板111的上表面一側(cè)，能夠維持施加于磁阻元件的偏置磁場的強(qiáng)度并且使偏置磁鐵120小型化?；?11的一般厚度為0.2mm左右，與具有比一般厚度薄的基板的比較例1所涉及的磁傳感器相比，實施例1所涉及的磁傳感器也能夠使偏置磁鐵小型化到1/8的大小。

這里，關(guān)于基于偏置磁場的磁化方向與磁傳感器的輸出的線性的關(guān)系，針對進(jìn)行了模擬解析的實驗例2進(jìn)行說明。首先，對磁傳感器的輸出的線性誤差率進(jìn)行定義。圖8是用于對磁傳感器的輸出的誤差率進(jìn)行說明的圖。在圖8中，縱軸表示輸出電壓(V)，橫軸表示外部磁場的磁通密度(mT)。在圖8中，通過實現(xiàn)來表示實測輸出電壓，通過雙點(diǎn)劃線來表示虛擬輸出電壓。

虛擬輸出電壓是對外部磁場的測定預(yù)定范圍中的實測輸出電壓進(jìn)行直線近似而求出的。具體而言，虛擬輸出電壓是使用最小二乘法來利用1次函數(shù)對輸入磁通密度以及實測輸出電壓進(jìn)行近似而求出的。

將實測輸出電壓與虛擬輸出電壓的差相對于磁傳感器中的外部磁場的測定預(yù)定范圍所對應(yīng)的輸出電壓的最大值與最小值之間的間隔即輸出電壓的滿量程的比率定義為磁傳感器的輸出的線性誤差率。

例如，磁傳感器中的外部磁場的測定預(yù)定范圍是±20mT，若將外部磁場的磁通密度為20mT時的虛擬輸出電壓設(shè)為2.0V、將外部磁場的磁通密度為-20mT時的虛擬輸出電壓設(shè)為-2.0V，則輸出電壓的滿量程為4.0V。在外部磁場的磁通密度為15mT時，實測輸出電壓是1.5V、虛擬輸出電壓是1.48V的情況下，磁傳感器的輸出的線性誤差率為(1.5-1.48)/4.0×100＝0.5％。

如上述那樣定義的磁傳感器的輸出的線性誤差率根據(jù)基于偏置磁場的磁化方向以及偏置磁場的強(qiáng)度而變化。優(yōu)選磁傳感器的輸出的線性誤差率為±2.0％以內(nèi)。

在實驗例2中，作為第1實驗條件，將電源端子Vcc的電位設(shè)為5V，將偏置磁場的磁通密度設(shè)為90mT，作為基于偏置磁場的磁化方向，將上述的偏置角度θ設(shè)定為20°、25°、30°、35°、40°以及45°這6種。外部磁場在磁傳感器元件的磁場檢測方向被施加。

圖9是表示實驗例2中在第1實驗條件下進(jìn)行解析的結(jié)果的圖。在圖9中，縱軸表示線性誤差率(％)，橫軸表示外部磁場的磁通密度(mT)。

如圖9所示，線性誤差率在外部磁場的磁通密度為0mT以及±20mT時較大，在外部磁場的磁通密度為±12mT時大致為0％。在偏置角度θ為30°時，線性誤差率最小。

接下來，作為實驗例2的第2實驗條件，將電源端子Vcc的電位設(shè)為5V，將偏置磁場的磁通密度設(shè)定為90mT、100mT、150mT、200mT以及250mT這5種，作為基于偏置磁場的磁化方向，將上述的偏置角度θ在25°以上且35°以下的范圍為設(shè)定為1°間隔的11種。外部磁場在磁傳感器元件的磁場檢測方向被施加。

圖10是表示實驗例2中在第2實驗條件下進(jìn)行解析的結(jié)果的圖。在圖10中，縱軸表示線性誤差率(％)，橫軸表示偏置角度(°)。

如圖10所示，隨著偏置磁場的強(qiáng)度變大，線性誤差率變小。在偏置角度θ為29°以上且34°以下的范圍內(nèi)，通過偏置磁場的磁通密度為90mT以上，線性誤差率是2.0％以下。在偏置角度θ為31°時，線性誤差率最小。

根據(jù)實驗例2的結(jié)果能夠確認(rèn)，通過將偏置角度θ設(shè)為31°，能夠使磁傳感器的輸出的線性最良好，通過將偏置角度θ設(shè)為29°以上且34°以下，能夠使磁傳感器的輸出的線性良好。

根據(jù)上述的實驗例1以及實驗例2的結(jié)果可知，在本實施方式所涉及的磁傳感器100中，通過使偏置磁鐵120接近于多個磁阻元件而配置，能夠抑制偏置磁場的衰減，有效地將偏置磁場分別施加于多個磁阻元件。其結(jié)果，能夠使磁傳感器100的輸出的線性良好并且使偏置磁鐵120小型化，并且能夠使磁傳感器100小型化。此外，通過將偏置角度設(shè)為29°以上且34°以下，也能夠使磁傳感器100的輸出的線性良好。

雖然在本實施方式所涉及的磁傳感器100的磁傳感器元件110中，由第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4構(gòu)成全橋電路，但磁傳感器元件110的構(gòu)成并不局限于上述，也可以由第1磁阻元件MR1以及第2磁阻元件MR2構(gòu)成半橋電路。在該情況下，在磁傳感器元件110中未設(shè)置第3磁阻元件MR3、第4磁阻元件MR4以及第2輸出端子V-。

雖然在本實施方式中，偏置磁鐵120的外形是長方體狀，但偏置磁鐵120的外形并不局限于長方體狀，也可以是棱柱狀、圓柱狀或者圓環(huán)狀等。圖11是表示偏置磁鐵的外形為圓柱狀的第1變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。圖12是表示偏置磁鐵的外形為圓環(huán)狀的第2變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。圖13是表示偏置磁鐵的外形為棱柱狀的第3變形例所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的立體圖。

如圖11所示，第1變形例所涉及的磁傳感器100a具備：磁傳感器元件110、和固定在磁傳感器元件110上的一個偏置磁鐵120a。偏置磁鐵120a的外形是圓柱狀。

如圖12所示，第2變形例所涉及的磁傳感器100b具備：磁傳感器元件110、和固定在磁傳感器元件110上的一個偏置磁鐵120b。偏置磁鐵120b的外形是圓環(huán)狀。

如圖13所示，第3變形例所涉及的磁傳感器100c具備：磁傳感器元件110、和固定在磁傳感器元件110上的一個偏置磁鐵120c。偏置磁鐵120c的外形是棱柱狀。具體而言，偏置磁鐵120c的外形是八棱柱狀。

在第1變形例所涉及的磁傳感器100a中，偏置磁鐵120a的外形是圓柱狀，不具有形狀各向異性。此外，偏置磁鐵120a的材料是各向同性。因此，能夠高精度地控制偏置磁鐵120a的磁化方向。其結(jié)果，能夠高精度地維持偏置角度θ，使磁傳感器100a的輸出的線性良好。進(jìn)一步地，由于將偏置磁鐵120a固定在磁傳感器元件110上之后對偏置磁鐵120a進(jìn)行磁化，因此將偏置磁鐵120a配置在磁傳感器元件110上時不需要固定偏置磁鐵120a的朝向，磁傳感器的組裝比較容易。

在第2變形例所涉及的磁傳感器100b中，也能夠得到與第1變形例所涉及的磁傳感器100a同樣的效果。在第3變形例所涉及的磁傳感器100c中，通過增多角的數(shù)目，能夠抑制偏置磁鐵120c的碎裂的產(chǎn)生，其結(jié)果，能夠抑制產(chǎn)生偏置磁鐵120c的碎裂所導(dǎo)致的偏置磁場的干擾。

(實施方式2)

以下，對本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器進(jìn)行說明。另外，本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器僅在被安裝于框架的狀態(tài)下被封裝這方面與本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器不同，因此針對與本實用新型的實施方式1所涉及的磁傳感器同樣的構(gòu)成，不重復(fù)說明。

圖14是表示本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器的外觀的立體圖。圖15是表示本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器中樹脂密封前的狀態(tài)的外觀的立體圖。圖16是從箭頭XVI方向來觀察圖15的磁傳感器的俯視圖。圖17是從箭頭XVII方向來觀察圖16的磁傳感器的側(cè)視圖。圖18是從箭頭XVIII方向來觀察圖16的磁傳感器的主視圖。

如圖14～18所示，本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器200具備：磁傳感器元件110、固定在磁傳感器元件110上的一個偏置磁鐵120、安裝有磁傳感器元件110的框架210、和覆蓋磁傳感器元件110、偏置磁鐵120以及框架210的密封樹脂220。磁傳感器200具有長方體狀的外形。磁傳感器200例如寬度為2mm，長度為2mm。

框架210包含：載置磁傳感器元件110的平板部、和位于與平板部隔開間隔的多個端子部。多個端子部相互隔開間隔地排列。多個端子部的各自的一部分未被密封樹脂220覆蓋，在磁傳感器200的外表面露出。框架210是在導(dǎo)電材料的表面實施鍍金而構(gòu)成的。框架210的厚度例如為0.1mm。

在磁傳感器元件110中，電源端子Vcc、接地端子GND、第1輸出端子V+以及第2輸出端子V-通過導(dǎo)線230來分別與框架210的多個端子部任意一個連接。導(dǎo)線230的材料例如是金。導(dǎo)線230的直徑例如為0.08mm。

作為密封樹脂220，例如，使用在環(huán)氧樹脂等矩陣樹脂中填充二氧化硅填充物而得到的熱固化性樹脂。

在本實用新型的實施方式2所涉及的磁傳感器200中，由于磁傳感器200的機(jī)械性強(qiáng)度提高，因此能夠通過自動機(jī)來安裝磁傳感器200。

在上述的實施方式的說明中，也可以將能夠組合的構(gòu)成相互組合。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，這次公開的實施方式在所有方面都是示例，并不是限制性的。本實用新型的范圍并不是上述的說明，而是通過權(quán)利要求書所示，意圖包含與權(quán)利要求書均等的意思以及范圍內(nèi)的全部變更。