磁傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及能夠小型化，并且提高微弱的磁場的檢測精度的磁傳感器。本發(fā)明的磁傳感器在電阻值根據(jù)輸入的磁場的方向而發(fā)生變化的磁阻效應元件的附近，配置有改變輸入到上述磁阻效應元件的磁場的方向的磁性體，上述磁性體在形成有上述磁阻效應元件的一側的面具有改變磁場的方向的機構。另外，上述磁性體的上述倒角部可以以具有至少1個平面的形狀被倒角。
【專利說明】
磁傳感器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及磁傳感器，尤其涉及使用了磁阻效應元件的磁傳感器。【背景技術】
[0002]作為測量裝置，開發(fā)有能夠檢測磁場的變化的磁傳感器，例如，被用于電流表、磁性編碼器等各種用途。這樣的磁傳感器的一個例子公開于下述專利文獻1，作為檢測磁場的變化的元件而使用GMR元件(巨磁阻效應元件(Giant Magneto Resistive effect元件)。另夕卜，GMR元件是輸出的電阻值根據(jù)輸入的磁場而變化的元件，基于該輸出的電阻值可以測量所檢測的磁場的變化。
[0003]于是，作為使用了 GMR元件的磁傳感器的具體的結構的一個例子，正如專利文獻1 中所示，在基板上配置4個GMR元件，構成橋接電路。于是，通過檢測橋接電路的差動電壓，檢測伴隨著作為檢測對象的磁場變化的GMR元件的電阻值的變化。這樣，可以構成對磁場的變化高靈敏度的傳感器。
[0004]具體而言，專利文獻1中公開的磁傳感器，作為檢測磁場的變化的元件，具備使用了輸出的電阻值根據(jù)輸入的磁場的方向而變化的旋閥型的GMR元件(巨磁阻效應元件)的 GMR芯片(磁場檢測芯片)。于是，GMR元件分別在一個面上在規(guī)定方向上被磁化固定，使得能夠檢測規(guī)定方向的磁場。此時，為了使GMR芯片小型化并減小各電阻值的偏差，在1個GMR芯片上形成形成了橋接電路的4個GMR元件。因此，4個全部的GMR元件的磁化固定方向全部為同一方向。
[0005]圖1、圖2為說明GMR元件的特性的圖。首先，對于本發(fā)明中使用的GMR元件的特性， 參照圖1、圖2進行說明。GMR元件為輸出的電阻值根據(jù)輸入的磁場的方向變化的旋閥型的 GMR元件(巨磁阻效應元件)。于是，在圖1和圖2中，示出了磁場H相對于GMR元件的侵入角與電阻值的關系。
[0006]圖1的例子中的GMR芯片1在其上面形成有GMR元件。該GMR元件被構成為在箭頭A方向上被磁化固定以至能夠檢測箭頭A方向的磁場。
[0007]于是，在圖1中，GMR元件配置于相對于該GMR元件的形成面垂直入射的磁場H中。在該情況下，GMR元件的電阻值如圖2所示成為“Ro”。相對于此，如果磁場H的方向傾斜，則如圖 1的虛線所示，磁場H相對于GMR元件面的入射角從垂直方向傾斜僅-A 0( A (Delta):用來表示變化量)或者+△ 0的角度。于是，GMR元件如上述所示在一個方向上被磁化固定，因此在該方向上磁場的方向改變，如圖2所示，GMR電阻值改變。這樣，GMR元件具有下述特性，在將入射的磁場的方向為垂直的狀態(tài)下的電阻值設定為R〇時，磁場H的方向僅傾斜微小角度時電阻值有特別大的變化。
[0008]圖3、圖4是現(xiàn)有的磁傳感器的結構圖。在使用形成如上所述的橋接電路的GMR芯片檢測一個方向的磁場的情況下，在專利文獻1中將該橋接電路中相互相鄰而未連接的成對的GMR元件形成于基本上相同位置的元件形成部的周圍，配置改變輸入到GMR元件的磁場的方向的磁性體21。
[0009]再有，上述磁性體21可以將一個方向的外部磁場在GMR元件間改變?yōu)椴煌姆较颉?這樣，以相對于橋接電路以內的4個GMR元件，對一個元件為磁化固定方向，對另一個元件為其相反方向而導出磁場的方式配置。這樣從橋接電路輸出大的差動電壓，可以謀求一個方向的磁場的檢測精度的提高。
[0010]圖5是在專利文獻1中通過磁性體21向GMR元件部11、12導入的磁場H的示意圖中和 GMR元件11、12的磁化固定方向、GMR元件形成面垂直的面上的樣子的圖。磁場H由于磁性體 21而彎曲，在GMR元件部11、12中，產生朝向GMR元件部11、12的磁感應方向的磁場成分(X軸方向磁場)，如上所述GMR電阻值發(fā)生變化。由此，可以構成對磁場的變化高靈敏度的傳感器。另外，在以下的全部說明中，將與GMR元件的磁化固定方向平行的方向定義為X軸方向， 將在GMR元件形成面內與GMR元件的磁化固定方向垂直的方向定義為Y軸方向，并將與GMR元件形成面垂直的方向定義為Z軸方向。
[0011]圖6是專利文獻1中，通過磁性體21導入到GMR元件部11、12的磁場H的示意圖中由X 軸和Y軸形成的面上的圖。磁場H在從紙面從跟前導入到內部方向之后，通過磁性體21的作用而被彎曲，相對于GMR元件部11、12傾斜到磁感應方向并被導入。這樣，向GMR元件部11、12 的磁感應方向的磁場成分(X軸方向磁場)增加，并且如上所述GMR電阻值變化。
[0012]另外，在專利文獻2中，公開有對磁阻效應元件，配置多個將來自外部的垂直磁場轉換為朝向水平方向的磁場成分而給予的磁性體，從而檢測垂直磁場成分的傳感器。
[0013]現(xiàn)有技術文獻
[0014]專利文獻
[0015] 專利文獻1:日本專利第5500785號公報 [〇〇16] 專利文獻2:日本專利第5597206號公報
[0017]然而，在上述專利文獻1、專利文獻2中公開的技術中，存在下述問題，即，為了檢測微弱的磁場，導出至元件部的磁場的量不充分，從而有必要提高磁檢測精度。
【發(fā)明內容】
[0018]因此，本發(fā)明的目的是為了解決上述技術問題，S卩，以簡便的構成提高磁傳感器的磁檢測精度。
[0019]在此，作為本發(fā)明的一個方式的磁傳感器，在電阻值根據(jù)輸入的磁場的方向而發(fā)生變化的磁阻效應元件的附近配置改變輸入到磁阻效應元件的磁場的方向的磁性體，該磁性體在平行于磁阻效應元件的配置面的面上的截面形狀中至少1個角部被倒角，從而將檢測磁場高效地導出到磁阻元件，從而可以提高磁檢測精度。
[0020]磁性體優(yōu)選以具有至少1個平面的形狀被倒角。這樣將檢測磁場高效地導出到磁阻元件，從而可以提高磁檢測精度。
[0021]磁性體優(yōu)選以具有至少1個彎曲部的形狀被倒角。這樣將檢測磁場高效地導出到磁阻元件，從而可以提高磁檢測精度。[〇〇22]再有，磁性體優(yōu)選為軟磁性體。
[0023] 根據(jù)上述的發(fā)明，通過由上述磁性體的上述倒角高效地將檢測磁場導出到磁阻元件，從而可以提高磁傳感器的磁檢測精度?！靖綀D說明】
[0024]圖1是表示GMR芯片的結構的圖。
[0025]圖2是說明GMR元件的特性的圖。
[0026]圖3是表示現(xiàn)有的磁傳感器結構(X-Z軸面)的圖。
[0027]圖4是表示現(xiàn)有的磁傳感器結構(X-Y軸面)的圖。
[0028]圖5是導入到現(xiàn)有例中的GMR元件部的磁通(X-Z軸面)的示意圖。
[0029]圖6是導入到現(xiàn)有例中的GMR元件部的磁通(X-Y軸面)的示意圖。
[0030]圖7是表示實施方式1中的磁傳感器的結構(X-Z軸面)的圖。
[0031]圖8是表示實施方式1中的磁傳感器的結構(X-Y軸面)的圖。
[0032]圖9是導入到實施方式1中的GMR元件部的磁通的示意圖。
[0033]圖10現(xiàn)有例與實施方式1中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0034]圖11是表示實施方式2中的磁傳感器的結構(X-Z軸面)的圖。
[0035]圖12是表示實施方式2中的磁傳感器的結構(X-Y軸面)的圖。
[0036]圖13是導入到實施方式2中的GMR元件部的磁通的示意圖。
[0037]圖14是現(xiàn)有例與實施方式2中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0038]圖15是表示實施方式3中的磁傳感器的結構(X-Z軸面)的圖。
[0039]圖16是表示實施方式3中的磁傳感器的結構(X-Y軸面)的圖。
[0040]圖17是導入到實施方式3中的GMR元件部的磁通的示意圖。
[0041]圖18是現(xiàn)有例與實施方式3中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0042]圖19是表示實施方式4中的磁傳感器的結構(X-Z軸面)的圖。[〇〇43]圖20是表示實施方式4中的磁傳感器的結構(X-Y軸面)的圖。
[0044]圖21是導入到實施方式4中的GMR元件部的磁通的示意圖。
[0045]圖22是現(xiàn)有例與實施方式4中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0046]符號的說明
[0047]1 GMR 芯片
[0048]10現(xiàn)有例中的GMR芯片
[0049]11、12現(xiàn)有例中的元件形成部
[0050]21現(xiàn)有例中的磁性體[0051 ]110實施方式1中的GMR芯片[〇〇52]111、112實施方式1中的元件形成部[〇〇53]121實施方式1中的磁性體[〇〇54]131實施方式1中的磁性體倒角部
[0055]210實施方式2中的GMR芯片[〇〇56]211、212實施方式2中的元件形成部[〇〇57]221實施方式2中的磁性體[〇〇58]231實施方式2中的磁性體倒角部
[0059]310實施方式3中的GMR芯片[〇〇6〇] 311、312實施方式3中的元件形成部
[0061]321實施方式3中的磁性體[〇〇62]331實施方式3中的磁性體倒角部
[0063]410實施方式4中的GMR芯片[〇〇64]41U412實施方式4中的元件形成部[〇〇65]421實施方式4中的磁性體[〇〇66]431實施方式4中的磁性體倒角部[0〇67] A磁化固定方向
[0068] H 磁場【具體實施方式】[〇〇69]在實施方式中說明本發(fā)明的具體結構。以下，在實施方式1中說明本發(fā)明中的磁傳感器的基本結構，并在實施方式2?4中說明本發(fā)明中的磁傳感器的應用結構。
[0070]另外，作為磁阻元件以GMR為例進行說明，不過也能夠適用包括TMR、AMR等在內的具有磁阻效應的元件。
[0071](實施方式1)
[0072]參照圖7?圖10說明本發(fā)明的第1的實施方式。圖7是本實施方式中的磁傳感器中在X-Z軸方向上的結構圖。圖8是本實施方式中的磁傳感器中在X-Y軸方向上的結構圖。圖9 是本實施方式中由磁性體入射到GMR元件部的磁場的示意圖。圖10是現(xiàn)有例和本實施方式中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0073][結構][〇〇74]參照圖7、圖8說明本實施方式的軟磁性體的形狀。在GMR芯片110形成有GMR元件 111、112。進一步這些GMR元件構成橋接電路，在該橋接電路的周圍，配置有改變輸入到磁阻元件的磁場的方向的磁性體121。另外，在磁性體121，在由X-Y軸形成的截面中，在其角部具有磁性體倒角部131。[〇〇75]再有，磁性體121的磁性體倒角部131優(yōu)選具有1個平面。[〇〇76]磁性體121為例如鐵氧體、坡莫合金(N1-Fe合金)或鐵硅鋁(Sendust)(Fe-Si_Al合金)等的軟磁性體，只要是在作為上述磁性體121的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其材料沒有限定。[〇〇77]再有，在構成磁性體121時，優(yōu)選由1個部件構成，不過只要在作為上述磁性體121 的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其部件數(shù)目沒有限定。
[0078][動作]
[0079]接下來，參照圖9，說明由上述結構導入到GMR元件部111、112的磁場H。入射到磁性體121的來自Z軸方向上的紙面、跟前方向的磁場與現(xiàn)有例的作用同樣通過磁性體121被彎曲，并導入到磁性體121內部。
[0080]導入到磁性體121內部的磁場H在磁性體121的磁性體倒角部131附近由其倒角形狀導出到GMR元件形成側的磁場H被彎曲到GMR元件的磁感應方向側。通過這樣的作用，磁場 H中與作為GMR元件的磁感應方向的X軸方向平行的方向成分的磁場增加，從而可以提高磁傳感器的檢測精度。[0081 ]參照圖10，通過模擬由上述結構產生的導入到GMR元件部111、112的磁場H的強度，針對與現(xiàn)有例比較的結果進行說明?？梢源_認在實施方式1中，與現(xiàn)有例相比GMR元件部 111、112的磁場H的強度增加。
[0082]由于如上所示的作用，結果可以通過增加GMR元件部的磁場量來提高磁傳感器的磁檢測精度。[〇〇83](實施方式2)
[0084]參照圖11?圖14說明本發(fā)明的第2實施方式。圖11是本實施方式中的磁傳感器中在X-Z軸方向上的結構圖。圖12是本實施方式中的磁傳感器中在X-Y軸方向上的結構圖。圖 13是本實施方式中的通過磁性體入射到GMR元件部的磁場的示意圖。圖14是現(xiàn)有例與本實施方式中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0085][結構]
[0086]參照圖11、圖12說明本實施方式的軟磁性體的形狀。在GMR芯片210形成有GMR元件 211、212。進一步這些GMR元件構成橋接電路，在該橋接電路的周圍配置有改變輸入到磁阻元件的磁場的方向的磁性體221。另外，在磁性體221，在由X-Y軸形成的截面中，在其角部具有磁性體倒角部231。
[0087]再有，磁性體221的磁性體倒角部231在由X軸和Y軸形成的平面中的形狀優(yōu)選具有 2個平面，不過只要是在作為磁性體倒角部231的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內， 可以為具有2個以上的平面的形狀。[〇〇88] 磁性體221例如為鐵氧體、坡莫合金(N1-Fe合金)或鐵硅鋁(Sendust)(Fe-Si_Al合金)等的軟磁性體，只要是在作為上述磁性體221的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其材料沒有限定。
[0089]再有，在構成磁性體221時，優(yōu)選由1個部件構成，不過只要在作為上述磁性體221 的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其部件數(shù)目沒有限定。
[0090][動作][0091 ] 接下來，參照圖13，說明由上述結構導入到GMR元件部211、212的磁場H。入射到磁性體221的來自Z軸方向上的紙面、跟前方向的磁場與現(xiàn)有例的作用同樣通過磁性體221而被彎曲，并導入到磁性體221內部。[〇〇92]導入到磁性體221內部的磁場H在磁性體221的磁性體倒角部231附近由其倒角形狀導出到GMR元件形成側的磁場H被彎曲到GMR元件的磁感應方向側。通過這樣的作用，磁場 H中與作為GMR元件的磁感應方向的X軸方向平行的方向成分的磁場增加，從而可以提高磁傳感器的檢測精度。
[0093]參照圖14,通過模擬由上述結構產生的導入到GMR元件部111、112的磁場H的強度， 針對與現(xiàn)有例比較的結果進行說明。可以確認在實施方式2中，與現(xiàn)有例相比GMR元件部 211、212的磁場11的強度增加。
[0094]由于如上所示的作用，結果可以通過增加GMR元件部的磁場量來提高磁傳感器的磁檢測精度。[〇〇95](實施方式3)
[0096]參照圖15?圖18說明本發(fā)明的第3的實施方式。圖15是本實施方式中的磁傳感器中在X-Z軸方向上的結構圖。圖16是本實施方式中的磁傳感器中在X-Y軸方向上的結構圖。 圖17是本實施方式中通過磁性體入射到GMR元件部的磁場的示意圖。圖18是現(xiàn)有例與本實施方式中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。[〇〇97][結構]
[0098]參照圖15、圖16對本實施方式的軟磁性體的形狀進行說明。在GMR芯片310形成有 GMR元件311、312。進一步這些GMR元件構成橋接電路，在該橋接電路的周圍配置有改變輸入到磁阻元件的磁場的方向的磁性體321。另外，在磁性體321，在由X-Y軸形成的截面中，在其角部具有磁性體倒角部331。[〇〇99]再有，磁性體321的磁性體倒角部331在由X軸和Y軸形成的平面中的形狀優(yōu)選在磁性體321的中心方向上具有鼓出的圓弧形狀，不過只要是在作為磁性體倒角部331的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，可以為一部分或者全部含有圓弧形狀的形狀，進一步也可以是圓弧形狀和多邊形復合后的合成形狀。
[0100]磁性體321例如為鐵氧體、坡莫合金(N1-Fe合金)或鐵硅鋁(Sendust)(Fe-S1-Al合金)等的軟磁性體，只要是在作為上述磁性體321的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其材料沒有限定。
[0101]再有，在構成磁性體321時，優(yōu)選由1個部件構成，不過只要在作為上述磁性體321 的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其部件數(shù)目沒有限定。
[0102][動作]
[0103]接下來，參照圖17，說明由上述結構導入到GMR元件部311、312的磁場H。入射到磁性體321的來自Z軸方向上的紙面、跟前方向的磁場與現(xiàn)有例的作用同樣通過磁性體321而被彎曲，并導入到磁性體321內部。
[0104]導入到磁性體321內部的磁場H在磁性體321的磁性體倒角部331附近由其倒角形狀導出到GMR元件形成側的磁場H被彎曲到GMR元件的磁感應方向側。通過這樣的作用，磁場 H中與作為GMR元件的磁感應方向的X軸方向平行的方向成分的磁場增加，從而可以提高磁傳感器的檢測精度。
[0105]參照圖18，通過模擬由上述結構產生的導入到GMR元件部311、312的磁場H的強度， 針對與現(xiàn)有例比較的結果進行說明?？梢源_認在實施方式3中，與現(xiàn)有例相比導入到GMR元件部311、312的磁場11的強度增加。
[0106]由于如上所示的作用，結果可以通過增加GMR元件部的磁場量來提高磁傳感器的磁檢測精度。[〇1〇7](實施方式4)
[0108]參照圖19?圖22說明本發(fā)明的第4的實施方式。圖19是本實施方式中的磁傳感器中在X-Z軸方向上的結構圖。圖20是本實施方式中的磁傳感器中在X-Y軸方向上的結構圖。 圖21是本實施方式中，通過磁性體入射到GMR元件部的磁場的示意圖。圖22是現(xiàn)有例與本實施方式中的磁阻元件部的X軸方向的磁場量的模擬結果。
[0109][結構][〇11〇]參照圖19、圖20說明本實施方式的軟磁性體的形狀。在GMR芯片410形成有GMR元件 411、412。進一步這些GMR元件構成橋接電路，在該橋接電路的周圍配置有改變輸入到磁阻元件磁場的方向的磁性體421。另外，在磁性體421，在由X-Y軸形成的截面中，在其角部具有磁性體倒角部431。
[0111]再有，磁性體421的磁性體倒角部431在由X軸和Y軸形成的平面中的形狀優(yōu)選在磁性體421的外側方向上具有鼓出的圓弧形狀，不過只要是在作為磁性體倒角部431的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，可以為一部分或者全部含有圓弧形狀的形狀，進一步也可以是圓弧形狀和多邊形復合后的合成形狀。
[0112]磁性體421例如為鐵氧體、坡莫合金(N1-Fe合金)或鐵硅鋁(Sendust)(Fe-Si_Al合金)等的軟磁性體，只要是在作為上述磁性體421的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其材料沒有限定。
[0113]再有，在構成磁性體421時，優(yōu)選由1個部件構成，不過只要在作為上述磁性體421 的功能能夠改變上述磁場H的方向的范圍內，對其部件數(shù)目沒有限定。
[0114][動作]
[0115]接下來，參照圖21，說明由上述結構導入到GMR元件部411、412的磁場H。入射到磁性體421的來自Z軸方向上的紙面、跟前方向的磁場與現(xiàn)有例的作用同樣通過磁性體421而被彎曲，并導入到磁性體421內部。
[0116]導入到磁性體421內部的磁場H在磁性體421的磁性體倒角部431附近由其倒角形狀導出到GMR元件形成側的磁場H被彎曲到GMR元件的磁感應方向側。通過這樣的作用，磁場 H中與作為GMR元件的磁感應方向的X軸方向平行的方向成分的磁場增加，從而可以提高磁傳感器的檢測精度。
[0117]參照圖22,通過模擬由上述結構產生的導入到GMR元件部411、412的磁場H的強度， 針對與現(xiàn)有例比較的結果進行說明。可以確認在實施方式4中，與現(xiàn)有例相比導入到GMR元件部411、412的磁場11的強度增加。
[0118]由于如上所示的作用，結果可以通過增加GMR元件部的磁場量來提高磁傳感器的磁檢測精度。
[0119]產業(yè)上的利用可能性
[0120]本發(fā)明可以利用于磁傳感器、電流表、編碼器等各種測量設備中，具有在產業(yè)上利用的可能性。
【主權項】
1.一種磁傳感器，其特征在于，在電阻值根據(jù)所輸入的磁場的方向而發(fā)生變化的磁阻效應元件的附近，配置有改變輸 入到所述磁阻效應元件的磁場的方向的磁性體，所述磁性體在平行于所述磁阻效應元件的 配置面的面上的截面形狀中具有至少1個的角部被倒角后的倒角部。2.如權利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，所述磁性體的所述倒角部以具有至少1個平面的形狀被倒角。3.如權利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，所述磁性體的所述倒角部以具有至少1個彎曲部的形狀被倒角。4.如權利要求1?3中任一項所述的磁傳感器，其特征在于，所述磁性體為軟磁性體。
【文檔編號】G01R33/09GK105974338SQ201610139634
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】田邊圭
【申請人】Tdk株式會社