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DE102018127118A1 - Magnetsensor - Google Patents

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DE102018127118A1
DE102018127118A1 DE102018127118.2A DE102018127118A DE102018127118A1 DE 102018127118 A1 DE102018127118 A1 DE 102018127118A1 DE 102018127118 A DE102018127118 A DE 102018127118A DE 102018127118 A1 DE102018127118 A1 DE 102018127118A1
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DE
Germany
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magnetic sensor
soft magnetic
magnetic body
end portions
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102018127118.2A
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English (en)
Inventor
Keisuke Uchida
Yuta Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
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Abstract

Ein Magnetsensor gemäß der Erfindung hat einen Elementabschnitt mit einem magnetoresistiven Effekt und eine magnetisch empfindlichen Achse, die in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet ist, sowie einen weichmagnetischen Körper, der nahe dem Elementabschnitt angeordnet ist und dem Elementabschnitt, in einer Richtung der magnetisch empfindlichen Achse betrachtet, entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten desselben verschiedenen Abschnitts gegenüberliegt. Der weichmagnetische Körper hat vorstehende Flächen, die an den beiden Endabschnitten in Richtung des Elementabschnitts vorstehen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Patentanmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 31. Oktober 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-210607 , deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich hierin aufgenommen wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Als Sensor zum Erfassen der Position eines sich bewegenden Gegenstands ist ein Magnetsensor bekannt (siehe JP2009-300150 ), der ein Element mit einem magnetoresistiven Effekt aufweist. Ein Magnetsensor bewegt sich relativ zu einem Magnet und erfasst dadurch eine Änderung in einem von dem Magnet erzeugten äußeren Magnetfeld und ermittelt die Bewegungsstrecke des sich bewegenden Gegenstands auf der Grundlage der erfassten Änderung im äußeren Magnetfeld.
  • JP2009-300150 offenbart einen Magnetsensor, der einen Elementabschnitt und weichmagnetische Körper aufweist, wie in der zugehörigen 1 dargestellt. Der Elementabschnitt ist länglich und zeigt einen magnetoresistiven Effekt. Die weichmagnetischen Körper sind, in Richtung der Höhe betrachtet, auf beiden Seiten des Elementabschnitts und, in Richtung der Längsachse des Elementabschnitts betrachtet, auf der Oberseite des Elementabschnitts vorgesehen. Der Magnetsensor hat eine magnetisch empfindliche Achse, die parallel zur Längsachse des Elementabschnitts ist. JP2009-300150 offenbart ferner, dass der weichmagnetische Körper eine plane Fläche auf der dem Elementabschnitt zugewandten Seite hat. Der weichmagnetische Körper des Magnetsensors steht in der Richtung der Längsachse desselben auf beiden Seiten weiter vor als der Elementabschnitt, und beide Enden des weichmagnetischen Körpers sind breiter als der übrige Abschnitt des weichmagnetischen Körpers.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • JP2009-300150 , bei der beide Enden des weichmagnetischen Körpers breiter als der übrige Abschnitt ausgebildet sind, stellt einen Magnetsensor bereit, dessen Fähigkeit, ein Magnetfeld in einer zur magnetisch empfindlichen Achse perpendikularen Richtung abzuschirmen, verbessert ist.
  • Doch bedarf es eines Magnetsensors, der durch Verbesserung der Form des weichmagnetischen Körpers imstande ist, ein Magnetfeld in von der magnetisch empfindlichen Achse verschiedenen Richtungen wirksamer abzuschirmen (Erhöhung des Magnetfeld-Schirmfaktors).
  • Die vorliegende Erfindung soll einen Magnetsensor bereitstellen, der ein Magnetfeld in von der magnetisch empfindlichen Achse verschiedenen Richtungen wirksamer abschirmen kann, während die Fähigkeit erhalten bleibt, ein Magnetfeld in der Richtung der magnetisch empfindlichen Achse abzuschirmen.
  • Ein Magnetsensor der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Elementabschnitt mit einem magnetoresistiven Effekt und eine magnetisch empfindlichen Achse, die in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet ist; und einen weichmagnetischen Körper, der nahe dem Elementabschnitt angeordnet ist und dem Elementabschnitt, in einer Richtung der magnetisch empfindlichen Achse betrachtet, entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten desselben verschiedenen Abschnitts gegenüberliegt. Der weichmagnetische Körper hat vorstehende Flächen, die an den beiden Endabschnitten in Richtung des Elementabschnitts vorstehen.
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den nachstehenden Beschreibungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die Beispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine Ansicht des Hauptabschnitts eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform, in Richtung der X-Achse betrachtet;
    • 1B ist eine Teilschnittansicht des Magnetsensors, geschnitten entlang der Linie 1B-1B in 1A;
    • 1C ist ein Schaltbild des Magnetsensors gemäß der Ausführungsform;
    • 1D ist eine Schnittansicht eines Elementabschnitts, der den Hauptabschnitt des Magnetsensors gemäß der Ausführungsform bildet;
    • 1E ist eine Ansicht des Hauptabschnitts eines Magnetsensors gemäß einer ersten Abwandlung, in Richtung der X-Achse betrachtet;
    • 1F ist eine Ansicht des Hauptabschnitts eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Abwandlung, in Richtung der X-Achse betrachtet;
    • 2 ist eine Ansicht des Hauptabschnitts eines Magnetsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel, in Richtung der X-Achse betrachtet;
    • 3 ist ein Diagramm, das Magnetfeld-Schirmfaktoren in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse zeigt, die bei dem Magnetsensor der Ausführungsform (und der ersten und zweiten Abwandlung) und bei einem Magnetsensor eines Vergleichsbeispiels gemessen wurden; und
    • die 4A bis 4H sind jeweils Ansichten der Hauptabschnitte von Magnetsensoren gemäß dritten bis zehnten Abwandlungen, in Richtung der X-Achse betrachtet.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es werden eine Ausführungsform sowie auch Abwandlungen (erste bis zehnte Abwandlung) der Ausführungsform erläutert. Zunächst werden die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung erläutert und dann werden die anderen Abwandlungen (dritte bis zehnte Abwandlung) erläutert.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Ein Magnetsensor 10 (siehe die 1A bis 1D) der Ausführungsform ist beispielsweise ein Sensor zum Erfassen der Position eines sich bewegenden Gegenstands (nicht dargestellt) mit einem Magnet, das heißt ein Positionssensor. Der Magnetsensor 10 ist gestaltet, um sich relativ zu dem oben genannten Magnet zu bewegen und dadurch eine Änderung in einem von dem Magnet erzeugten äußeren Magnetfeld zu erfassen und die Bewegungsstrecke des sich bewegenden Gegenstands auf der Grundlage der erfassten Änderung zu ermitteln. Der Magnetsensor 10 der Ausführungsform hat eine später beschriebene magnetisch empfindliche Achse, welche die X-Achse ist (siehe die 1A und 1B usw.), und erfasst eine Änderung in dem Magnetfeld in Richtung der X-Achse (ein Beispiel für eine vorbestimmte Richtung). In den folgenden Beschreibungen entspricht die Z-Achsen-Richtung (siehe die 1A und 1B usw.) der Stapelrichtung von jedem Elementabschnitt 20, der später beschrieben wird, und die Y-Achsen-Richtung (siehe die 1A und 1B usw.) entspricht einer Richtung, die perpendikular sowohl zur Z-Achsen-Richtung als auch zur X-Achsen-Richtung ist.
  • Der Magnetsensor 10 wird beispielsweise für einen Linsenpositionserfassungsmechanismus verwendet, der einen Autofokusmechanismus oder einen optischen Bildverwackelungskorrekturmechanismus einer Kamera eines mobilen Informationsendgeräts und dergleichen bildet.
  • Der Magnetsensor 10 hat einen magnetoresistiven Elementabschnitt 100, der von dem Elementabschnitt 20 und der Abschirmung 30 (ein Beispiel für einen weichmagnetischen Körper) gebildet wird, wie in den 1A bis 1C dargestellt.
  • Wie in 1C dargestellt, hat der Magnetsensor 10 einen Sensorabschnitt 200, in dem magnetoresistive Elementabschnitte 100 miteinander gebrückt sind, und eine integrierte Schaltung 300 mit einem Eingangsanschluss 310, der mit dem Sensorabschnitt 200 elektrisch verbunden ist, einem Masseanschluss 320 und externen Ausgangsanschlüssen 330, 340 usw.
  • Der Elementabschnitt 20 der Ausführungsform ist beispielsweise länglich und weist einen magnetoresistiven Effekt auf, der später beschrieben wird. Der Elementabschnitt 20 ist derart angeordnet, dass die Richtung der Längsachse parallel zur X-Achsen-Richtung ist (siehe die 1A, 1B).
  • Der Elementabschnitt 20 hat beispielsweise eine typische Spin-Ventil-artige Schichtanordnung, wie in 1D dargestellt. Insbesondere umfasst der Elementabschnitt 20 eine freie Schicht 151, deren Magnetisierungsrichtung sich in Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld ändert, eine in der Magnetisierung fixierte Schicht 153, deren Magnetisierungsrichtung relativ zum äußeren Magnetfeld fixiert ist, eine Abstandsschicht 152, die zwischen der freien Schicht 151 und der in der Magnetisierung fixierten Schicht 153 angeordnet und mit beiden in Kontakt ist, und eine antiferromagnetische Schicht 154, die an die in der Magnetisierung fixierte Schicht 153 auf deren Rückseite, von der Abstandsschicht 152 aus betrachtet, angrenzt. Die freie Schicht 151, die Abstandsschicht 152, die in der Magnetisierung fixierte Schicht 153 und die antiferromagnetische Schicht 154 sind auf ein Substrat (nicht dargestellt) gestapelt. Die antiferromagnetische Schicht 154 fixiert die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 153 durch die Austauschkopplung mit der in der Magnetisierung fixierten Schicht 153. Die in der Magnetisierung fixierte Schicht 153 kann auch eine synthetische Struktur haben, bei der zwei ferromagnetische Schichten eine nichtmagnetische Zwischenschicht sandwichartig umgeben. Die Abstandsschicht 152 ist eine Tunnelbarriereschicht, die aus einem nichtmagnetischen Isolator wie Al2O3 ausgebildet ist. Entsprechend ist der Elementabschnitt 20 ein magnetisches Tunnelwiderstandselement (TMR-Element) mit einem Tunnel-Magnetowiderstandseffekt. Ein TMR-Element hat ein größeres MR-Verhältnis und eine höhere Ausgangsspannung von der Brückenschaltung als beispielsweise ein GMR-Element.
  • Die Abschirmung 30 der Ausführungsform hat eine Funktion, ein Magnetfeld zu absorbieren, das beispielsweise in der Y-Achsen-Richtung angelegt ist. Demzufolge hat die Abschirmung 30 eine Funktion, die Empfindlichkeit gegenüber einem Magnetfeld in der Y-Achsen-Richtung zu mindern, das von dem Elementabschnitt 20 erfasst wird. Die Abschirmung 30 ist beispielsweise aus NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrNb und dergleichen ausgebildet.
  • Die Abschirmung 30 weist den Hauptabschnitt 32 und ein Paar Vorsprünge 34 auf, wie in 1A dargestellt. Der Hauptabschnitt 32 ist beispielsweise quaderförmig und in der Nähe und auf der Oberseite des Elementabschnitts 20 entlang der Y-Achsen-Richtung angeordnet (siehe die 1A und 1B).
  • Der Hauptabschnitt 32 liegt dem Elementabschnitt 20 entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten verschiedenen Gebiets (das zentrale Gebiet) bezogen auf die Y-Achsen-Richtung gegenüber, wie es in 1A dargestellt ist (d.h. in der X-Achsen-Richtung betrachtet). Der Hauptabschnitt 32 liegt dem Elementabschnitt 20 entlang dem zentralen Gebiet desselben bezogen auf die X-Achsen-Richtung gegenüber, wie es in 1B dargestellt ist (d.h. in der Y-Achsen-Richtung betrachtet).
  • Jeder Vorsprung 34 ist beispielsweise quaderförmig und erstreckt sich in der X-Achsen-Richtung. Insbesondere sind die Vorsprünge 34 derart an beiden Enden des Hauptabschnitts 32 bezogen auf eine Richtung der Längsachse desselben (die Y-Achsen-Richtung) angeordnet, dass die Vorsprünge 34 nach unten vom Hauptabschnitt 32 abstehen, wie es in 1A dargestellt ist. Die Vorsprünge 34 sind, anders gesagt, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, auf der Unterseite 32A des Hauptabschnitts 32 (ein Beispiel einer Fläche der Abschirmung 30, die dem Elementabschnitt 20 zugewandt ist) an beiden Endabschnitten desselben angeordnet. Demgemäß ist ein Paar hervorstehender Flächen 32B, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen, an beiden Endabschnitten der Abschirmung 30 ausgebildet. Mit anderen Worten befindet sich die Fläche der Abschirmung 30, die dem Elementabschnitt 20 zugewandt ist, an ihren beiden Endabschnitten (hervorstehende Flächen 32B) in der Richtung, in der der Elementabschnitt 20 und die Abschirmung 30 einander gegenüberliegen (Z-Achsen-Richtung), näher am Elementabschnitt 20 als ein von den beiden Endabschnitten verschiedener Abschnitt (ein Abschnitt der Unterseite 32A, die dem Elementabschnitt 20 zugewandt ist). Ein Paar Vorsprünge 34 ist derart angeordnet, dass die Vorsprünge 34 den Elementabschnitt 20 in der Y-Achsen-Richtung sandwichartig umgeben (das heißt, die Vorsprünge 34 sind auf beiden Außenseiten des Elementabschnitts 20 bezogen auf die Richtung seiner Breite angeordnet), wie in 1A dargestellt ist. In der vorliegenden Beschreibung ist der Vorsprung 34 ein Abschnitt der Abschirmung 30, wo die hervorstehende Fläche 32B ausgebildet ist. Bei der Ausführungsform ist jeder Vorsprung 34 auf der Oberseite des Elementabschnitts 20 angeordnet. Mit anderen Worten ist die vorstehende Länge (Höhe) von jedem Vorsprung 34 von der Unterseite 32A kleiner (kürzer) als der Abstand zwischen der Unterseite 32A und dem Elementabschnitt 20.
  • [Erste und zweite Abwandlung]
  • Als Nächstes werden die Ausgestaltungen und die Wirkung der ersten und zweiten Abwandlung mit Bezug auf 1E bzw. 1F erläutert. In der nachstehenden Beschreibung werden, wenn bei den jeweiligen Abwandlungen dieselben Elemente wie bei der Ausführungsform verwendet werden, die Bezeichnungen und die Bezugszeichen gemäß der Ausführungsform verwendet.
  • Beim Magnetsensor 10 Ader ersten Abwandlung (siehe 1E) ist die vorstehende Länge von jedem Vorsprung 34A von der Unterseite 32A größer als die vorstehende Länge von jedem Vorsprung 34 von der Unterseite 32A bei dem Magnetsensor 10 der Ausführungsform (siehe 1A). Mit anderen Worten ist der Zwischenraum (der Abstand in der Z-Achsen-Richtung) zwischen der Unterseite 32A und jeder hervorstehenden Fläche 32B bei der ersten Abwandlung größer als der Abstand zwischen der Unterseite 32A und jeder hervorstehenden Fläche 32B bei der Ausführungsform. Doch ist bei der vorliegenden Abwandlung jeder Vorsprung 34A auf der Oberseite des Elementabschnitts 20 in derselben Weise wie bei der Ausführungsform angeordnet. Der Magnetsensor 10 A der vorliegenden Abwandlung ist derselbe wie der Magnetsensor 10 der Ausführungsform, mit Ausnahme des oben Gesagten.
  • Die vorstehende Länge von jedem Vorsprung 34A von der Unterseite 32A ist beim Magnetsensor 10 B der zweiten Abwandlung (siehe 1F) größer als die vorstehende Länge beim Magnetsensor 10 der Ausführungsform (siehe 1A). Ferner befindet sich bei der vorliegenden Abwandlung das Vorderende von jedem Vorsprung 34B (das untere Vorderende in der Z-Achsen-Richtung) anders als bei der Ausführungsform unterhalb des Elementabschnitts 20. Das heißt, dass beim Magnetsensor 10 B der vorliegenden Abwandlung jeder Vorsprung 34B bis in eine Position vorsteht, wo sich der Vorsprung 34B, in der Y-Achsen-Richtung betrachtet, mit dem Elementabschnitt 20 überdeckt. Der Magnetsensor 10 B der vorliegenden Abwandlung ist derselbe wie der Magnetsensor 10 der Ausführungsform, mit Ausnahme des oben Gesagten.
  • Als Nächstes wird die Wirkung der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In den nachfolgenden Beschreibungen werden die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung (siehe die 1A bis 1F) nach Bedarf mit einem Vergleichsbeispiel (siehe 2) verglichen. Wenn beim Vergleichsbeispiel dieselben Elemente wie bei der Ausführungsform verwendet werden, werden die Bezeichnungen und die Bezugszeichen gemäß der Ausführungsform verwendet.
  • Die erste Wirkung wird durch die Vorsprünge 34 erzielt, die an beiden Endabschnitten der Abschirmung 30 vorgesehen sind, die dem Elementabschnitt 20 entlang einem Gebiet, das von den beiden Endabschnitten verschieden ist (das zentrale Gebiet), gegenüberliegt, und die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen. Mit anderen Worten wird die erste Wirkung durch die hervorstehenden Flächen 32B erzielt, die auf beiden Endabschnitten der Abschirmung 30 vorgesehen sind und in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen. Die erste Wirkung wird erläutert, indem die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung mit dem Vergleichsbeispiel verglichen werden.
  • Der Magnetsensor 10C des Vergleichsbeispiels (siehe 2) unterscheidet sich vom Magnetsensor 10 der Ausführungsform darin, dass die Abschirmung 30C keine Vorsprünge 34 umfasst (das heißt, die Abschirmung 30C besteht nur aus dem Hauptabschnitt 32 der Ausführungsform). Der Magnetsensor 10C des Vergleichsbeispiels weist, mit Ausnahme des oben Gesagten, die gleiche Gestaltung wie der Magnetsensor 10 der Ausführungsform auf.
  • Das Diagramm von 3 zeigt Messergebnisse der Magnetfeld-Schirmfaktoren (Magnetfelddämpfungsrate) in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung. Die Messergebnisse wurden erhalten, indem ein Magnetfeld an die Magnetsensoren 10, 10A und 10B der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung und an den Magnetsensor 10 C des Vergleichsbeispiels in einer beliebigen Richtung angelegt wurde. Die horizontale Achse des Diagramms in 3 zeigt einen Magnetfeld-Schirmfaktor in der Y-Achsen-Richtung (im Folgenden als „Y-Schirmfaktor“ bezeichnet) und die vertikale Achse zeigt einen Magnetfeld-Schirmfaktor in der X-Achsen-Richtung (im Folgenden als „X-Schirmfaktor“ bezeichnet). Der Schirmfaktor (%) ist definiert als [Magnetfeld, das an den Elementabschnitt 20 angelegt ist] (mT) / [äußeres Magnetfeld] (mT)) × 100.
  • Der X-Schirmfaktor ist ein Beispiel eines Magnetfeld-Schirmfaktors in der Richtung der magnetisch empfindlichen Achse. Der Y-Schirmfaktor ist ein Beispiel eines Magnetfeld-Schirmfaktors in der Richtung, in der die beiden Endabschnitte des Hauptabschnitts 32 (Abschirmung 30) ausgerichtet sind (Y-Achsen-Richtung).
  • Es ist für jeden Magnetsensor 10, 10A, 10B, 10C wünschenswert, dass im Diagramm von 3 der Y-Schirmfaktor groß und der X-Schirmfaktor klein ist, weil es wünschenswert ist, ein Magnetfeld in der X-Achsen-Richtung (präzise) zu erfassen, während die Erfassung eines Magnetfelds in der Y-Achsen-Richtung (so weit wie möglich) vermieden wird.
  • Beim Vergleichsbeispiel betrugen der X-Schirmfaktor rund 20% und der Y-Schirmfaktor rund 57%. Bei der Ausführungsform betrugen der X-Schirmfaktor rund 20% und der Y-Schirmfaktor rund 62%. Bei der ersten Abwandlung betrugen der X-Schirmfaktor rund 21% und der Y-Schirmfaktor rund 67%. Bei der zweiten Abwandlung betrugen der X-Schirmfaktor rund 21% und der Y-Schirmfaktor rund 73%.
  • Aus den oben genannten Messergebnissen geht hervor, dass die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung den Y-Schirmfaktor gegenüber dem Vergleichsbeispiel erhöhen können, während der X-Schirmfaktor im Wesentlichen auf derselben Höhe wie beim Vergleichsbeispiel gehalten wird. Vergleicht man die Ausführungsform, die erste Abwandlung und die zweite Abwandlung miteinander, hatte der X-Schirmfaktor ungefähr die gleiche Höhe, doch je größer die vorstehende Länge der Vorsprünge 34, 34A, 34B ist, desto größer ist der Y-Schirmfaktor.
  • Der Erfinder denkt, dass der Grund dafür, dass die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung größere Y-Schirmfaktoren als das Vergleichsbeispiel aufzeigen, in Folgendem besteht. Bei der Ausführungsform sowie bei der ersten und zweiten Abwandlung haben die Abschirmungen 30, 30A, 30B (siehe 1A, 1E bzw. 1F) Vorsprünge 34, 34A, 34B, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen, im Unterschied zur Abschirmung 30C des Vergleichsbeispiels, die nur vom Hauptabschnitt 32 der Ausführungsform oder der ersten oder zweiten Abwandlung (siehe 2) gebildet wird. Mit anderen Worten sind die hervorstehenden Flächen 32B, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen, bei der Abschirmung 30, 30A, 30B ausgebildet (siehe die 1A, 1E und 1F). Bei der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung wird ein Magnetfeld, das in der Y-Achsen-Richtung angelegt ist, nicht nur vom Hauptabschnitt 32 absorbiert, sondern auch von einem Paar Vorsprünge 34, 34A und 34B. Es wird angenommen, dass eine derartige Anordnung zu den Messergebnissen in 3 führt.
  • Demzufolge kann ein Magnetsensor 10, 10A, 10B der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung gegenüber dem Magnetsensor 10 C des Vergleichsbeispiels eine Magnetfeld-Abschirmwirkung in der Y-Achsen-Richtung unter Beibehaltung der Magnetfeld-Abschirmwirkung in der X-Achsen-Richtung verstärken.
  • Anhand der in 3 gezeigten Messergebnisse zeigt sich, dass der Y-Schirmfaktor des Vergleichsbeispiels weniger als 60% betrug, während die Y-Schirmfaktoren der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung mehr als 60% betrugen. Daher denkt der Erfinder, dass es bei der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung möglich ist, den Y-Schirmfaktor von weniger als 60% auf mehr als 60% zu erhöhen, indem man hervorstehende Flächen 32B auf beiden Endabschnitten der Abschirmung 30 ausbildet, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen (oder indem man Vorsprünge 34, 34A, 34B auf beiden Enden der Abschirmung 30 vorsieht).
  • Ein Verhältnis des Y-Schirmfaktors zum X-Schirmfaktor war beim Vergleichsbeispiel kleiner als drei, während das Verhältnis bei der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung größer als drei war. Daher denkt der Erfinder, dass es bei der Ausführungsform sowie der ersten und zweiten Abwandlung möglich ist, das Verhältnis des Y-Schirmfaktors zum X-Schirmfaktor auf mehr als drei zu erhöhen, indem man hervorstehende Flächen 32B auf beiden Endabschnitten der Abschirmung 30 ausbildet, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen (oder indem man Vorsprünge 34, 34A, 34B auf beiden Enden der Abschirmung 30 vorsieht).
  • Die zweite Wirkung wird durch die Anordnung des Magnetsensors 10B der zweiten Abwandlung erzielt, bei der ein Paar Vorsprünge 34B bis in Positionen vorstehen, wo sich die Vorsprünge 34B, in der Y-Achsen-Richtung betrachtet, mit dem Elementabschnitt 20 überdecken. Die zweite Wirkung wird mit Bezug auf das Diagramm von 3 und durch Vergleich der zweiten Abwandlung mit der Ausführungsform und der ersten Abwandlung erläutert.
  • Wie oben erwähnt (wie im Diagramm von 3 dargestellt), hatte der X-Schirmfaktor bei der Ausführungsform, der ersten Abwandlung und der zweiten Abwandlung ungefähr die gleiche Höhe, doch je größer die vorstehende Länge der Vorsprünge 34, 34A, 34B ist, desto größer ist der Y-Schirmfaktor.
  • Der Erfinder denkt, dass der Grund dafür, dass der Y-Schirmfaktor zunimmt, wenn die vorstehende Länge der Vorsprünge 34, 34A, 34B zunimmt, in Folgendem besteht. Ein Magnetfeld, das in der Y-Achsen-Richtung angelegt ist, wird von dem Hauptabschnitt 32 und einem Paar Vorsprünge 34, 34A, 34B, wie oben erwähnt, absorbiert, und wenn die vorstehende Länge der Vorsprünge 34, 34A, 34B zunimmt, fließt ein Magnetfeld in der Y-Achsen-Richtung leichter gegen den Vorsprung 34, 34A, 34B und dementsprechend erhöht sich der Magnetfeld-Abschirmfaktor in der Y-Achsen-Richtung. Es wird angenommen, dass dies zu den in 3 gezeigten Messergebnissen führt.
  • Demgemäß kann der Magnetsensor 10B der zweiten Abwandlung die Magnetfeld-Abschirmwirkung in der Y-Achsen-Richtung unter Beibehaltung der Magnetfeld-Abschirmwirkung in der X-Achsen-Richtung im Vergleich zu einer Anordnung, bei der ein Paar Vorsprünge 34B nicht in Positionen vorsteht, wo sich die Vorsprünge 34B, in der Y-Achsen-Richtung betrachtet, mit dem Elementabschnitt 20 überdecken, verstärken.
  • [Abwandlungen (dritte bis zehnte Abwandlung]
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Rückgriff auf die Ausführungsform sowie die erste und zweite Abwandlung als Beispiele beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt. Beispielsweise sind die folgenden Abwandlungen in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
  • Beispielsweise ist bei der Ausführungsform der Elementabschnitt 20 derart angeordnet, dass seine Längsachse parallel zur X-Achsen-Richtung ist (siehe die 1A und 1B). Wenn jedoch die magnetisch empfindliche Achse in die X-Achsen-Richtung ausgerichtet ist, kann der Elementabschnitt 20 derart angeordnet sein, dass seine Längsachse parallel zu einer anderen Richtung als der X-Achsen-Richtung ist. Beispielsweise kann der Elementabschnitt 20 derart angeordnet sein, dass seine Längsachse parallel zur Y-Achsen-Richtung ist.
  • Bei der Ausführungsform ist der Hauptabschnitt 32, der die Abschirmung 30 bildet, quaderförmig (siehe die 1A und 1B). Doch kann der Hauptabschnitt 32 eine andere Form als ein Quader haben, sofern ein Paar Vorsprünge (oder hervorstehende Flächen) derart auf beiden Enden der Abschirmung 30 ausgebildet ist, dass die Vorsprünge den Elementabschnitt 20 in der Y-Achsen-Richtung sandwichartig umgeben. Beispielsweise können Aussparungen (Stufen) 36 auf der Oberseite des Hauptabschnitts 32 auf seinen beiden Enden ausgebildet sein. Siehe den Magnetsensor 10D der dritten Abwandlung, der in 4A gezeigt wird.
  • Bei der Ausführungsform sind die Vorsprünge 34 beispielsweise Quader und auf der Oberseite des Elementabschnitts 20 entlang der Y-Achsen-Richtung angeordnet (siehe die 1A, 1B). Doch kann jeder Vorsprung 34 mit einer anderen Form als ein Quader ausgebildet sein, sofern ein Paar Vorsprünge (oder hervorstehende Flächen) derart auf beiden Seiten der Abschirmung 30 ausgebildet ist, dass die Vorsprünge den Elementabschnitt 20 in der Y-Achsen-Richtung sandwichartig umgeben. Beispielsweise kann jeder Vorsprung 34E, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, ein Dreieck sein. Siehe den Magnetsensor 10E der vierten Abwandlung, der in 4B gezeigt wird. Jeder Vorsprung 34F kann, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, ein Dreieck sein, dass sich von dem in 4B gezeigten Dreieck unterscheidet. Siehe den Magnetsensor 10F der fünften Abwandlung, der in 4C gezeigt wird.
  • Bei der Ausführungsform ist jeder Vorsprung 34 als ein Beispiel ein Quader. Das heißt, dass beide Vorsprünge 34 eine gleiche Form haben (siehe die 1A und 1B). Doch müssen die Vorsprünge 34 nicht die gleiche Form haben, sofern ein Paar Vorsprünge (oder hervorstehende Flächen) derart auf beiden Seiten der Abschirmung 30 ausgebildet ist, dass die Vorsprünge den Elementabschnitt 20 in der Y-Achsen-Richtung sandwichartig umgeben. Beispielsweise können die Vorsprünge 34G verschiedene Formen haben. Siehe den Magnetsensor 10G der sechsten Abwandlung, der in 4D gezeigt wird.
  • Bei der Ausführungsform und jeder Abwandlung (erste bis sechste Abwandlung), die oben genannt wurden, ist ein Paar Vorsprünge (Vorsprünge 34, 34A, 34B, 34E, 34F, 34G), in der X-Achsen-Richtung betrachtet, auf beiden Seiten der Abschirmung 30 ausgebildet (siehe die 1A, 1E, 1F, 4A bis 4D), und jeder Vorsprung hat, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, eine Form mit einer Ecke, wie ein Dreieck oder Rechteck. Doch können die Vorsprünge eine Form ohne Ecke (nicht dargestellt) haben, wie etwa eine Halbkreis-, Halboval- oder U-Form in der X-Achsen-Richtung betrachtet, sofern ein Paar Vorsprünge derart auf beiden Seiten der Abschirmung 30 ausgebildet ist, dass die Vorsprünge den Elementabschnitt 20 in der Y-Achsen-Richtung sandwichartig umgeben.
  • Bei der Ausführungsform ist die Abschirmung 30 in der Nähe und auf der Oberseite des Elementabschnitts 20 angeordnet (siehe die 1A und 1B), und in Bezug auf eine Anordnung unterhalb des Elementabschnitts 20 wurden keine Erläuterungen vorgenommen. Doch kann die Abschirmung 40 (ein Beispiel eines anderen weichmagnetischen Körpers) beispielsweise in der Nähe und auf der Unterseite des Elementabschnitts 20 (auf der Rückseite des Elementabschnitts 20, von der Abschirmung 30 her betrachtet) angeordnet sein. Siehe den Magnetsensor 10H der siebten Abwandlung, der in 4E gezeigt wird. Gemäß der vorliegenden Abwandlung kann der Y-Schirmfaktor durch die Abschirmung 40 weiter erhöht werden.
  • Außerdem kann die Abschirmung 40 des Magnetsensors 10H der siebten Abwandlung in eine Form geändert werden, die ein Paar Vorsprünge 42 (ein Beispiel eines anderen Vorsprungs) auf einer Fläche der Abschirmung 40 hat, die dem Elementabschnitt 20 zugewandt ist (auf beiden Seiten desselben). Siehe den Magnetsensor 10I der achten Abwandlung in 4F. Gemäß der vorliegenden Abwandlung kann der Y-Schirmfaktor durch ein Paar Vorsprünge 42 weiter erhöht werden (im Vergleich zum Magnetsensor 10H der siebten Abwandlung). Bei dieser Abwandlung können die Vorsprungsflächen 42B (Vorsprünge 42) derart angeordnet sein, dass die Vorsprungsflächen 42B jeweils den hervorstehenden Flächen 32B der Abschirmung 30 in der Z-Achsen-Richtung gegenüberliegen.
  • Bei der Ausführungsform ist jede hervorstehende Fläche 32B, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorsteht, in der Abschirmung 30 ausgebildet (siehe die 1A und 1 B), indem jeder Vorsprung 34 auf der Unterseite 32A des Hauptabschnitts 32 angeordnet ist. Doch muss die Abschirmung 30 kein Paar Vorsprünge 34 umfassen, sofern die hervorstehenden Flächen 32B, die in Richtung des Elementabschnitts 20 vorstehen, auf einer Fläche der Abschirmung 30 ausgebildet sind, die dem Elementabschnitt 20 zugewandt ist (auf beiden Seiten desselben). Beispielsweise können die hervorstehenden Flächen 32B, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, auf beiden Seiten der Abschirmung 30J ausgebildet sein, indem die Abschirmung 30J (ein anderes Beispiel eines weichmagnetischen Körpers) zu einem gekrümmten Element geformt wird, dessen dem Elementabschnitt 20 zugewandte Fläche, in der X-Achsen-Richtung betrachtet, konkav ist. Siehe den Magnetsensor 10J der neunten Abwandlung, der in 4G gezeigt wird
  • Die Abschirmung 40J (die ein Paar hervorstehender Flächen 42J aufweist), die in derselben Weise wie die Abschirmung 30J gekrümmt und, vom Elementabschnitt 20 her gesehen, konkav ist, kann, von der Abschirmung 30J her gesehen, auf der Rückseite des Elementabschnitts 20 angeordnet sein. Siehe den Magnetsensor 10K der zehnten Abwandlung, der in 4H gezeigt wird. Gemäß der vorliegenden Abwandlung können zusätzlich zur ersten Wirkung die Wirkungen der siebten Abwandlung (siehe 4E) und der neunten Abwandlung (siehe 4G) erzielt werden.
  • Bei der Ausführungsform und den Abwandlungen ist die Abstandsschicht, die den Elementabschnitt 20 bildet, eine Tunnelbarriereschicht und der Elementabschnitt 20 ist ein TMR Element. Doch kann die Abstandsschicht, die den Elementabschnitt 20 bildet, eine nichtmagnetische leitende Schicht sein, die aus einem nichtmagnetischen Metall, wie Cu, ausgebildet ist, um den Elementabschnitt 20 als Riesenmagnetowiderstandselement (GMR-Element) auszubilden. Der Elementabschnitt 20 kann auch ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR-Element) sein.
  • Eine Ausführungsform, bei der eine von der Ausführungsform und der ersten bis zehnten Abwandlung mit einem Element (oder einem Gedanken) einer anderen Ausführungsform/Abwandlung kombiniert wird, ist im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten. Beispielsweise kann der Gedanke der zweiten Abwandlung (siehe 1F) mit der neunten Abwandlung (siehe 4G) kombiniert werden. Insbesondere können beim Magnetsensor 10J der neunten Abwandlung die hervorstehenden Flächen 32B der Abschirmung 30J derart geformt sein, dass sie sich, in der Y-Achsen-Richtung betrachtet, mit dem Elementabschnitt 20 überdecken. Diese Kombination wird die zweite Wirkung und die Wirkung der oben erwähnten neunten Abwandlung sowie auch die erste Wirkung haben.
  • Des Weiteren können beispielsweise beim Magnetsensor 10I der achten Abwandlung (siehe 4F) die Abschirmung 30, die Abschirmung 40 oder sowohl die Abschirmung 30 als auch die Abschirmung 40 durch die Abschirmung 30 des Magnetsensors 10 G der sechsten Abwandlung, die in 4D dargestellt ist, ersetzt werden.
  • Bei der Beschreibung der Ausführungsform wurde ein Positionssensor als Beispiel herangezogen. Doch kann der Magnetsensor 10 der Ausführungsform ein anderer Sensor als ein Positionssensor sein, sofern der Magnetsensor 10 ein Magnetfeld erfasst, das in der X-Achsen-Richtung angelegt ist. Beispielsweise kann der Magnetsensor 10 ein Kompass, der den Erdmagnetismus erfasst, ein Winkelsensor, ein Encoder usw. sein.
  • Obgleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen dargestellt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass vielfältige Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2009300150 [0003, 0004, 0005]

Claims (11)

  1. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K), umfassend: einen Elementabschnitt (20) mit einem magnetoresistiven Effekt und eine magnetisch empfindliche Achse (X), die in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet ist; und einen weichmagnetischen Körper (30; 30J), der nahe dem Elementabschnitt (20) angeordnet ist und dem Elementabschnitt (20), in einer Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) betrachtet, entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten desselben verschiedenen Abschnitts gegenüberliegt, wobei der weichmagnetische Körper (30; 30J) hervorstehende Flächen (32B) aufweist, die an den beiden Endabschnitten in Richtung des Elementabschnitts (20) vorstehen.
  2. Magnetsensor (10F) nach Anspruch 1, wobei der weichmagnetische Körper (30) Vorsprünge (34B) mit den hervorstehenden Flächen (32B) umfasst und die Vorsprünge (34B) bis in Positionen vorstehen, wo sich die Vorsprünge (34B) in einer Richtung betrachtet, die perpendikular sowohl zu einer Richtung, in der sich der Elementabschnitt (20) und der weichmagnetische Körper (30; 30J) gegenüberliegen, als auch zur Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) ist, mit dem Elementabschnitt (20) überdecken.
  3. Magnetsensor (10J; 10K) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der weichmagnetische Körper (30J) ein gekrümmtes Element ist, dessen dem Elementabschnitt (20) zugewandte Fläche, in der Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) betrachtet, konkav ist, und die hervorstehende Flächen (32B), in der Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) betrachtet, auf beiden Seiten des gekrümmten Elements ausgebildet sind.
  4. Magnetsensor (10I; 10K) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen anderen weichmagnetischen Körper (40; 40J), der nahe dem Elementabschnitt (20) angeordnet ist und zusammen mit dem weichmagnetischen Körper (30; 30J) den Elementabschnitt (20) sandwichartig umgibt.
  5. Magnetsensor (10I; 10K) nach Anspruch 4, wobei der andere weichmagnetische Körper (30; 30J), in der Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) betrachtet, dem Elementabschnitt (20) entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten desselben verschiedenen Abschnitts gegenüberliegt und der andere weichmagnetische Körper (30; 30J) andere hervorstehende Flächen (42B; 42J) aufweist, die in Richtung des Elementabschnitts (20) an den beiden Endabschnitten desselben vorstehen.
  6. Magnetsensor (10I; 10K) nach Anspruch 5, wobei die anderen hervorstehenden Flächen (42B; 42J) den entsprechenden hervorstehenden Flächen (32B) gegenüberliegen.
  7. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K), umfassend: einen Elementabschnitt (20) mit einem magnetoresistiven Effekt und eine magnetisch empfindliche Achse (X), die in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet ist; und einen weichmagnetischen Körper (30; 30J), der nahe dem Elementabschnitt (20) angeordnet ist und dem Elementabschnitt (20), in einer Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) betrachtet, entlang zumindest einem Teil eines von den beiden Endabschnitten desselben verschiedenen Abschnitts gegenüberliegt, wobei eine Fläche des weichmagnetischen Körpers (30; 30J) in einer Richtung, in der sich der Elementabschnitt (20) und der weichmagnetische Körper (30; 30J) gegenüberliegen, auf einer Seite des Elementabschnitts (20) an den beiden Endabschnitten näher an dem Elementabschnitt (20) befindet als ein von den beiden Endabschnitten verschiedener Abschnitt.
  8. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Magnetfeld-Schirmfaktor des weichmagnetischen Körpers (30; 30J) in einer Richtung, in der die beiden Endabschnitte ausgerichtet sind, mehr als 60% beträgt.
  9. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Verhältnis eines Magnetfeld-Schirmfaktors des weichmagnetischen Körpers (30; 30J) in einer Richtung, in der die beiden Endabschnitte ausgerichtet sind, zu einem Magnetfeld-Schirmfaktor des weichmagnetischen Körpers (30; 30J) in einer Richtung der magnetisch empfindlichen Achse (X) größer als 3 ist.
  10. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Elementabschnitt (20) einen Tunnel-Magnetowiderstandseffekt zeigt.
  11. Magnetsensor (10; 10A; 10B; 10D; 10E; 10F; 10G; 10H; 10I; 10J; 10K) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Elementabschnitt (20) einen Riesenmagnetowiderstandseffekt zeigt.
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