JP2015001467A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサに関し、より詳細には、磁気抵抗素子を備え、消費電流の増大を招くことなく、また、温度による影響を最小限に抑えて任意の方向の磁場を検知できる磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor that includes a magnetoresistive element and can detect a magnetic field in any direction without causing an increase in current consumption and minimizing the influence of temperature. .
一般的に磁気の有無を検出する巨大磁気抵抗(Giant Magnet Resistance;GMR)素子は広く知られている。磁場をかけると電気抵抗率が増加する現象を磁気抵抗効果というが、一般の物質では変化率は数%であるが、このGMR素子では数10%に達することから、ハードディスクのヘッドに広く用いられている。
図1は、従来のGMR素子の動作原理を説明するための斜視図で、図2は、図1の部分断面図である。図中符号101は反強磁性層、102はピンド層(固定層)、103はCu層(スペーサ層)、104はフリー層(自由回転層)、202はピンド層(固定層)、203はCu層(スペーサ層)、204はフリー層(自由回転層)を示している。磁性材料の磁化の向きで電子のスピン散乱が変わり抵抗が変化する。つまり、ΔR=(RAP−RP)RP(RAP;上下の磁化の向きが反平行のとき、RP;上下の磁化の向きが反平行のとき)で表される。
In general, giant magnetoresistive (GMR) elements that detect the presence or absence of magnetism are widely known. The phenomenon in which the electrical resistivity increases when a magnetic field is applied is called the magnetoresistive effect. Although the rate of change is several percent for general substances, this GMR element reaches several tens percent, so it is widely used for hard disk heads. ing.
FIG. 1 is a perspective view for explaining the operation principle of a conventional GMR element, and FIG. 2 is a partial sectional view of FIG. In the figure, 101 is an antiferromagnetic layer, 102 is a pinned layer (fixed layer), 103 is a Cu layer (spacer layer), 104 is a free layer (free rotation layer), 202 is a pinned layer (fixed layer), and 203 is Cu. Reference numerals 204 (spacer layer) and 204 denote free layers (free rotation layers). Depending on the magnetization direction of the magnetic material, the electron spin scattering changes and the resistance changes. That is, ΔR = (R AP −R P ) R P (R AP ; when the upper and lower magnetization directions are antiparallel, R P ; when the upper and lower magnetization directions are antiparallel).
固定層102の磁気モーメントは、反強磁性層1との磁気結合により方向が固定されている。漏れ磁場により磁化自由回転層104の磁気モーメントの方向が変化すると、Cu層3を流れる電流が変化し、漏れ磁場の変化が読み取れる。
図3は、従来のGMR素子の積層構造を説明するための構成図で、図中符号301は絶縁膜、302はフリー層(自由回転層)、303は導電層、304はピンド層(固定層)、305は反強磁性層、306は絶縁膜を示している。
The direction of the magnetic moment of the
FIG. 3 is a configuration diagram for explaining a laminated structure of a conventional GMR element. In the figure,
フリー層(自由回転層)302は自由に磁化の向きが回転する層で、NiFe又はCoFe/NiFeから構成され、導電層303は電流を流し、スピン散乱が起きる層で、Cuから構成され、ピンド層(固定層)304は磁化の向きが一定方向に固定された層で、CoFe又はCoFe/Ru/CoFeから構成され、反強磁性層305はピンド層304の磁化の向きを固定するための層で、PtMn又はIrMnから構成され、層301,306はTaやCr、NiFeCr、AlOから構成されている。またピンド層は反強磁性層を用いずにセルフバイアス構造を用いても良い。
A free layer (free rotation layer) 302 is a layer in which the direction of magnetization is freely rotated, and is composed of NiFe or CoFe / NiFe. The
例えば、特許文献1に記載のものは、磁界の方向の影響を受けることが少なく磁界の大きさを精度よく検出できる巨大磁気抵抗素子に関するもので、このGMR素子は、GMRチップ上に対してバイアス磁石とともに設置されている。
また、特許文献2に記載のものは、方位検出に関して高い感度を有し、小型で量産性にも優れた3軸磁気センサに関するもので、基板表面に平行で互いに直交するように設定した2軸(X、Y軸)方向で地磁気成分を検知する2軸磁気センサ部と、2軸磁気センサ部上に配置され前記2軸を含む面に対して垂直方向(Z軸)の磁界を集める磁性部材とを備えており、磁気感知軸の異なる磁気抵抗素子でブリッジを形成することにより従来よりも少ない素子数で3軸検知センサが実現可能であることを提案している。
For example, the device described in
Further, the one described in
しかしながら、上述した特許文献1及び2の磁気センサは、磁気抵抗素子を用いてブリッジを形成し、その中点電位を出力信号として取り出すため、磁気抵抗素子を形成する物質の抵抗値を出力に含んでしまうため外部の温度に対して出力信号が敏感に変動してしまうという問題がある。
また、X,Yセンサがそれぞれ独立したブリッジを形成するためチップサイズの増大を招くとともに、X,YセンサとZセンサに共通の磁気抵抗素子を使用するため、各方向の感度調整を独立に行うことが困難である。
However, since the magnetic sensors of
In addition, since the X and Y sensors form independent bridges, the chip size increases, and since a common magnetoresistive element is used for the X, Y and Z sensors, sensitivity adjustment in each direction is performed independently. Is difficult.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、周囲の温度の影響を最小限に抑え、かつ、それぞれの磁場方向の感度を自由に調整することが可能で、チップサイズの増大を招くことなく多軸の磁場検知を可能とした磁気センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to minimize the influence of ambient temperature and freely adjust the sensitivity of each magnetic field direction. Thus, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of detecting multi-axis magnetic fields without increasing the chip size.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、基板平面に対して任意の軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサにおいて、前記基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が異なる第1及び第2の感磁部(11a及び11b,12a及び12b)又は前記第1の軸方向の磁場に対する感磁軸が反平行である第3及び第4の感磁部(11c,12c)からなる第1の検知部(1a,1b,1c)と(図6乃至図8;実施形態1,2,3)、前記基板平面に対して平行かつ前記第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第5及び第6の感磁部(13a,14a)と、該第5及び第6の感磁部(13a,14a)の近傍に配置されて磁路を形成する第1乃至第3の磁気収束部(21乃至23)からなる第2の検知部(2)と(図9;実施形態4)、前記基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部(15a,16a)と、該第7及び第8の感磁部(15a,16a)の近傍に配置されて磁路を形成する第4の磁気収束部(24)又は前記第4及び第5の磁気収束部(24,25)からなる第3の検知部(3)と(図10及び図11;実施形態5,6)を備えていることを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の検知部(1a,1b)は、前記第1及び第2の感磁部(11a乃至11b,12a乃至12b)の出力信号(S1,S2)の差分又は第3及び第4の感磁部(11c,12c)の出力信号(S3,S4)に基づき前記第1の軸方向の磁場に応じた信号を出力し、前記第2の検知部(2)は、前記第5及び第6の感磁部(13a,14a)の出力信号(S5,S6)の差分に基づき前記第2の軸方向の磁場に応じた信号を出力し、前記第3の検知部(3a,3b)は、前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の出力(S7,S8)の差分に基づき前記第3の軸方向の磁場に応じた信号を出力することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first detection unit (1a, 1b) includes the first and second magnetic sensitive units (11a to 11b, 12a to A signal corresponding to the magnetic field in the first axial direction based on the difference between the output signals (S1, S2) of 12b) or the output signals (S3, S4) of the third and fourth magnetic sensing parts (11c, 12c). The second detection unit (2) outputs a magnetic field in the second axial direction based on the difference between the output signals (S5, S6) of the fifth and sixth magnetic sensing units (13a, 14a). The third detection unit (3a, 3b) outputs a corresponding signal, and the third detection unit (3a, 3b) is based on the difference between the outputs (S7, S8) of the seventh and eighth magnetic sensing units (15a, 16a). A signal corresponding to the magnetic field in the axial direction is output.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第2の検知部(2)における前記第1乃至第3の磁気収束部(21乃至23)が、前記第2の磁気収束部(22)の長手方向に磁気を入力したときに、該第2の磁気収束部(22)から前記第1の磁気収束部(21)及び前記第2の磁気収束部(22)から前記第3の磁気収束部(23)にそれぞれ磁束成分の磁路が形成されるように配置され、平面視したときに、前記第1の磁気収束部(21)と前記第2の磁気収束部(22)間の第1の仮想中線(L21)から前記第5の感磁部(13a)の長手方向の中線(L13)までの中線間距離(MW1)、及び前記第2の磁気収束部(22)と前記第3の磁気収束部(23)間の第2仮想中線(L23)から前記第6の感磁部(14a)の長手方向の中線(L14)までの中線間距離(MW2)が互いに等しいことを特徴とする。(図9;実施形態4) According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the first to third magnetic convergence units (21 to 23) in the second detection unit (2) When magnetism is input in the longitudinal direction of the second magnetic converging unit (22), the second magnetic converging unit (22) to the first magnetic converging unit (21) and the second magnetic converging unit ( 22) to the third magnetic flux concentrator (23) so that magnetic paths of magnetic flux components are formed respectively, and when viewed in plan, the first magnetic convergent portion (21) and the second magnetic flux concentrator The distance (MW1) between the middle lines from the first virtual middle line (L21) between the magnetic converging parts (22) to the middle line (L13) in the longitudinal direction of the fifth magnetic sensing part (13a), and the first From the second virtual midline (L23) between the second magnetic convergence portion (22) and the third magnetic convergence portion (23). Longitudinal midline (L14) to the midline between the distance (MW2) is equal to or equal to each other magnetically sensitive portion of (14a). (FIG. 9; Embodiment 4)
また、請求項4に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記第3の検知部(3a,3b)における前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)は、平面視したときに、前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の中心同士を結ぶ仮想線分(L56)が、前記第4の磁気収束部(24)の長手方向の仮想中線(L40)と垂直又は前記第4及び第5の磁気収束部(24,25)の中心同士を結ぶ仮想線分(L50)と平行であることを特徴とする。(図10及び図11;実施形態5,6)
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第1の検知部(1a)における前記第1の感磁部(11a)が、平面視したときに、磁気収束部(20)に覆われ、前記第2の感磁部(12a)が、前記基板平面上で前記第1の感磁部(11a)に併設されていることを特徴とする。(図6;実施形態1)
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記磁気収束部(20)が、前記第1乃至第5の磁気収束部(21乃至25)のいずれかであることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect of the invention, the seventh and eighth magnetic sensing portions (15a, 16a) in the third detection portion (3a, 3b). ) Is an imaginary line segment (L56) connecting the centers of the seventh and eighth magnetic sensing parts (15a, 16a) when viewed in plan, the longitudinal direction of the fourth magnetic convergence part (24). It is characterized by being parallel to a virtual line segment (L50) that is perpendicular to the virtual midline (L40) of the first magnetic center line and connects the centers of the fourth and fifth magnetic convergence portions (24, 25). (FIGS. 10 and 11;
The invention according to
The invention according to
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第1の検知部(1b)における前記第1の感磁部(11b)と前記第2の感磁部(12b)との短手方向の幅が異なることを特徴とする。(図7;実施形態2)
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第1の検知部(1c)における前記第3の感磁部(11c)の感磁軸が+X軸方向で、前記第4の感磁部(12c)の感磁軸が−X軸方向であり、各感磁部の感磁軸が反平行であることを特徴とする。(図8;実施形態3)
The invention according to
The invention according to
また、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記第2の検知部(2)における前記第1及び第3の磁気収束部(21,23)は、平面視したときに、前記第2の磁気収束部(22)の長手方向の仮想中線(L22)に対して線対称となり、かつ、前記第1及び第3の磁気収束部(21,23)の中心(C1,C3)を結んだ仮想線分(L10)が、前記第2の磁気収束部(22)の中心(C2)以外と一部と交差する位置に配置されていることを特徴とする。(図9;実施形態4)
また、請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の発明において、前記第3の検知部(3a)における前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の間隙を覆うように前記第4の磁気収束部(24)が配置されていることを特徴とする。(図10;実施形態5)
The invention according to claim 9 is the invention according to any one of
The invention according to claim 10 is the invention according to any one of
また、請求項11に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の発明において、前記第3の検知部(3b)における前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の外側を覆うように前記第4及び第5の磁気収束部(24,25)が配置されていることを特徴とする。(図11;実施形態6)
また、請求項12に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の検知部(1a)における前記第1の感磁部(11a)が、磁気収束部(20)に覆われ、前記第2の感磁部(12a)が、前記基板平面上で前記第1の感磁部(11a)に併設され(図6;実施形態1)、前記第1の感磁部(11a)と前記第2の感磁部(12a)との間において、前記第2の検知部(2)における前記第1及び第3の磁気収束部(21,23)が、前記第2の磁気収束部(22)の長手方向の仮想中線(L22)に対して線対称となり、かつ、前記第1及び第3の磁気収束部(21,23)の中心(C1,C3)を結んだ仮想線分(L10)が、前記第2の磁気収束部(22)の中心(C2)以外と一部と交差する位置に配置され(図9;実施形態4)、前記第2の感磁部(12a)に隣接して前記第3の検知部(3)における前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の間隙を覆うように前記第4の磁気収束部(24)が配置されている(図10;実施形態5)ことを特徴とする。(図12=図6+図9+図10;実施例1=実施形態1+実施形態4+実施形態5)
An eleventh aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to ninth aspects, wherein the seventh and eighth magnetic sensing portions (15a, 16a) in the third detection portion (3b). The fourth and fifth magnetic flux concentrators (24, 25) are arranged so as to cover the outer side. (FIG. 11; Embodiment 6)
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the first magnetic sensing portion (11a) of the first detection portion (1a) covers the magnetic convergence portion (20). The second magnetic sensing part (12a) is provided alongside the first magnetic sensing part (11a) on the substrate plane (FIG. 6; Embodiment 1), and the first magnetic sensing part (11a). ) And the second magnetic sensing part (12a), the first and third magnetic converging parts (21, 23) in the second detecting part (2) are the second magnetic converging parts. An imaginary line that is line symmetric with respect to the virtual center line (L22) in the longitudinal direction of the portion (22) and that connects the centers (C1, C3) of the first and third magnetic convergence portions (21, 23). The minute (L10) is arranged at a position that intersects with a part other than the center (C2) of the second magnetic convergence portion (22) (FIG. 9; Mode 4), the second sensing part (12a) is adjacent to the third sensing part (3) so as to cover the gap between the seventh and eighth sensing parts (15a, 16a). A fourth magnetic convergence portion (24) is arranged (FIG. 10; Embodiment 5). (FIG. 12 = FIG. 6 + FIG. 9 + FIG. 10; Example 1 =
また、請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記第7及び第8の感磁部(15b,16b)の短手方向の幅が、前記第1乃至第6の感磁部(11a乃至14a)の短手方向の幅よりも広くしたことを特徴とする。(図13;実施例2)
また、請求項14に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記第1の検知部(1b)における前記第1の感磁部(11b)と前記第2の感磁部(12b)との短手方向の幅が異なることを特徴とする。(図14;実施例3)
また、請求項15に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記第3の検知部(3b)における前記第7及び第8の感磁部(15a,16a)の外側を覆うように前記前記第4及び第5の磁気収束部(24,25)が配置されていることを特徴とする。(図15;実施例4)
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the width of the seventh and eighth magnetically sensitive portions (15b, 16b) in the short direction is the first to the sixth. It is characterized in that it is wider than the width in the short direction of the magnetic sensitive portions (11a to 14a). (FIG. 13; Example 2)
The invention according to
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the third detection section (3b) covers the outer sides of the seventh and eighth magnetic sensing sections (15a, 16a). The fourth and fifth magnetic flux concentrators (24, 25) are arranged in the above. (FIG. 15; Example 4)
また、請求項16に記載の発明は、請求項13に記載の発明において、前記第2の検知部(2)における第5及び第6の感磁部(13b,14b)の短手方向の幅が、前記第1及び第2,前記第5乃至第8の感磁部(11a,11c,乃至12a乃至12c及び15a,16a)の短手方向の幅よりも狭くしたことを特徴とする。(図16;実施例5)
また、請求項17に記載の発明は、請求項1乃至16のいずれかに記載の発明において、前記第1及び第2又は第3及び第4の感磁部(11a,12a/11b,12b/11c,12c)の出力信号の差分と、前記第5及び第6の感磁部(13a,14a/13b,14b)の出力信号の差分と、第7及び第8の感磁部(15a,16a/15b,16b)の出力信号の差分とを出力する演算部を備えていることを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the invention according to the thirteenth aspect, the width in the short direction of the fifth and sixth magnetically sensitive portions (13b, 14b) in the second detection portion (2). Is narrower than the width in the short direction of the first, second, and fifth to eighth magnetic sensing portions (11a, 11c, to 12a to 12c and 15a, 16a). (FIG. 16; Example 5)
The invention according to claim 17 is the invention according to any one of
また、請求項18に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1乃至第4の感磁部(11a,11c,12a乃至12c)の短手方向の幅が、前記第5乃至第8の感磁部(13a乃至16a)の短手方向の幅よりも狭くしたことを特徴とする。
また、請求項19に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1及び第2の感磁部(11a,12a)の短手方向の幅と、前記第5及び第6の感磁部(13b,14b)の短手方向の幅と、前記第7及び第8の感磁部(15b,16b)との短手方向の幅とがそれぞれ異なることを特徴とする。(図16;実施例5)
また、請求項20に記載の発明は、請求項1乃至19のいずれかに記載の発明において、前記第1及び第2の感磁部(11a,12a)と第3及び第4の感磁部(11c,12c)と第5及び第6の感磁部(13a,13b,14a,14b)と第7及び第8の感磁部(15a,15b,16a,16b)の各組の感磁部の無磁場下での電気抵抗が等しいことを特徴とする。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the width in the short direction of the first to fourth magnetic sensitive portions (11a, 11c, 12a to 12c) is the fifth width. The width is narrower than the width in the short direction of the eighth to eighth magnetic parts (13a to 16a).
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the width in the short direction of the first and second magnetic sensitive portions (11a, 12a) and the fifth and sixth The width in the short direction of the magnetic sensitive parts (13b, 14b) is different from the width in the short direction of the seventh and eighth magnetic sensitive parts (15b, 16b). (FIG. 16; Example 5)
The invention according to
本発明の磁気センサによれば、周囲の温度の影響を最小限に抑え、かつ、それぞれの磁場方向の感度を自由に調整することが可能で、チップサイズの増大を招くことなく多軸の磁場検知が可能な磁気センサを実現することができる。 According to the magnetic sensor of the present invention, the influence of the ambient temperature can be minimized, and the sensitivity in each magnetic field direction can be freely adjusted, and a multi-axis magnetic field can be obtained without increasing the chip size. A magnetic sensor capable of detection can be realized.
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
<磁気センサ>
本発明の磁気センサは、基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場を検知する第1の検知部と、基板平面に対して平行かつ第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場を検知する第2の検知部と、基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場を検知する第3の検知部とを備える磁気センサである。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Magnetic sensor>
The magnetic sensor of the present invention includes a first detector that detects a magnetic field in a first axial direction parallel to the substrate plane, and a second axis that is parallel to the substrate plane and perpendicular to the first axial direction. It is a magnetic sensor provided with the 2nd detection part which detects the magnetic field of a direction, and the 3rd detection part which detects the magnetic field of the 3rd axial direction perpendicular | vertical with respect to a substrate plane.
第1の検知部は、第1の軸方向に感磁軸を有する感磁部を有し、第1の検知部は、第1の軸方向の磁場に対する感度が異なる第1及び第2の感磁部、又は、第1の軸方向の磁場に対する感磁軸が互いに反平行である第3及び第4の感磁部からなる。この第1及び第2の感磁部、又は、第3及び第4の感磁部の出力信号の差分に基づき第1の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。 The first detection unit includes a magnetic detection unit having a magnetic detection axis in the first axial direction, and the first detection unit has first and second sensitivity different in sensitivity to a magnetic field in the first axial direction. It consists of a magnetic part or a third and a fourth magnetic sensitive part whose magnetic sensitive axes with respect to the magnetic field in the first axial direction are antiparallel to each other. A signal corresponding to the magnetic field in the first axial direction is output based on the difference between the output signals of the first and second magnetic sensing units or the third and fourth magnetic sensing units.
また、第2の検知部は、第1の軸方向に感磁軸を有する感磁部を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第5及び第6の感磁部と、第1乃至第3の磁気収束部からなり、第5及び第6の感磁部の出力信号の差分に基づき第2の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。
また、第3の検知部は、第1の軸方向に感磁軸を有する感磁部を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部と、第4の磁気収束部又は第4及び第5の磁気収束部からなり、この第7及び第8の感磁部の出力の差分に基づき第3の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。
The second detection unit includes a magnetic sensing unit having a magnetic sensing axis in the first axial direction, and fifth and sixth magnetic sensing units having the same sensitivity to a magnetic field in the first axial direction, The first to third magnetic converging units are configured to output a signal corresponding to the magnetic field in the second axial direction based on the difference between the output signals of the fifth and sixth magnetic sensing units.
The third detection unit includes a magnetosensitive unit having a magnetosensitive axis in the first axial direction, and the seventh and eighth magnetosensitive units having the same sensitivity to the magnetic field in the first axial direction, 4 magnetic converging units or fourth and fifth magnetic converging units, and outputs a signal corresponding to the magnetic field in the third axial direction based on the difference between the outputs of the seventh and eighth magnetic sensing units.
また、第2の軸方向の磁場を精度よく検出する観点から、第1乃至第3の磁気収束部は、第2の磁気収束部の長手方向に磁気を入力したときに、第2の磁気収束部から第1の磁気収束部及び第2の磁気収束部から第3の磁気収束部にそれぞれ磁束成分の磁路が形成されるように配置されていることが好ましい。
また、第2の軸方向の磁場を精度よく検出する観点から、磁気センサを平面視したときに、第1の磁気収束部と第2の磁気収束部間の第1仮想中線から、第5の感磁部の長手方向の中線までの中線間距離、及び、第2の磁気収束部と第3の磁気収束部間の第2仮想中線から、第6の感磁部の長手方向の中線までの中線間距離が互いに略等しいことが好ましい。
In addition, from the viewpoint of accurately detecting the magnetic field in the second axial direction, the first to third magnetic converging units perform the second magnetic converging when the magnetism is input in the longitudinal direction of the second magnetic converging unit. It is preferable that the magnetic path of the magnetic flux component is respectively formed from the first to the third magnetic converging unit and the second magnetic converging unit to the third magnetic converging unit.
Further, from the viewpoint of accurately detecting the magnetic field in the second axial direction, when the magnetic sensor is viewed in plan, from the first virtual midline between the first magnetic converging unit and the second magnetic converging unit, the fifth The longitudinal direction of the sixth magnetic sensing part from the distance between the middle lines to the longitudinal middle line of the magnetic sensing part and the second virtual middle line between the second magnetic converging part and the third magnetic converging part It is preferable that the distance between the middle lines to the middle line is substantially equal to each other.
また、第3の軸方向の磁場を精度よく検出する観点から、第7及び第8の感磁部は、磁気センサを平面視したときに、第4又は第5の磁気収束部の短手方向の中線が、第7及び第8の感磁部の一部と交差するように配置され、この第7及び第8の感磁部の中心同士を結ぶ仮想線分が、第4の磁気収束部の長手方向の仮想中線と垂直又は第4及び第5の磁気収束部の中心同士を結ぶ仮想線分と平行であることが好ましい。 In addition, from the viewpoint of accurately detecting the magnetic field in the third axial direction, the seventh and eighth magnetic sensing units are short in the short direction of the fourth or fifth magnetic converging unit when the magnetic sensor is viewed in plan. Is arranged so that the middle line intersects a part of the seventh and eighth magnetic sensing portions, and a virtual line segment connecting the centers of the seventh and eighth magnetic sensing portions is the fourth magnetic convergence. It is preferable that it is perpendicular to the virtual midline in the longitudinal direction of the part and parallel to the virtual line segment connecting the centers of the fourth and fifth magnetic converging parts.
<感磁部>
各感磁部の出力は、素子を構成する材料に依存する(外部磁場には依存しない)抵抗Rと、外部磁場に応答して変化する抵抗変化量ΔRに基づいた信号を出力する。例えば、感磁部を定電圧駆動(VCONST)する場合は、出力される電流IOUTから前記抵抗R+抵抗変化率ΔRを導出することが出来る。
IOUT=VCONST/(R+ΔR)
∝(R+ΔR)
<Magnetic part>
The output of each magnetic sensing unit outputs a signal based on a resistance R depending on the material constituting the element (not depending on the external magnetic field) and a resistance change ΔR that changes in response to the external magnetic field. For example, when the magnetic sensing unit is driven at a constant voltage (V CONST ), the resistance R + resistance change rate ΔR can be derived from the output current I OUT .
I OUT = V CONST / (R + ΔR)
∝ (R + ΔR)
材料に依存する抵抗Rは、一般的に外部温度に対して敏感であり、例えば、Cuを材料とするGMR素子であれば、室温から100℃までの温度領域で約0.5%程度抵抗Rが変化し得る。それに比べ、外部磁場に対して変化する抵抗変化量ΔRは外部温度に対して鈍感であり、例えば、GMR素子では一定磁場下において室温から100℃までの温度領域で約0.01%程度しか抵抗変化量ΔRが変化しない。 The resistance R depending on the material is generally sensitive to an external temperature. For example, in the case of a GMR element made of Cu, the resistance R is about 0.5% in a temperature range from room temperature to 100 ° C. Can change. In contrast, the resistance change ΔR that changes with respect to the external magnetic field is insensitive to the external temperature. For example, in a GMR element, the resistance is only about 0.01% in a temperature range from room temperature to 100 ° C. under a constant magnetic field. The change amount ΔR does not change.
本発明の磁気センサにおいて、第1及び第2の感磁部と、第3及び第4の感磁部と、第5及び第6の感磁部と、第7及び第8の感磁部との各組の感磁部の無磁場下での電気抵抗が等しいことが好ましい。無磁場下での電気抵抗が等しいとは、素子を構成する材料に依存する抵抗Rが等しいことを意味する。
各組の感磁部の無磁場下での電気抵抗を等しくする方法は、特に制限されないが、例えば、それぞれの感磁部の形状を適当な値に設計することで実現可能である。
In the magnetic sensor of the present invention, the first and second magnetic sensitive parts, the third and fourth magnetic sensitive parts, the fifth and sixth magnetic sensitive parts, and the seventh and eighth magnetic sensitive parts, It is preferable that the electric resistance of each set of the magnetosensitive parts in the absence of a magnetic field is equal. The equal electric resistance under no magnetic field means that the resistance R depending on the material constituting the element is equal.
A method for equalizing the electric resistance of each group of the magnetic sensing portions in the absence of a magnetic field is not particularly limited. For example, it can be realized by designing the shape of each magnetic sensing portion to an appropriate value.
例えば、各感磁部の厚みTが等しく、感磁部を平面視したときに、各感磁部が矩形で、かつ各感磁部の長手方向の長さL1,L2と短手方向の幅W1,W2の比W1/L1,W2/L2が等しければ、無磁場下での抵抗Rを容易に等しくすることができる。
本発明の磁気センサにおける感磁部の具体例としては、GMR(巨大磁気抵抗),TMR(トンネル磁気抵抗),AMR(異方性磁気抵抗),CMR(超巨大磁気抵抗),ホール素子が挙げられるがこの限りではない。温度特性の観点からGMRやTMRが好ましく、GMRがより好ましい。また、感磁部の感度軸方向の幅は特に制限されないが、0.1〜20ミクロンであることが好ましい。
For example, when the magnetic sensitive portions have the same thickness T and the magnetic sensitive portions are viewed in plan, the magnetic sensitive portions are rectangular, and the lengths L1 and L2 in the longitudinal direction and the widths in the short direction of the magnetic sensitive portions. If the ratios W1 / L1 and W2 / L2 of W1 and W2 are equal, the resistance R under no magnetic field can be easily equalized.
Specific examples of the magnetosensitive portion in the magnetic sensor of the present invention include GMR (giant magnetoresistance), TMR (tunnel magnetoresistance), AMR (anisotropic magnetoresistance), CMR (supergiant magnetoresistance), and a Hall element. This is not the case. From the viewpoint of temperature characteristics, GMR and TMR are preferable, and GMR is more preferable. The width of the magnetic sensitive part in the sensitivity axis direction is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20 microns.
図4は、感磁部の出力原理を説明するための図である。抵抗Rは、感磁部の伝導パスの電流方向Iに対して垂直な面で切断した際の伝導層の(電流パスの)断面積Sに反比例し、伝導パスの電流方向の長さLに比例する。仮想的に感磁部を電流方向に微小区間ΔLの幅で分割したと考え、分割されたそれぞれの要素の電流に垂直な面の断面積をSjで定義する。Sjは、j番目の要素の電流に垂直な面の伝導層の(電流パスの)断面積を表している。 FIG. 4 is a diagram for explaining the output principle of the magnetic sensing unit. The resistance R is inversely proportional to the cross-sectional area S (of the current path) of the conduction layer when cut along a plane perpendicular to the current direction I of the conduction path of the magnetic sensing portion, and is equal to the length L of the conduction path in the current direction. Proportional. It is assumed that the magnetosensitive part is virtually divided in the current direction by the width of the minute section ΔL, and the cross-sectional area of the plane perpendicular to the current of each divided element is defined by Sj. Sj represents the cross-sectional area (of the current path) of the conductive layer in the plane perpendicular to the current of the j-th element.
この時の抵抗Rは、ΔL/Sjをすべての要素足し合わせた量に比例しており、同一材料も用いた2つの素子であれば、ΔL/Sjをすべての要素足し合わせた量が等しければ抵抗値は等しくなる。
例えば、各感磁部の厚みが等しく、磁気センサを平面視した時に、感磁部が矩形である場合、各感磁部の長手方向(電流方向)の長さLと、短手方向(電流方向に垂直方向)の幅Wの比が等しければ、無磁場下での抵抗Rを容易に等しくすることができる。
The resistance R at this time is proportional to the amount obtained by adding ΔL / Sj to all the elements. If two elements using the same material are used, the amount obtained by adding ΔL / Sj to all the elements is equal. Resistance values are equal.
For example, when the thickness of each magnetic sensing part is equal and the magnetic sensing part is rectangular when the magnetic sensor is viewed in plan, the length L (current direction) of each magnetic sensing part and the short direction (current) If the ratio of the width W in the direction perpendicular to the direction is equal, the resistance R under no magnetic field can be easily equalized.
なお、本発明の磁気センサにおいて、各感磁部の無磁場下での電気抵抗が等しい状態とは、本発明の効果を害さない程度に異なっている状態を含んでおり、例えば、無磁場下での電気抵抗が互いに±1%度程度、好ましくは±0.1%、より好ましくは0.01%相違していてもよい。
また、各感磁部の感磁軸方向を一致させる方法も特に制限されないが、例えば、感磁部の構成を同じ構成にすることで実現可能である。感磁部がGMRの場合、ピンド層の固定磁化の方向をそれぞれ同一方向にする方法が挙げられる。なお、本発明の磁気センサにおいて、各感磁部の感磁軸方向が一致している状態とは、平行の他に、本発明の効果を害さない程度に異なっている状態を含んでいる。
In the magnetic sensor of the present invention, the state in which the electric resistance of each magnetic sensing part in the absence of a magnetic field is the same includes a state in which the effect of the present invention is not impaired. May be different from each other by about ± 1%, preferably ± 0.1%, more preferably 0.01%.
Further, the method for making the magnetic sensitive axis directions of the magnetic sensitive parts coincide with each other is not particularly limited, but can be realized by, for example, making the magnetic sensitive parts in the same configuration. When the magnetic sensitive part is GMR, there is a method in which the fixed magnetization directions of the pinned layer are made the same direction. In the magnetic sensor of the present invention, the state in which the magnetic sensitive axis directions of the magnetic sensitive portions coincide with each other includes a state different from the parallel state to the extent that the effects of the present invention are not impaired.
また、第1乃至第3の検知部は、各感磁部の出力信号の差分を出力することが可能な演算回路を設けていることが好ましい。
図5(a),(b)は、本発明の磁気センサに用いられる演算回路としての差動増幅回路を示す図である。なお、図中符号11乃至16は感磁部を示している。
演算回路としては、各感磁部の出力の差分に基づく信号を出力することが可能なものであれば特に制限されず、図5(a)に示す様な各感磁部の出力が入力され、2つの入力の差分値を所定の割合で増幅して出力する差動増幅回路や、各感磁部の出力をデジタル信号に変換し、差分演算を行うデジタルIC回路等が挙げられるがこの限りではない。本発明の磁気センサは、複数の組の感磁部の差分を演算するため、図5(b)に示す様なマルチプレクサを用いた差動増幅回路によれば、1つのオペアンプにより演算が可能であるため、小型化の観点から好ましい。
Moreover, it is preferable that the 1st thru | or 3rd detection part is provided with the arithmetic circuit which can output the difference of the output signal of each magnetic sensing part.
5A and 5B are diagrams showing a differential amplifier circuit as an arithmetic circuit used in the magnetic sensor of the present invention. In the figure,
The arithmetic circuit is not particularly limited as long as it can output a signal based on the difference between the outputs of the magnetic sensing units, and the outputs of the magnetic sensing units as shown in FIG. Examples include a differential amplifier circuit that amplifies and outputs a difference value between two inputs at a predetermined ratio, and a digital IC circuit that converts the output of each magnetic sensing unit into a digital signal and performs a difference operation. is not. Since the magnetic sensor of the present invention calculates the difference between a plurality of sets of magnetic sensing units, the differential amplifier circuit using the multiplexer as shown in FIG. 5B can be operated by one operational amplifier. Therefore, it is preferable from the viewpoint of miniaturization.
図6(a),(b)乃至図11(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態1乃至6を説明するための第1乃至第3の検知部を示す構成図で、図6(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態1における第1の検知部を説明するための構成図で、図7(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態2における第1の検知部を説明するための構成図、図8(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態3における第1の検知部を説明するための構成図である。なお、各図における(a)は平面図、(b)は断面図である。 FIGS. 6A, 6B to 11A, 11B are configuration diagrams showing first to third detectors for explaining the first to sixth embodiments of the magnetic sensor according to the present invention. 6 (a) and 6 (b) are configuration diagrams for explaining the first detection unit in the first embodiment of the magnetic sensor according to the present invention, and FIGS. 7 (a) and 7 (b) illustrate the present invention. FIG. 8A and FIG. 8B are configuration diagrams for explaining a first detection unit in the second embodiment of the magnetic sensor according to the invention, and FIGS. 8A and 8B are first detection units in the third embodiment of the magnetic sensor according to the present invention. It is a block diagram for demonstrating. In each figure, (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.
図中符号1aは実施形態1における第1の検知部、1bは実施形態2における第1の検知部、1cは実施形態3における第1の検知部、11a,11bは第1の感磁部、12a,12bは第2の感磁部、11cは第3の感磁部、12cは第4の感磁部、20は磁気収束部、31は基板、32は絶縁層を示している。
本発明の磁気センサは、基板平面に対して任意の軸方向の磁場を検知できるようにした磁気センサである。以下に、各検知部の構成について順次説明する。
In the figure,
The magnetic sensor of the present invention is a magnetic sensor that can detect a magnetic field in an arbitrary axial direction with respect to a substrate plane. Below, the structure of each detection part is demonstrated sequentially.
<第1の検知部>
図6(a),(b)において、実施形態1における第1の検知部1aは、基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場を検知するために、第1の軸方向に感磁軸を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が異なる第1及び第2の感磁部11a,12aを備えている。なお、第1の感磁部11aと第2の感磁部12aの短手方向の幅をそれぞれW1,W2で示し、W1=W2の関係にある。
<First detection unit>
6 (a) and 6 (b), the
また、第1の検知部1aにおける第1の感磁部11aは、平面視したときに、磁気収束部20に覆われ、第2の感磁部12aが、基板31の平面上で第1の感磁部11aに併設されている。なお、磁気収束部20は、後述する第1乃至第5の磁気収束部21乃至25のいずれかであることが好ましい。
Further, the first
図7(a),(b)において、実施形態2における第1の検知部1bにおける第1の感磁部11bと第2の感磁部12bとの短手方向の幅が異なるように構成されている。つまり、第1の感磁部11bの短手方向の幅W1は、第2の感磁部12bの短手方向の幅W2よりも狭くなるように構成されている。また、第1の感磁部11bの長手方向の長さL1は、第2の感磁部12bの長手方向の長さL2よりも短くなるように構成されている。なお、第1の感磁部11bと第2の感磁部12bの短手方向の幅をそれぞれW1,W2で示し、W1<W2の関係にある。
7 (a) and 7 (b), the widths in the short direction of the first
このように、図6(a),(b)及び図7(a),(b)は、第1の軸方向の磁場に対する感度が異なる第1及び第2の感磁部11a,11b,12a,12bからなる第1の検知部1a,1bの一例である。第1及び第2の感磁部11a,11b,12a,12bは、X軸方向に感磁軸を有している。第1の検知部1a,1bは、基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場として、X軸方向の磁場を検知する。
As described above, FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B show the first and second
また、図6(a),(b)に示した実施形態1における第1の検知部1aの例では、第1の感磁部11aが磁気収束部20に覆われており、外部磁場に対する感度を有さず、第1の感磁部11aを構成する材料に依存する抵抗Rに基づく信号を常に出力する。一方、第2の感磁部12aは、抵抗Rに加え、X軸方向の外部磁場BXに依存する抵抗変化量ΔRに依存する信号を出力する。
Moreover, in the example of the
このことを詳細に説明すると、X軸方向の磁場成分BXは、磁気収束部20によって収束されるため第1の感磁部11aには入力されず、第2の感磁部12aに対してのみ入力される。ここで、入力された磁場成分BXに対し、第2の感磁部12aに対して入力されるX軸方向の磁場成分は、磁気収束部20によるX軸方向の磁場成分に対する収束率を表す係数h1とすると、h1BXとなる。また、Y軸方向の磁場成分BY、Bzは、第1及び第2の感磁部11a,12aの感磁軸方向には変換されないため、第1及び第2の感磁部11a,12aの出力には影響を与えない。この時、X軸方向の外部磁場に対する感度をαとすると、第2の感磁部12aの抵抗変化量ΔR=αh1BXとなる。
To explain this in detail, the magnetic field components B X in the X-axis direction is not input to the first
ここで、各感磁部を定電圧駆動する場合、第2の感磁部12aからの出力信号S2と第1の感磁部11aからの出力信号S1の差分は、
S2−S1=(R+αh1BX)/VCONST−R/VCONST
=αh1BX/VCONST
となり、第1及び第2の感磁部11a,12aの出力信号の差分に基づき、X軸方向の外部磁場BXを導出することが可能になる。
Here, when each magnetic sensing unit is driven at a constant voltage, the difference between the output signal S2 from the second
S2-S1 = (
= Αh 1 B X / V CONST
Thus, the external magnetic field BX in the X-axis direction can be derived based on the difference between the output signals of the first and second
また、図7(a),(b)に示した実施形態2における第1の検知部1bの例では、第1の感磁部11bと第2の感磁部12bの長手方向の長さL1,L2と短手方向の幅W1,W2の比W1/L1,W2/L2が等しい。すなわち、第1の感磁部11bと第2の感磁部12bの無磁場下での抵抗Rが等しい。一方、第1及び第2の感磁部11b,12bの各々の感磁軸方向(短手方向)の幅W1,W2は異なるため、外部磁場に依存する抵抗変化量ΔRは異なる。本実施形態3においては、X軸方向の外部磁場成分BXに対する第2の感磁部12bの感度をαとし、第1の感磁部11bの感度をβとすると、第2の感磁部12bの抵抗変化量ΔR=αBX、第1の感磁部11bの抵抗変化量ΔR=βBXとなる。
Moreover, in the example of the
ここで、各感磁部を定電圧駆動する場合、第2の感磁部12bからの出力信号S2と第1の感磁部11bからの出力信号S1の差分は、
S2−S1=(R+αBX)/VCONST−(R+βBX)/VCONST
=(α−β)BX/VCONST
となり、第1及び第2の感磁部11b,12bの出力信号の差分に基づき、X軸方向の外部磁場BXを導出することが可能になる。
Here, when each magnetic sensing unit is driven at a constant voltage, the difference between the output signal S2 from the second
S2-S1 = (R + αB X) / V CONST - (R + βB X) / V CONST
= (Α−β) B X / V CONST
Next, the first and second magnetically
このような第1の検知部1a,1bにおいて、第1及び第2の感磁部11a,11b,12a,12bの出力信号S1,S2の差分に基づき基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。また、第1の検知部1cにおいて、第3及び第4の感磁部11c,12cの出力信号S3,S4に基づき基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。
In such a
図8(a),(b)において、実施形態3における第1の検知部1cは、第1の軸方向の磁場に対する感磁軸が反平行である第3及び第4の感磁部11c,12cから構成されており、第1の検知部1cにおける第3の感磁部11cの感磁軸が+X軸方向で、第4の感磁部12cの感磁軸が−X軸方向であり、各感磁部の感磁軸が反平行であるように構成されている。なお、第3の感磁部11cと第4の感磁部12cの短手方向の幅をそれぞれW3,W4で示し、W3=W4の関係にある。
8A and 8B, the
また、図8(a),(b)に示した実施形態3における第1の検知部1cの例では、第3の感磁部11cの感磁軸は+X軸方向であり、第4の感磁部12cの感磁軸は−X軸方向であり、各感磁部の感磁軸が反平行(180度異なる)である。本実施形態3においては、各感磁部のX軸方向の外部磁場成分BXに対する抵抗変化量はいずれもαBXと等しくなるようにした。
Moreover, in the example of the
各感磁部を定電圧駆動する場合、第3の感磁部11cからの出力信号S3と第4の感磁部12cからの出力信号S4の差分は、
S3−S4=(R+αBX)/VCONST−(R−αBX)/VCONST
=2αBX/VCONST
となり、第3及び第4の感磁部11c,12cの出力信号の差分に基づき、X軸方向の外部磁場BXを導出することが可能になる。
When each magnetic sensing unit is driven at a constant voltage, the difference between the output signal S3 from the third
S3-S4 = (R + αB X ) / V CONST − (R−αB X ) / V CONST
= 2αB X / V CONST
Next, third and fourth magnetically
以上のように、本実施形態1乃至3の磁気センサにおける第1の検知部1a乃至1cは、外部磁場に対する磁気抵抗感度が異なる各感磁部の組からの出力信号の差分により、材料に依存する抵抗Rをキャンセルし、抵抗変化量ΔRのみを出力するため、外部温度の影響を最小限に抑え、かつ、感磁軸方向の磁場を検知することが可能であることが理解される。また、各感磁部の形状や大きさ等を設計することにより、任意の感度の検知部とすることが可能である。
As described above, the
<第2の検知部>
図9(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態4における第2の検知部を説明するための構成図で、図中符号13aは第5の感磁部、14aは第6の感磁部、21は第1の磁気収束部、22は第2の磁気収束部、23は第3の磁気収束部を示している。
<Second detection unit>
FIGS. 9A and 9B are configuration diagrams for explaining the second detection unit in the magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention, in which reference numeral 13a denotes a fifth magnetic sensing unit, and 14a denotes A sixth magnetic sensing unit, 21 is a first magnetic converging unit, 22 is a second magnetic converging unit, and 23 is a third magnetic converging unit.
本実施形態4における第2の検知部2は、基板平面に対して平行かつ第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場を検知するために、第1の軸方向に感磁軸を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第5及び第6の感磁部13a,14aと、この第5及び第6の感磁部13a,14aの近傍に配置されて磁路を形成する第1乃至第3の磁気収束部21乃至23から構成されている。なお、第5の感磁部13aと第6の感磁部14aの短手方向の幅をそれぞれW5,W6で示し、W5=W6の関係にある。
In the fourth embodiment, the
このような構成により、第2の検知部2は、第5及び第6の感磁部13a,14aの出力信号S5,S6の差分に基づき基板平面に対して平行かつ第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。
また、第5及び第6の感磁部13a,14aは、X軸方向に感磁軸を有している。第2の検知部2は、第5及び第6の感磁部13a,14aの出力信号S5,S6の差分に基づき、基板平面に対して平行かつ第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場として、Y軸方向の磁場BYを検知する。
With this configuration, the
The fifth and sixth
この第2の検知部2は、X軸方向の磁場に対する感度が等しい第5及び第6の感磁部13a,14bと、第1乃至第3の磁気収束部21乃至23から構成されている。
第1乃至第3の磁気収束部21乃至23が、第2の磁気収束部22の長手方向に磁気を入力したときに、第2の磁気収束部22から第1の磁気収束部21及び第2の磁気収束部22から第3の磁気収束部23にそれぞれ磁束成分の磁路が形成されるように配置されている。
The
When the first to third magnetic converging
また、磁気センサを平面視したときに、第1の磁気収束部21と第2の磁気収束部22間の第1仮想中線L21から、第5の感磁部13aの長手方向の中線L13までの中線間距離MW1及び記第2の磁気収束部22と第3の磁気収束部23間の第2仮想中線L23から、第6の感磁部14aの長手方向の中線L14までの中線間距離MW2が互いに等しい。
Further, when the magnetic sensor is viewed in plan, from the first virtual midline L21 between the first magnetic converging
また、第2の検知部2における第1及び第3の磁気収束部21,23は、平面視したときに、第2の磁気収束部22の長手方向の仮想中線L22に対して線対称となり、かつ、第1及び第3の磁気収束部21,23の中心C1,C3を結んだ仮想線分L10が、第2の磁気収束部22の中心C2以外と一部と交差する位置に配置されている。
また、図9(a),(b)に示した第2の検知部2の例においては、X軸方向の磁場成分BXは、第1乃至第3磁気収束部21乃至23によって収束され、第5及び第6の感磁部13a,14aに対して等しく入力される。入力されるX軸方向の磁場成分の収束率をh2とすると、第5及び第6の感磁部13a,14aに対してはX軸方向の磁場成分としてh2BXが入力される。
Further, the first and third magnetic converging
In the example of the
Y軸方向の磁場成分BYは、まず第1及び第3の磁気収束部21,23により一度収束され、いずれも第2の磁気収束部22に対して流れ込む。すなわち、第5の感磁部13aに対しては、この第5の感磁部13aの感磁軸方向と平行方向(X方向)に変換され、第6の感磁部14aに対しては、この第6の感磁部14aの感磁軸方向と反平行(−X方向)に変換される。入力されるY軸方向の磁場成分のX軸方向への変換率をk2とすると、第5及び第6の感磁部13a,14aに対してはX軸方向の磁場成分としてk2BYが入力される。
Magnetic field component B Y of the Y-axis direction is first once converged by the first and third
Z軸方向の磁場成分BZは、第1乃至第3の磁気収束部21乃至23のそれぞれにより収束されるため、第5及び第6の感磁部13a,14aに対しては、両方とも感磁軸方向と反平行(−X方向)に変換される。入力されるZ軸方向の磁場成分のX軸方向への変換率をl2とすると、第5及び第6の感磁部13a,14aに対してはX軸方向の磁場成分としてl2BZが入力される。
Since the magnetic field component B Z in the Z-axis direction is converged by the first to third magnetic converging
ここで、第5及び第6の感磁部13a,14aのX軸方向に対する感度をκとし、各感磁部を定電圧駆動する場合、第6の感磁部14aからの出力信号S6と第5の感磁部13aからの出力信号S5の差分は、
S6−S5=(R+κh2BX−κk2BY−κl2BZ)/VCONST
−(R+κh2BX+κk2BY−κl2BZ)/VCONST
=−2κh2BY/VCONST
となり、第5及び第6の感磁部13a,14aの出力信号の差分に基づき、Y軸方向の外部磁場BYを導出することが可能になる。
Here, when the sensitivity of the fifth and sixth
S6-S5 = (
- (R + κh 2 B X +
= -2κh 2 BY / V CONST
Next, fifth and sixth
第5及び第6の感磁部13a,14aに印加される磁場は、第1乃至第3の磁気収束部21乃至23の効果によって符号が逆転するため、第5及び第6の感磁部13a,14aの出力信号の差分により材料に依存する抵抗Rをキャンセルし、抵抗変化量ΔRのみを出力するため、外部温度の影響を最小限に抑え、かつ、感磁軸方向に垂直で基板平面に平行方向の磁場を検知することを可能になる。
The signs of the magnetic fields applied to the fifth and sixth
<第3の検知部>
図10(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態5における第3の検知部の構成図で、図11(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施形態6における第3の検知部を説明するための構成図を示している。図中符号15aは第7の感磁部、16aは第8の感磁部、24は第4の磁気収束部、25は第5の磁気収束部を示している。
<Third detection unit>
FIGS. 10 (a) and 10 (b) are configuration diagrams of a third detection unit in
図10(a),(b)において、本実施形態5における第3の検知部3aは、基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場を検知するために、第1の軸方向に感磁軸を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部15a,16aと、この第7及び第8の感磁部15a,16aの近傍に配置されて磁路を形成する第4の磁気収束部24とから構成されている。なお、第7の感磁部15aと第8の感磁部16aの短手方向の幅をそれぞれW7,W8で示し、W7=W8の関係にある。
10 (a) and 10 (b), the
また、第3の検知部3aにおける第7及び第8の感磁部15a,16aの間隙を覆うように第4の磁気収束部24が配置されている。
また、図11(a),(b)において、本実施形態6における第3の検知部3bは、基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場を検知するために、第1の軸方向に感磁軸を有し、第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部15a,16aと、この第7及び第8の感磁部15a,16aの近傍に配置されて磁路を形成する第4及び第5の磁気収束部24,25から構成されている。なお、第7の感磁部15aと第8の感磁部16aの短手方向の幅をそれぞれW7,W8で示し、W7=W8の関係にある。
The fourth magnetic converging
Further, in FIGS. 11A and 11B, the
また、第3の検知部3bにおける第7及び第8の感磁部15a,16aの外側を覆うように第4及び第5の磁気収束部24,25が配置されている。
また、第3の検知部3a,3bにおける第7及び第8の感磁部15a,16aは、平面視したときに、前記第7及び第8の感磁部15a,16aの中心同士を結ぶ仮想線分L56が、第4の磁気収束部24の長手方向の仮想中線L40と垂直である。また、第3の検知部3bにおいては、第4及び第5の磁気収束部24,25の中心同士を結ぶ仮想線分L50と平行である。
Moreover, the 4th and 5th
Further, the seventh and eighth
このような構成により、第3の検知部3a,3bは、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力S7,S8の差分に基づき第3の軸方向の磁場に応じた信号を出力する。
また、図10(a),(b)に示す本実施形態5の磁気センサにおける第3の検知部3aの第7及び第8の感磁部15a,16aは、X軸方向に感磁軸を有している。この第3の検知部3aは、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力信号S7,S8の差分に基づき、基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場として、Z軸方向の磁場BZを検知する。
With such a configuration, the
In addition, the seventh and eighth
また、本実施形態5の第3の検知部3aは、X軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部15a,16aと、第4の磁気収束部24から構成されている。第7及び第8の感磁部15a,16aは、磁気センサを平面視したときに、第7及び第8の感磁部15a,16aの中心同士を結ぶ仮想線分L56が、第4の磁気収束部24の長手方向の仮想中線L40と垂直である。
The
また、図10(a),(b)に示した実施形態5における第3の検知部3aの例におけるX軸方向の磁場成分BXは、第4の磁気収束部24によって収束され、第7及び第8の感磁部15a,16aに対して等しく入力される。入力されるX軸方向の磁場成分の収束率をh3とすると、第7及び第8の感磁部15a,16aに対してはX軸方向の磁場成分としてh3BXが入力される。第7及び第8の感磁部15a,16aは、Y軸方向の磁場成分に対しては不感である。
Further, FIG. 10 (a), the magnetic field component B X in the X-axis direction in the example of the
Z軸方向の磁場成分BZは、第4の磁気収束部24により収束されるため、第7の感磁部15aに対しては、感磁軸方向に平行(+X方向)に変換され、第8の感磁部16aに対しては、感磁軸方向に反平行(−X方向)に変換される。入力されるZ軸方向の磁場成分のX軸方向への変換率をl3とすると、第7の感磁部15aに対しては、X軸方向の磁場成分としてl3BZが入力され、第8の感磁部16aに対しては、X軸方向の磁場成分として−l3BZが入力される。
Magnetic field component B Z in the Z-axis direction, since it is converged by the fourth magnetic converging
ここで、第7及び第8の感磁部15a,16aのX軸方向に対する感度をτとし、各感磁部を定電圧駆動する場合、第7の感磁部15aからの出力信号S7と第8の感磁部からの出力信号S8の差分は、
S7−S8=(R+τh3BX+τl3BZ)/VCONST
−(R+τh3BX−τl3BZ)/VCONST
=2τl3BZ/VCONST
となり、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力信号の差分に基づき、Z軸方向の外部磁場BZを導出することが可能になる。
Here, when the sensitivity of the seventh and eighth
S7-S8 = (R + τh 3 B X + τl 3 B Z ) / V CONST
− (R + τh 3 B X −τl 3 B Z ) / V CONST
= 2τl 3 B Z / V CONST
Next,
また、図11(a),(b)に示す本実施形態6の磁気センサにおける第3の検知部3bの第7及び第8の感磁部15a,16aは、X軸方向に感磁軸を有している。この第3の検知部3bは、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力信号S7,S8の差分に基づき、基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場として、Z軸方向の磁場BZを検知する。
In addition, the seventh and eighth
また、本実施形態6の第3の検知部3bは、X軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部15a,16bと、第4及び第5の磁気収束部24,25から構成されている。第7及び第8の感磁部15a,16aは、磁気センサを平面視したときに、第7及び第8の感磁部15a,16aの中心同士を結ぶ仮想線分L56が、第4及び第5の磁気収束部24,25の中心同士を結ぶ仮想線分L50と平行である。
The
また、図11(a),(b)に示した実施形態6における第3の検知部3bの例におけるX軸方向の磁場成分BXは、第4及び第5の磁気収束部24,25によって収束され、第7及び第8の感磁部15a,16aに対して等しく入力される。入力されるX軸方向の磁場成分の収束率をh3とすると、第7及び第8の感磁部15a,16aに対しては、X軸方向の磁場成分としてh3BXが入力される。第7及び第8の感磁部15a,16aは、Y軸方向の磁場成分に対しては不感である。
Further, FIG. 11 (a), the by the third magnetic field component B X in the X-axis direction in the example of the
Z軸方向の磁場成分BZは、第4及び第5の磁気収束部24,25により収束されるため、第7の感磁部15aに対しては、感磁軸方向に反平行(−X方向)に変換され、第8の感磁部16aに対しては、感磁軸方向に平行(+X方向)に変換される。入力されるZ軸方向の磁場成分のX軸方向への変換率をl3とすると、第7の感磁部15aに対しては、X軸方向の磁場成分として−l3BZが入力され、第8の感磁部16aに対しては、X軸方向の磁場成分としてl3BZが入力される。
Since the magnetic field component B Z in the Z-axis direction is converged by the fourth and fifth magnetic converging
ここで、第7及び第8の感磁部15a,16aのX軸方向に対する感度をτとし、各感磁部を定電圧駆動する場合、第8の感磁部16aからの出力信号S8と第7の感磁部15aからの出力信号S7の差分は、
S8−S7=(R+τh3BX+τl3BZ)/VCONST
−(R+τh3BX−τl3BZ)/VCONST
=2τl3BZ/VCONST
となり、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力信号の差分に基づき、Z軸方向の外部磁場BZを導出することが可能になる。
Here, when the sensitivity of the seventh and eighth
S8−S7 = (R + τh 3 B X + τl 3 B Z ) / V CONST
− (R + τh 3 B X −τl 3 B Z ) / V CONST
= 2τl 3 B Z / V CONST
Next,
このように、第7及び第8の感磁部15a,16aに印加される磁場は第4及び第5の磁気収束部24,25の効果によって符号が逆転するため、第7及び第8の感磁部15a,16aの出力信号の差分により材料に依存する抵抗Rをキャンセルし、抵抗変化量ΔRのみを出力するため、外部温度の影響を最小限に抑え、かつ、感磁軸方向に垂直で基板平面に垂直方向の磁場を検知することを可能になる。
As described above, since the signs of the magnetic fields applied to the seventh and eighth
なお、第1乃至第4の感磁部11a,11c,12a乃至12cの短手方向の幅が、第5乃至第8の感磁部13a乃至16aの短手方向の幅よりも狭く構成しても良い。
また、第1及び第2の感磁部11a,12aと第3及び第4の感磁部11c,12cと第5及び第6の感磁部13a,13b,14a,14bと第7及び第8の感磁部15a,15b,16a,16bの各組の感磁部の無磁場下での電気抵抗が等しくなるように構成するのが良い。
The first to fourth magnetic
The first and second
<演算部>
本発明の磁気センサは、第1及び第2又は第3及び第4の感磁部11a,12a/11b,12b/11c,12cの出力信号の差分と、第5及び第6の出力信号の差分13a,14a/13b,14b、第7及び第8の感磁部15a,16a/15b,16bの出力信号の差分とを出力することが可能な演算部を備えていることが好ましい。
次に、本発明の磁気センサのより具体的な各実施例について説明する。
<Calculation unit>
The magnetic sensor according to the present invention includes a difference between output signals of the first and second or third and fourth
Next, specific examples of the magnetic sensor of the present invention will be described.
図12(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施例1を説明するための構成図で、第1の検知部として図6(a)に示したものを適用し、第2の検知部として図9に示したものを、第3の検知部として図10に示したものを適用した。
感磁部11a,12a乃至15a,16aとしては、スピンバルブ型のピンド層、伝導層、フリー層を積層してなるGMR素子を用いている。
FIGS. 12A and 12B are configuration diagrams for explaining the first embodiment of the magnetic sensor according to the present invention, and the first detection unit shown in FIG. 6A is applied. The second detection unit shown in FIG. 9 was applied, and the third detection unit shown in FIG. 10 was applied.
As the magnetic
本実施例1の磁気センサは、第1の検知部1aにおける第1の感磁部11aが、磁気収束部21に覆われ、第2の感磁部12aが、基板平面上で第1の感磁部11aに併設されている。
また、図12(a)から分かるように、第1の感磁部11aと第2の感磁部12aとの間において、第2の検知部2における第1及び第3の磁気収束部21,23が、第2の磁気収束部22の長手方向の仮想中線L22に対して線対称となり、かつ、第1及び第3の磁気収束部21,23の中心C1,C3を結んだ仮想線分L10が、第2の磁気収束部22の中心C2以外と一部と交差する位置に配置されている。
In the magnetic sensor of the first embodiment, the first
Further, as can be seen from FIG. 12A, the first and third magnetic converging
また、第2の感磁部12aに隣接して第3の検知部3における第7及び第8の感磁部15a,16aの間隙を覆うように第4の磁気収束部24が配置されている。
また、感磁部11a,12a乃至15a,16aは、X軸方向に対して感磁軸を持っており、それぞれの感磁軸がお互いに平行になるように配置されている。
また、感磁部11aは、基板上に設置された磁気収束部21に磁気遮蔽されており、かつ磁気センサを平面視した時、感磁部11a,12aの感磁軸方向長さWと、基板面に対して平行かつ感磁軸方向に垂直な方向の長さLの比(W1:L1及びW2:L2)は等しくなるように配置されている。すなわち、第1及び第2の感磁部の無磁場時での抵抗Rは等しくなっている。なお、第1の感磁部は、磁気収束部に覆われていればよく、特に制限されてないが、チップ面積を小さくする観点から、第1乃至第4のいずれかに覆われていることが好ましい。
Further, a fourth magnetic converging
Further, the
The
また、第2の検知部における磁気収束部21乃至23は、磁気センサを平面視したときに、第2の磁気収束部の長手方向の仮想中線に対して線対称となり、かつ、第1及び第3の磁気収束部の中心を結んだ仮想線分が第2の磁気収束部の中心以外と一部と交差する位置に配置されている。
また、第5の感磁部13aは、磁気収束部21及び22の間に配置され、第6の感磁部14aは磁気収束部22及び23の間に配置され、第5の感磁部13aと第6の感磁部14aの感磁軸方向は一致しており、また、第5の感磁部13aと第6の感磁部14aの短手方向の中線は一致しており、その中線と磁気収束部21と磁気収束部23の中心を結ぶ仮想線分は平行になるように配置されている。
The magnetic converging
The fifth
また、磁気センサを平面視した時、第5及び第6の感磁部13a,14aの感磁軸方向長さW、基板面に対して平行かつ感磁軸方向に垂直な方向の長さLの比(W5:L5及びW6:L6)は等しくなるように配置されている。すなわち、第5及び第6の感磁部の無磁場時での抵抗Rは等しくなっている。
また、第7及び第8の感磁部15,16は、磁気収束部24の両側に、磁気収束部の長手方向の中線と、第7及び第8の感磁部15,16の長手方向の中線との距離がそれぞれ等しくなるように配置されている。また、磁気センサを平面視した時、第7及び第8の感磁部15,16の感磁軸方向長さW、基板面に対して平行かつ感磁軸方向に垂直な方向の長さLの比(W7:L7及びW8:L8)は等しくなるように配置されている。すなわち、第15及び第16の感磁部の無磁場時での抵抗Rは等しくなっている。なお、各感磁部の短手方向の幅は、W1=W2=W5=W6=W7=W8の関係にある。
Further, when the magnetic sensor is viewed in plan, the length W of the fifth and sixth
The seventh and eighth
このような構成における第1及び第2の感磁部11a,12aからの出力信号の差分により感磁軸方向の磁場成分、第5及び第6の感磁部13a,14aからの出力信号の差分により感磁軸方向に垂直で基板平面に平行方向の磁場成分、第7及び第8の感磁部15a,16aからの感度軸方向の出力信号の差分により基板平面に垂直方向の磁場成分に応じた信号をそれぞれ出力することができる。
The difference between the output signals from the first and second
具体的には、各検知部を定電圧駆動し、この磁気センサに対して磁界B(X,Y,Z軸方向のそれぞれの成分をBX,BY,BZ)を加えると、
第1の検知部は、
S2−S1(S4−S3)=αh1BX/VCONST
を出力し、第2の検知部は、
S6−S5=2κk2BY/VCONST
を出力し、第3の検知部は、
S7−S8=2τl3BZ/VCONST
を出力する。
Specifically, each detection unit is driven at a constant voltage, and a magnetic field B (X, Y, Z-axis direction components B X , B Y , B Z ) is applied to the magnetic sensor.
The first detector
S2-S1 (S4-S3) = αh 1 B X / V CONST
And the second detection unit
S6-S5 = 2κk 2 BY / V CONST
And the third detection unit
S7-S8 = 2τl 3 B Z / V CONST
Is output.
すなわち、第1乃至第3の検知部により、BX,BY,BZを導出することが可能になる。また、上記式より、第1乃至第3の検知部の感磁部の感度α、κ、τをそれぞれ所望の値にすることにより、X、Y,Z軸のそれぞれの方向に対して所望の感度及びレンジの磁気センサが実現可能であることが理解される。他の方法としては、第1乃至第3の検知部の磁気収束部の組成、大きさ、各感磁部との距離を所望のものとすることにより、h1、k2、l3を所望の値にすることによっても、X、Y,Z軸のそれぞれの方向に対して所望の感度及びレンジの磁気センサが実現可能であることが理解される。 That is, B X , B Y , and B Z can be derived by the first to third detection units. Further, from the above formula, by setting the sensitivities α, κ, and τ of the magnetic sensing units of the first to third detection units to desired values, the desired values can be obtained for the respective directions of the X, Y, and Z axes. It will be appreciated that sensitivity and range magnetic sensors are feasible. As another method, h 1, k 2 , and l 3 are desired by making the composition, size, and distance from each magnetic sensing part of the first to third detection parts desired. It is understood that a magnetic sensor having a desired sensitivity and range in each direction of the X, Y, and Z axes can also be realized by setting the value of.
図13(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施例2を説明するための構成図で、第3の検知部の第7及び第8の感磁部の感磁軸方向(X軸方向)の幅を広くした以外は実施例1と同様である。つまり、第7及び第8の感磁部15b,16bの短手方向の幅は、第1乃至第6の感磁部11a乃至14aの短手方向の幅よりも広く構成されている。なお、各感磁部の短手方向の幅は、W1=W2=W5=W6<W7=W8の関係にある。
FIGS. 13A and 13B are configuration diagrams for explaining the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention, in the direction of the magnetosensitive axis of the seventh and eighth magnetosensitive parts of the third detecting unit. Example 1 is the same as Example 1 except that the width in the (X-axis direction) is widened. That is, the width in the short direction of the seventh and eighth
このように、第7及び第8の感磁部の幅が広くしたことにより、第1,第2及び第5,第6の感磁部よりも感度が高まるため、Z軸方向の感度が高い磁気センサとなる。 As described above, since the widths of the seventh and eighth magnetic sensing parts are increased, the sensitivity is higher than that of the first, second, fifth, and sixth magnetic sensing parts, and thus the sensitivity in the Z-axis direction is high. It becomes a magnetic sensor.
図14(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施例3を説明するための構成図で、第1の検知部として図7(a)に示したもの適用した以外は実施例1と同様である。つまり、第1の検知部1bにおける第1の感磁部11bと第2の感磁部12bとの短手方向の幅が異なるように構成されており、第1の感磁部11bの短手方向の幅W1は、第2の感磁部12bの短手方向の幅W2よりも狭くなるように構成されている。なお、各感磁部の短手方向の幅は、W1<W2=W5=W6=W7=W8の関係にある。
FIGS. 14A and 14B are configuration diagrams for explaining a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention. The first detector shown in FIG. 7A is applied except that it is applied. Similar to Example 1. That is, the width of the first
このように、第1の検知部として図7(a)に示したもの適用したことにより、第1及び第2の感磁部が磁気収束板の温度特性を受けなくなるため、より温度特性が優れた磁気センサとなる。 As described above, since the first detection unit shown in FIG. 7A is applied, the first and second magnetic sensing units do not receive the temperature characteristic of the magnetic flux concentrating plate. Magnetic sensor.
図15(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施例4を説明するための構成図で、第3の検知部として図11(a)に示したもの適用した以外は実施例1と同様である。つまり、第3の検知部3bにおける第7及び第8の感磁部15a,16aの外側を覆うように第4及び第5の磁気収束部24,25が配置されている。なお、各感磁部の短手方向の幅は、W1=W2=W5=W6=W7=W8の関係にある。
このように、第3の検知部として図11(a)に示したもの適用したことにより、第2の感磁部が他の感磁部から独立するため、第2の感磁部の配置設計が容易となる。
FIGS. 15A and 15B are configuration diagrams for explaining a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention. The third detection unit shown in FIG. 11A is applied except that it is applied. Similar to Example 1. That is, the 4th and 5th
As described above, by applying the third detection unit shown in FIG. 11A, the second magnetic sensing unit is independent from other magnetic sensing units. Becomes easy.
図16(a),(b)は、本発明に係る磁気センサの実施例5を説明するための構成図で、図中符号13b,14bは第5及び第6の感磁部、15b,16bは第7及び第8の感磁部を示している。第3の検知部の第7及び第8の感磁部の感磁軸方向(X軸方向)の幅を広くし、第2の検知部の第5及び第6の感磁部の感磁軸方向の幅を狭くした以外は実施例1と同様である。つまり、第2の検知部2における第5及び第6の感磁部13b,14bの短手方向の幅が、第1及び第2,第5乃至第8の感磁部11a,11c乃至12a乃至12c及び15a,16aの短手方向の幅よりも狭く構成されている。なお、各感磁部の短手方向の幅は、W5=W6<W1=W2<W7=W8の関係にある。
FIGS. 16A and 16B are configuration diagrams for explaining a magnetic sensor according to a fifth embodiment of the present invention. In the drawing,
また、第1及び第2の感磁部11a,12aの短手方向の幅と、第5及び第6の感磁部13b,14bの短手方向の幅と、第7及び第8の感磁部15b,16bとの短手方向の幅とがそれぞれ異なるように構成しても良い。
このように、第7及び第8の感磁部の幅が広くしたことにより、磁気センサとしてZ軸方向の磁場成分に対する感度が向上し、第5及び第6の感磁部の幅を狭くしたことにより、Y軸方向の磁場成分に対する検知可能なレンジが向上する。すなわち、実施例5に係る磁気センサより、第1,第2及び第5乃至第8の感磁部として同じ構造のGMR素子を用いた場合であっても、各感磁部の幅を所望のものにすることにより、各軸方向の感度とレンジが所望の値となる磁気センサを容易に設計することが可能であることが理解される。
Further, the width in the short direction of the first and second magnetic
Thus, by increasing the width of the seventh and eighth magnetic sensing parts, the sensitivity to the magnetic field component in the Z-axis direction as a magnetic sensor is improved, and the width of the fifth and sixth magnetic sensing parts is reduced. This improves the detectable range for the magnetic field component in the Y-axis direction. That is, even if the GMR elements having the same structure are used as the first, second, and fifth to eighth magnetic sensing parts from the magnetic sensor according to the fifth embodiment, the width of each magnetic sensing part is set to a desired value. It is understood that it is possible to easily design a magnetic sensor in which the sensitivity and range in each axial direction have desired values.
1a,1b,1c 第1の検知部
11乃至16 感磁部
11a,11b 第1の感磁部
12a,12b 第2の感磁部
11c 第3の感磁部
12c 第4の感磁部
13a,13b 第5の感磁部
14a,14b 第6の感磁部
15a,15b 第7の感磁部
16a,16b 第8の感磁部
20 磁気収束部
21 第1の磁気収束部
22 第2の磁気収束部
23 第3の磁気収束部
24 第4の磁気収束部
25 第5の磁気収束部
31 基板
32,301,306 絶縁膜
101,305 反強磁性層
102,202,304 ピンド層(固定層)
103,203 Cu層(スペーサ層)
104,204,302 フリー層(自由回転層)
303 導電層
1a, 1b, 1c
103, 203 Cu layer (spacer layer)
104,204,302 Free layer (free rotation layer)
303 Conductive layer
Claims (20)
前記基板平面に対して平行な第1の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が異なる第1及び第2の感磁部又は前記第1の軸方向の磁場に対する感磁軸が反平行である第3及び第4の感磁部からなる第1の検知部と、
前記基板平面に対して平行かつ前記第1の軸方向に垂直な第2の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第5及び第6の感磁部と、該第5及び第6の感磁部の近傍に配置されて磁路を形成する第1乃至第3の磁気収束部からなる第2の検知部と、
前記基板平面に対して垂直な第3の軸方向の磁場を検知するために、前記第1の軸方向に感磁軸を有し、前記第1の軸方向の磁場に対する感度が等しい第7及び第8の感磁部と、該第7及び第8の感磁部の近傍に配置されて磁路を形成する第4の磁気収束部又は前記第4及び第5の磁気収束部からなる第3の検知部と
を備えていることを特徴とする磁気センサ。 In a magnetic sensor capable of detecting a magnetic field in an arbitrary axial direction with respect to a substrate plane,
In order to detect a magnetic field in a first axial direction parallel to the substrate plane, the first and second magnetic sensors have a magnetosensitive axis in the first axial direction and have different sensitivities to the magnetic field in the first axial direction. A first detection unit comprising a second magnetic sensing unit or a third and fourth magnetic sensing unit whose magnetosensitive axes with respect to the magnetic field in the first axial direction are antiparallel;
In order to detect a magnetic field in a second axis direction parallel to the substrate plane and perpendicular to the first axis direction, the first axis direction has a magnetosensitive axis and the first axis direction First and third magnetic converging portions which are arranged in the vicinity of the fifth and sixth magnetic sensing portions and form a magnetic path. Two detectors;
In order to detect a magnetic field in a third axial direction perpendicular to the substrate plane, a seventh and a seventh sensor having a magnetosensitive axis in the first axial direction and equal in sensitivity to the magnetic field in the first axial direction. A third magnetic sensing portion comprising the eighth magnetic sensing portion and the fourth magnetic focusing portion or the fourth and fifth magnetic focusing portions arranged in the vicinity of the seventh and eighth magnetic sensing portions to form a magnetic path; And a magnetic sensor.
前記第2の検知部は、前記第5及び第6の感磁部の出力信号の差分に基づき前記第2の軸方向の磁場に応じた信号を出力し、
前記第3の検知部は、前記第7及び第8の感磁部の出力の差分に基づき前記第3の軸方向の磁場に応じた信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 The first detection unit is a signal corresponding to a magnetic field in the first axial direction based on a difference between output signals of the first and second magnetic sensing units or output signals of the third and fourth magnetic sensing units. Output
The second detection unit outputs a signal corresponding to the magnetic field in the second axial direction based on a difference between output signals of the fifth and sixth magnetic sensing units,
The said 3rd detection part outputs the signal according to the magnetic field of the said 3rd axial direction based on the difference of the output of the said 7th and 8th magnetic sensing part. Magnetic sensor.
平面視したときに、前記第1の磁気収束部と前記第2の磁気収束部間の第1の仮想中線から前記第5の感磁部の長手方向の中線までの中線間距離、及び前記第2の磁気収束部と前記第3の磁気収束部間の第2仮想中線から前記第6の感磁部の長手方向の中線までの中線間距離が互いに等しいことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気センサ。 When the first to third magnetic converging units in the second detection unit input magnetism in the longitudinal direction of the second magnetic converging unit, the second magnetic converging unit outputs the first magnetism. Arranged so that magnetic paths of magnetic flux components are respectively formed from the converging unit and the second magnetic converging unit to the third magnetic converging unit,
When viewed in plan, the interline distance from the first virtual midline between the first magnetic converging part and the second magnetic converging part to the midline in the longitudinal direction of the fifth magnetic sensitive part, And the distance between the midlines from the second virtual midline between the second magnetic converging part and the third magnetic converging part to the midline in the longitudinal direction of the sixth magnetic sensitive part is equal to each other. The magnetic sensor according to claim 1 or 2.
前記第1の感磁部と前記第2の感磁部との間において、前記第2の検知部における前記第1及び第3の磁気収束部が、前記第2の磁気収束部の長手方向の仮想中線に対して線対称となり、かつ、前記第1及び第3の磁気収束部の中心を結んだ仮想線分が、前記第2の磁気収束部の中心以外と一部と交差する位置に配置され、
前記第2の感磁部に隣接して前記第3の検知部における前記第7及び第8の感磁部の間隙を覆うように前記第4の磁気収束部が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 The first magnetic sensing unit in the first detection unit is covered with a magnetic converging unit, and the second magnetic sensing unit is provided alongside the first magnetic sensing unit on the substrate plane,
Between the first magnetic sensing unit and the second magnetic sensing unit, the first and third magnetic focusing units in the second detection unit are arranged in the longitudinal direction of the second magnetic focusing unit. An imaginary line segment that is line-symmetric with respect to the imaginary midline and that connects the centers of the first and third magnetic converging portions intersects with a portion other than the center of the second magnetic converging portion. Arranged,
The fourth magnetic flux converging unit is disposed adjacent to the second magnetic sensing unit so as to cover a gap between the seventh and eighth magnetic sensing units in the third detection unit. The magnetic sensor according to claim 1.
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