CN111433620A - 磁传感器 - Google Patents
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Abstract
第一磁性体构件(40)位于比第一磁阻元件的外周缘靠内侧的区域。第二磁阻元件位于比第一磁阻元件的内周缘靠内侧的区域且被第一磁性体构件(40)覆盖,或者位于比第一磁阻元件的外周缘靠外侧的区域且被第二磁性体构件覆盖。第一导电体部(60)包括第一基部(61)以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第一基部(61)的外形面积小的第一狭小部(62)。在第一导电体部(60)中,第一基部(61)与第一狭小部(62)在与绝缘层正交的方向上排列设置。
Description
技术领域
本发明涉及磁传感器,尤其涉及包括磁阻元件的磁传感器。
背景技术
作为公开了磁传感器的结构的现有文献,具有日本特开2013-44641号公报(专利文献1)、国际公开第2015/182365号(专利文献2)、国际公开第2016/013345号(专利文献3)、国际公开第2007/119569号(专利文献4)、以及日本特开2017-166925号公报(专利文献5)。
专利文献1所记载的磁传感器具备相互连接而构成桥电路并且分别形成为蜿蜒状的第一磁阻元件、第二磁阻元件、第三磁阻元件及第四磁阻元件。第一磁阻元件、第二磁阻元件、第三磁阻元件及第四磁阻元件的表面被绝缘膜覆盖。在作为所谓的固定电阻的第三磁阻元件及第四磁阻元件的表面,隔着绝缘膜而形成有由磁性材料构成的磁通集磁膜。
专利文献2及专利文献3所记载的磁传感器具备第一磁阻元件、以及电阻变化率比第一磁阻元件小的第二磁阻元件。作为所谓的磁敏元件的第一磁阻元件包括呈同心圆状配置的图案。
专利文献4所记载的磁传感器具备设置有多个霍尔元件的半导体基板、以及设置在半导体基板上的具有磁放大功能的磁性体。在半导体基板上设置有成为磁性体的基底的基底层。基底层具有与多个霍尔元件不同的热膨胀率。基底层具有至少局部覆盖多个霍尔元件的区域的面积。磁性体具有比基底层的面积大的面积。
专利文献5所记载的磁传感器具有设置有多个霍尔元件的半导体基板、以及设置在半导体基板上的具有磁收敛功能的磁性体。在半导体基板上的磁性体的规定纵截面外形形状的外周部,具有在外周部的至少一部分具有曲线形状的部分、以及与半导体基板大致平行的部分。在磁性体内部埋入有由非磁性物质构成的构造体的至少一部分。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-44641号公报
专利文献2:国际公开第2015/182365号
专利文献3:国际公开第2016/013345号
专利文献4:国际公开第2007/119569号
专利文献5:日本特开2017-166925号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的磁传感器中,作为所谓的磁敏元件的第一磁阻元件及第二磁阻元件分别包括蜿蜒状的图案,因此,水平磁场的检测的各向同性较低。
在专利文献2及专利文献3所记载的磁传感器中,第一磁阻元件包括呈同心圆状配置的图案,因此,水平磁场的检测的各向同性较高,但无法检测微弱的垂直磁场。
在专利文献4及专利文献5所记载的磁传感器中,是具备霍尔元件的磁传感器,未考虑使用磁阻元件来检测水平磁场及垂直磁场。
本发明是鉴于上述的问题点而完成的,其目的在于,提供一种磁传感器,该磁传感器使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
用于解决课题的手段
本发明的第一方面的磁传感器具备:第一磁阻元件;第二磁阻元件,其与第一磁阻元件电连接而构成桥电路;绝缘层,其覆盖第一磁阻元件及第二磁阻元件;位于绝缘层上的、第一导电体部及与第一导电体部不同的第二导电体部中的至少第一导电体部;以及第一磁性体构件及第二磁性体构件中的至少第一磁性体构件,该第一磁性体构件位于第一导电体部上,在从与绝缘层正交的方向观察时覆盖第一导电体部,该第二磁性体构件位于第二导电体部上,在从与绝缘层正交的方向观察时覆盖第二导电体部。第一磁阻元件具有外周缘及内周缘中的至少外周缘。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的外周缘靠内侧的区域。第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的内周缘靠内侧的区域且被第一磁性体构件覆盖,或者位于比第一磁阻元件的外周缘靠外侧的区域且被第二磁性体构件覆盖。第一导电体部包括第一基部、以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第一基部的外形面积小的第一狭小部。在第一导电体部中,第一基部与第一狭小部在与绝缘层正交的方向上排列设置。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第一导电体部的绝缘层侧的端部。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第一导电体部的第一磁性体构件侧的端部。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一基部在与绝缘层正交的方向上分别位于第一导电体部的绝缘层侧的端部及第一磁性体构件侧的端部。第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上被第一导电体部的第一基部彼此夹着而设置。
在本发明的一方式中,第二导电体部包括第二基部、以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第二基部的外形面积小的第二狭小部。在第二导电体部中,第二基部与第二狭小部在与绝缘层正交的方向上排列设置。
在本发明的一方式中,第二导电体部的第二狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第二导电体部的绝缘层侧的端部。
在本发明的一方式中,第二导电体部的第二狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第二导电体部的第二磁性体构件侧的端部。
在本发明的一方式中,第二导电体部的第二基部在与绝缘层正交的方向上分别位于第二导电体部的绝缘层侧的端部及第二磁性体构件侧的端部。第二导电体部的第二狭小部在与绝缘层正交的方向上被第二导电体部的第二基部彼此夹着而设置。
本发明的第二方面的磁传感器具备:第一磁阻元件;第二磁阻元件,其与第一磁阻元件电连接而构成桥电路;绝缘层,其覆盖第一磁阻元件及第二磁阻元件;以及位于绝缘层上的、第一磁性体构件及与第一磁性体构件不同的第二磁性体构件中的至少第一磁性体构件。第一磁阻元件具有外周缘及内周缘中的至少外周缘。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的外周缘靠内侧的区域。第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的内周缘靠内侧的区域且被第一磁性体构件覆盖,或者位于比第一磁阻元件的外周缘靠外侧的区域且被第二磁性体构件覆盖。第一磁性体构件包括第一基部、以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第一基部的外形面积小的第一狭小部。在第一磁性体构件中,第一基部与第一狭小部在与绝缘层正交的方向上排列设置。第一磁性体构件的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第一磁性体构件的绝缘层侧的端部。
在本发明的一方式中,第二磁性体构件包括第二基部、以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第二基部的外形面积小的第二狭小部。在第二磁性体构件中,第二基部与第二狭小部在与绝缘层正交的方向上排列设置。第二磁性体构件的第二狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第二磁性体构件的绝缘层侧的端部。
在本发明的一方式中,当将第一磁性体构件的厚度设为xμm时,第一磁阻元件的至少一部分在从与绝缘层正交的方向观察时,位于从向内侧与第一磁性体构件的外周缘分离了2μm的位置到向外侧与第一磁性体构件的外周缘分离了下述式(I)所示的yμm的位置为止的区域的至少一部分,
y=-0.0008x2+0.2495x+6.6506 (I)。
在本发明的一方式中,第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,与第一磁阻元件的外周缘呈同心状设置。
在本发明的一方式中,第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的内周缘靠内侧的区域,且被第一磁性体构件覆盖。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于包括第一磁阻元件的内周缘上及比内周缘靠内侧的区域在内的区域。
在本发明的一方式中,第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的内周缘靠内侧的区域,且被第一磁性体构件覆盖。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件及第二磁阻元件中的第二磁阻元件。
在本发明的一方式中,第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于从第一磁性体构件的中心到向内侧与第一磁性体构件的外周缘分离了7μm的位置为止的区域。
在本发明的一方式中,第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件的外周缘靠外侧的区域,且被第二磁性体构件覆盖。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件及第二磁阻元件中的第一磁阻元件的一部分。
在本发明的一方式中,第二磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件及第二磁阻元件中的第二磁阻元件。
在本发明的一方式中,第二磁阻元件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于从第二磁性体构件的中心到向内侧与第二磁性体构件的外周缘分离了7μm的位置为止的区域。
在本发明的一方式中,第一磁阻元件包括多个第一单位图案,该多个第一单位图案在从与绝缘层正交的方向观察时,呈同心状配置且相互连接。
本发明的第三方面的磁传感器具备:磁敏元件;绝缘层,其覆盖磁敏元件;第一导电体部,其位于绝缘层上;以及第一磁性体构件,其位于第一导电体部上,在从与绝缘层正交的方向观察时覆盖第一导电体部。第一导电体部包括第一基部、以及从与绝缘层正交的方向观察到的外形面积比第一基部的外形面积小的第一狭小部。第一基部与第一狭小部在与绝缘层正交的方向上排列设置。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第一导电体部的绝缘层侧的端部。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上位于第一导电体部的第一磁性体构件侧的端部。
在本发明的一方式中,第一导电体部的第一基部在与绝缘层正交的方向上分别位于第一导电体部的绝缘层侧的端部及第一磁性体构件侧的端部。第一导电体部的第一狭小部在与绝缘层正交的方向上被第一导电体部的第一基部彼此夹着而设置。
在本发明的一方式中,磁敏元件具有外周缘。第一磁性体构件在从与绝缘层正交的方向观察时,位于比磁敏元件的外周缘靠内侧的区域。
发明效果
根据本发明,使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使磁传感器的输出精度下降。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的磁传感器的结构的立体图。
图2是从箭头II方向观察图1的磁传感器的主视图。
图3是从III-III线箭头方向观察图2的磁传感器的剖视图。
图4是从箭头IV方向观察图1的磁传感器的俯视图。
图5是本发明的实施方式1的磁传感器的等效电路图。
图6是示出本发明的实施方式1的磁传感器的电路基板中的磁阻元件与布线的连接部的层叠构造的剖视图。
图7是示出本发明的实施方式1的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。
图8是示出本发明的实施方式1的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。
图9是示出向实验例1的磁传感器施加了垂直磁场时的磁通密度分布的磁通线图。
图10是示出向实验例1的磁传感器施加了水平磁场时的磁通密度分布的磁通线图。
图11是示出向实验例1的磁传感器施加了垂直磁场或水平磁场时的、距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离与水平方向的磁场强度之间的关系的图表。
图12是示出第一磁性体构件的厚度对向实验例2的磁传感器施加了垂直磁场时的距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离与水平方向的磁场强度之间的关系造成的影响的图表。
图13是示出水平方向的磁场强度成为峰值的1/3的从第一磁性体构件的外周缘向外侧的水平方向的距离与第一磁性体构件的厚度之间的关系的图表。
图14是示出本发明的实施方式2的磁传感器的结构的主视图。
图15是示出本发明的实施方式3的磁传感器的结构的主视图。
图16是示出本发明的实施方式4的磁传感器的结构的主视图。
图17是本发明的实施方式5的磁传感器的俯视图。
图18是示出本发明的实施方式5的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。
图19是示出本发明的实施方式6的磁传感器的结构的立体图。
图20是从箭头XX方向观察图19的磁传感器的主视图。
图21是从XXI-XXI线箭头方向观察图20的磁传感器的剖视图。
图22是从箭头XXII方向观察图19的磁传感器的俯视图。
图23是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。
图24是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。
图25是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第二磁阻元件的图案所包含的第二单位图案的俯视图。
图26是示出本发明的实施方式7的磁传感器的结构的立体图。
图27是从箭头XXVII方向观察图26的磁传感器的俯视图。
图28是示出本发明的实施方式8的磁传感器的结构的俯视图。
图29是示出本发明的实施方式8的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。
图30是示出本发明的实施方式8的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。
图31是本发明的实施方式9的磁传感器的俯视图。
图32是示出本发明的实施方式9的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。
图33是本发明的实施方式10的磁传感器的俯视图。
图34是示出本发明的实施方式10的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。
图35是本发明的实施方式11的磁传感器的俯视图。
图36是示出本发明的实施方式11的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的各实施方式的磁传感器进行说明。在以下的实施方式的说明中,针对图中的相同或相当的部分标注相同的标记,不再重复其说明。
(实施方式1)
图1是示出本发明的实施方式1的磁传感器的结构的立体图。图2是从箭头II方向观察图1的磁传感器的主视图。图3是从III-III线箭头方向观察图2的磁传感器的剖视图。图4是从箭头IV方向观察图1的磁传感器的俯视图。图5是本发明的实施方式1的磁传感器的等效电路图。
在图1中,将后述的电路基板100的宽度方向表示为X轴方向,将电路基板100的长度方向表示为Y轴方向,将电路基板100的厚度方向表示为Z轴方向。在图4中,以虚线记载了后述的第一磁性体构件的外缘。需要说明的是,在图4中,省略了后述的差分放大器及温度补偿电路等的图示。
如图1~图4所示,本发明的实施方式1的磁传感器1具备电路基板100、以及设置在电路基板100的上方的两个第一磁性体构件40。在本发明的实施方式1的磁传感器1中,在电路基板100上设置有两个第一导电体部60。如后所述,在电路基板100的表层设置有绝缘层30,两个第一导电体部60分别位于绝缘层30上。电路基板100包括半导体基板110。
第一导电体部60包括第一基部61和第一狭小部62。从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察到的第一狭小部62的外形面积比第一基部61的外形面积小。在第一导电体部60中,第一基部61与第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向即Z轴方向上排列设置。在本实施方式中,第一导电体部60的第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向即Z轴方向上位于第一导电体部60的绝缘层30侧的端部。即,第一导电体部60的第一狭小部62与电路基板100的绝缘层30接触。
从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察时,第一基部61及第一狭小部62分别具有圆形的外形。第一狭小部62的外形的直径比第一基部61的外形的直径小。第一基部61与第一狭小部62配置为大致同轴状。需要说明的是,第一基部61的形状不限于上述,从与绝缘层30正交的方向观察时,也可以为椭圆形或多边形等。第一狭小部62的形状不限于上述,只要为从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察到的外形面积比第一基部61的外形面积小的形状即可。
通过在第一导电体部60设置有第一狭小部62,从而在第一基部61与绝缘层30之间局部地设置有间隙。在本实施方式中,在第一导电体部60的外周部的整周范围内,设置有第一基部61与绝缘层30之间的间隙。
两个第一磁性体构件40一一对应地位于两个第一导电体部60上。第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察时,覆盖对应的第一导电体部60。
从缩短第一磁性体构件40与电路基板100之间的距离的观点出发,第一导电体部60的Z轴方向的厚度,即,将第一基部61及第一狭小部62合起来的Z轴方向的厚度优选为2.0μm以下。第一磁性体构件40与电路基板100之间的距离越短,越能够确保后述的第一磁性体构件40的作为磁屏蔽件的功能。
作为第一狭小部62的形成方法,能够使用利用了抗蚀剂的图案化、或者牺牲层蚀刻等。
在本实施方式中,第一导电体部60由位于绝缘层30上且包括钛(Ti)的层、以及位于包括钛(Ti)的层上且包括金(Au)的层构成。包括钛(Ti)的层为紧贴层。在通过电解镀覆形成第一磁性体构件40的情况下,包括金(Au)的层作为电极反应层即种子层而发挥功能。第一导电体部60的结构不限于上述,也可以包括由铁(Fe)、钼(Mo)、钽(Ta)、铂(Pt)及铜(Cu)中的至少一方构成的层,这些材料是作为镀敷的种子层而发挥功能的材料。另外,在通过蒸镀等镀敷以外的方法形成第一磁性体构件40的情况下,也可以由包括金属及树脂中的至少一方的其他导电体构成。
如图4及图5所示,在本发明的实施方式1的磁传感器1的电路基板100,设置有相互通过布线电连接而构成惠斯通电桥式的桥电路的四个磁阻元件。四个磁阻元件由两组第一磁阻元件及第二磁阻元件构成。具体而言,磁传感器1包括第一磁阻元件120a及第二磁阻元件130a、以及第一磁阻元件120b及第二磁阻元件130b。第一磁阻元件120a及第二磁阻元件130a构成一个组。第一磁阻元件120b及第二磁阻元件130b构成一个组。
在本实施方式中,磁传感器1包括两组第一磁阻元件及第二磁阻元件,但不限于此,至少包括一组第一磁阻元件及第二磁阻元件即可。在磁传感器1仅包括一组第一磁阻元件及第二磁阻元件的情况下,在电路基板100构成半桥电路。
第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b分别是AMR(AnisotropicMagneto Resistance,各向异性磁阻)元件。需要说明的是,代替AMR元件,第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b分别也可以为GMR(Giant Magneto Resistance,巨磁阻)元件、TMR(Tunnel Magneto Resistance,隧道磁阻)元件、BMR(Ballistic MagnetoResistance,弹道磁阻)元件、CMR(Colossal Magneto Resistance,超巨磁阻)元件等磁阻元件。
如后所述,第二磁阻元件130a被第一磁性体构件40磁屏蔽,因此,成为几乎检测不到Z轴方向的磁场(垂直磁场)和X轴方向及Y轴方向的磁场(水平磁场)的所谓的固定电阻。第一磁阻元件120a是通过被施加外部磁场而电阻值发生变化的所谓的磁敏电阻。即,第一磁阻元件120a作为磁敏元件发挥功能,第二磁阻元件130a不作为磁敏元件发挥功能。第二磁阻元件130a的相对于外部磁场的电阻变化率优选低于第一磁阻元件120a的相对于外部磁场的电阻变化率。
同样,如后所述,第二磁阻元件130b被第一磁性体构件40磁屏蔽,因此,成为几乎检测不到Z轴方向的磁场(垂直磁场)和X轴方向及Y轴方向的磁场(水平磁场)的所谓的固定电阻。第一磁阻元件120b是通过被施加外部磁场而电阻值发生变化的所谓的磁敏电阻。即,第一磁阻元件120b作为磁敏元件发挥功能,第二磁阻元件130b不作为磁敏元件发挥功能。第二磁阻元件130b的相对于外部磁场的电阻变化率优选低于第一磁阻元件120b的相对于外部磁场的电阻变化率。
第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b通过设置在半导体基板110上的布线而相互电连接。具体而言,第一磁阻元件120a与第二磁阻元件130a通过布线146而串联地连接。第一磁阻元件120b与第二磁阻元件130b通过布线150而串联地连接。
在电路基板100的半导体基板110上,还设置有中点140、中点141、电源端子(Vcc)142、接地端子(Gnd)143及输出端子(Out)144。
第一磁阻元件120a及第二磁阻元件130b分别与中点140连接。具体而言,第一磁阻元件120a与中点140通过布线145而连接,第二磁阻元件130b与中点140通过布线152而连接。
第一磁阻元件120b及第二磁阻元件130a分别与中点141连接。具体而言,第一磁阻元件120b与中点141通过布线149而连接,第二磁阻元件130a与中点141通过布线148而连接。
布线146与输入电流的电源端子(Vcc)142连接。布线150与接地端子(Gnd)143连接。
如图5所示,磁传感器1还具备差分放大器160、温度补偿电路161、锁存器及开关电路162、以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)驱动器163。差分放大器160、温度补偿电路161、锁存器及开关电路162、以及CMOS驱动器163分别设置于半导体基板110。
差分放大器160的输入端与中点140及中点141分别连接,输出端与温度补偿电路161连接。另外,差分放大器160与电源端子(Vcc)142及接地端子(Gnd)143分别连接。
温度补偿电路161的输出端与锁存器及开关电路162连接。另外,温度补偿电路161与电源端子(Vcc)142及接地端子(Gnd)143分别连接。
锁存器及开关电路162的输出端与CMOS驱动器163连接。另外,锁存器及开关电路162与电源端子(Vcc)142及接地端子(Gnd)143分别连接。
CMOS驱动器163的输出端与输出端子(Out)144连接。另外,CMOS驱动器163与电源端子(Vcc)142及接地端子(Gnd)143分别连接。
磁传感器1通过具有上述的电路结构,在中点140与中点141之间产生依赖于外部磁场的强度的电位差。当该电位差超过预先设定的检测电平时,从输出端子(Out)144输出信号。
图6是示出本发明的实施方式1的磁传感器的电路基板中的磁阻元件与布线之间的连接部的层叠构造的剖视图。在图6中,仅图示出作为磁阻元件而发挥功能的区域R与作为布线而发挥功能的区域L之间的连接部。
如图6所示,第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b分别设置在半导体基板110上,该半导体基板110是在表面设置有SiO2层或Si3N4层等的由Si等构成的半导体基板。第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b分别通过如下方式形成:通过离子铣削法,对设置在半导体基板110上的由包括Ni和Fe的合金构成的磁性体层10进行图案化。磁性体层10的厚度例如为0.04μm。
布线145、146、148、149、150、152通过如下方式形成:通过湿蚀刻,对设置在半导体基板110上的由Au或Al等构成的导电层20进行图案化。导电层20在作为布线发挥功能的区域L位于磁性体层10的正上方,且未设置于作为磁阻元件发挥功能的区域R。因此,如图6所示,在作为磁阻元件发挥功能的区域R与作为布线发挥功能的区域L的连接部,导电层20的端部位于磁性体层10的正上方。
中点140、中点141、电源端子(Vcc)142、接地端子(Gnd)143及输出端子(Out)144分别由位于半导体基板110的正上方的导电层20构成。即,中点140、中点141、电源端子(Vcc)142、接地端子(Gnd)143及输出端子(Out)144分别是设置在半导体基板110上的焊盘。
在导电层20的正上方,设置有未图示的Ti层。由SiO2等构成的绝缘层30被设置为覆盖磁性体层10及导电层20。即,绝缘层30覆盖第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b。
图7是示出本发明的实施方式1的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。如图4及图7所示,第一磁阻元件120a、120b的图案120包括四个第一单位图案,该四个第一单位图案在从与绝缘层30正交的方向观察时沿着假想圆C1的圆周在假想圆C1的径向上排列地配置且相互连接。需要说明的是,与绝缘层30正交的方向为Z轴方向,与和半导体基板110的上表面正交的方向平行。
四个第一单位图案分别在假想圆C1的圆周上沿着布线146、148、150、152所处的部分敞开的假想C字形状C11而设置。四个第一单位图案分别是沿着假想C字形状C11在假想圆C1的径向上排列地呈同心圆状配置的C字状图案121。
四个C字状图案121从假想圆C1的中心侧依次在一端与另一端交替地相互连接。一端彼此被连接的C字状图案121通过半圆弧状图案122而相互连接。另一端彼此被连接的C字状图案121通过半圆弧状图案123而相互连接。
第一磁阻元件120a、120b的图案120包括两个半圆弧状图案122及一个半圆弧状图案123。由此,将四个C字状图案121串联地连接。半圆弧状图案122、123不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
四个C字状图案121中的位于从假想圆C1的中心起算最靠外侧的C字状图案的、未与半圆弧状图案122连接的一侧的端部与由导电层20构成的布线145或布线149连接。同样,四个C字状图案121中的位于从假想圆C1的中心起算最靠内侧的C字状图案的、未与半圆弧状图案122连接的一侧的端部与由导电层20构成的布线146或布线150连接。这里,通过变更成为与C字状图案121的端部连接的连接位置的导电层20的形成位置,能够调整第一磁阻元件120a、120b的电阻值。
具体而言,在图6所示的作为磁阻元件发挥功能的区域R与作为布线发挥功能的区域L之间的连接部,通过使导电层20向作为磁阻元件发挥功能的区域R侧延长而扩大作为布线发挥功能的区域L,能够使第一磁阻元件120a、120b各自的电阻值下降。或者,在作为磁阻元件发挥功能的区域R与作为布线发挥功能的区域L之间的连接部,通过将导电层20向作为布线发挥功能的区域L侧缩短而缩小作为布线发挥功能的区域L,能够使第一磁阻元件120a、120b各自的电阻值增加。
上述的第一磁阻元件120a、120b的电阻值的调整通过去除或追加形成导电层20的一部分而进行,因此,优选在设置绝缘层30之前进行。
四个C字状图案121中的位于从假想圆C1的中心起算最靠外侧的C字状图案121的外周缘成为第一磁阻元件120a、120b的外周缘。四个C字状图案121中的位于从假想圆C1的中心起算最靠内侧的C字状图案121的内周缘成为第一磁阻元件120a、120b的内周缘。
如图4所示,第一磁阻元件120a和第一磁阻元件120b的周向的朝向不同,使得假想C字形状C11的朝向互不相同。即,第一磁阻元件120a和第一磁阻元件120b的图案120的周向的朝向不同,使得C字状图案121的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件120a和第一磁阻元件120b的图案120的周向的朝向相差90°,使得C字状图案121的朝向相互相差90°。
图8是示出本发明的实施方式1的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。如图4及图8所示,第二磁阻元件130a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C1的中心侧,且被第一磁阻元件120a包围,第二磁阻元件130b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C1的中心侧,且被第一磁阻元件120b包围。即,第二磁阻元件130a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件120a的内周缘靠内侧的位置,第二磁阻元件130b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件120b的内周缘靠内侧的位置。
第二磁阻元件130a与由从假想圆C1的中心侧设置到假想圆C1的外侧的导电层20构成的布线146、148连接。第二磁阻元件130b与由从假想圆C1的中心侧设置到假想圆C1的外侧的导电层20构成的布线150、152连接。
第二磁阻元件130a、130b在从与绝缘层30正交的方向观察时具有双重漩涡状图案130。双重漩涡状图案130包括作为两个第二单位图案中的一个的一方的漩涡状图案131、作为两个第二单位图案中的另一个的另一方的漩涡状图案132、以及在双重漩涡状图案130的中央部将一方的漩涡状图案131与另一方的漩涡状图案132连接的倒S字状图案133。倒S字状图案133不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
双重漩涡状图案130以与图案120相同的粗细度形成。因此,一方的漩涡状图案131及另一方的漩涡状图案132分别为与四个C字状图案121分别相同的粗细度。
如图8所示,双重漩涡状图案130相对于假想圆C1的中心具有大致点对称的形状。即,双重漩涡状图案130相对于假想圆C1的中心具有大致180°旋转对称的形状。
如图4所示,第二磁阻元件130a与第二磁阻元件130b的双重漩涡状图案130的周向的朝向不同,使得倒S字状图案133的朝向互不相同。
在本实施方式中,第二磁阻元件130a与第二磁阻元件130b的双重漩涡状图案130的周向的朝向相差90°,使得倒S字状图案133的朝向相互相差90°。
在本实施方式的磁传感器1中,第一磁阻元件120a、120b具有C字状图案121。C字状图案121由圆弧构成。相互相邻的C字状图案121彼此通过半圆弧状图案122或半圆弧状图案123相互连接。这样,第一磁阻元件120a、120b不包括直线状延伸部,因此,磁场检测的各向异性降低。
此外,在本实施方式的磁传感器1中,通过图案120的周向的朝向不同以使得第一磁阻元件120a的C字状图案121的朝向与第一磁阻元件120b的C字状图案121的朝向互不相同,从而磁场检测的各向同性变高。
在本实施方式的磁传感器1中,第二磁阻元件130a、130b具有双重漩涡状图案130。双重漩涡状图案130主要通过卷绕大致圆弧状的弯曲部而构成。圆弧是多边形的角的个数无限大地变大时的近似形状,因此,在双重漩涡状图案130流动的电流的朝向遍及水平方向的大致全方位(360°)。需要说明的是,水平方向是与半导体基板110的上表面平行的方向。
另外,在本实施方式的磁传感器1中,双重漩涡状图案130的中央部由仅由弯曲部构成的倒S字状图案133构成。这样,第二磁阻元件130a、130b不包括直线状延伸部,因此,磁阻效应的各向异性降低。
此外,在本实施方式的磁传感器1中,通过双重漩涡状图案130的周向的朝向不同以使得第二磁阻元件130a及第二磁阻元件130b的倒S字状图案133的朝向互不相同,从而磁阻效应的各向同性变高。
其原因如下。如上所述,双重漩涡状图案130相对于假想圆C1的中心具有大致180°旋转对称的形状。因此,第二磁阻元件130a及第二磁阻元件130b分别略微地具有磁阻效应的各向异性。
对此,通过使第二磁阻元件130a的双重漩涡状图案130的周向的朝向与第二磁阻元件130b的双重漩涡状图案130的周向的朝向不同,能够相互降低各自的磁阻效应的各向异性。
在使第二磁阻元件130a的双重漩涡状图案130的周向的朝向与第二磁阻元件130b的双重漩涡状图案130的周向的朝向相差90°的情况下,能够将各自的磁阻效应的各向异性降得最低。
在该情况下,第二磁阻元件130a的灵敏度最高的方向与第二磁阻元件130b的灵敏度最低的方向一致,第二磁阻元件130a的灵敏度最低的方向与第二磁阻元件130b的灵敏度最高的方向一致。因此,能够抑制在向磁传感器1施加了外部磁场时产生在中点140与中点141之间的电位差根据向磁传感器1施加了外部磁场的方向而变动。
双重漩涡状图案130为每单位面积的密度较高的形状。通过第二磁阻元件130a、130b具有双重漩涡状图案130,加长了配置在假想圆C1内的图案,能够使第二磁阻元件130a、130b成为高电阻。第二磁阻元件130a、130b的电阻值越高,越能够降低磁传感器1的消耗电流。
如上所述,通过使在双重漩涡状图案130流动的电流的朝向沿水平方向分散来降低第二磁阻元件130a及第二磁阻元件130b各自的磁阻效应的各向异性,从而能够抑制外部磁场为0时的磁传感器1的输出因剩磁的影响而产生偏差。
需要说明的是,双重漩涡状图案130也可以沿相反方向卷绕,在该情况下,双重漩涡状图案130的中央部由仅由弯曲部构成的S字状图案构成。即,一方的漩涡状图案与另一方的漩涡状图案通过S字状图案而连接。
在本实施方式的磁传感器1中,在第一磁阻元件120a、120b的内侧配置有第二磁阻元件130a、130b,因此能够使磁传感器1小型化。另外,在磁传感器1中,无需立体地引绕将第一磁阻元件120a、120b与第二磁阻元件130a、130b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板100。
在本实施方式的磁传感器1中,在绝缘层30的上方设置有两个第一磁性体构件40,两个第一磁性体构件40沿Y轴方向排列配置。第一磁性体构件40的厚度x例如为10μm以上,优选为20μm以上且150μm以下。在第一磁性体构件40的厚度x为10μm以上的情况下,如后所述,能够利用第一磁阻元件120a、120b来检测通过第一磁性体构件40而沿大致水平方向偏向的垂直磁场。在第一磁性体构件40的厚度x为20μm以上的情况下,能够使垂直磁场通过第一磁性体构件40而沿大致水平方向更加有效地偏向,因此,能够利用第一磁阻元件120a、120b来检测更加微弱的垂直磁场。在第一磁性体构件40的厚度x为150μm以下的情况下,能够抑制第一磁性体构件40的形成时间变长,维持磁传感器1的量产性。
如图4所示,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时具有圆形的外形,位于比第一磁阻元件120a、120b的外周缘靠内侧的区域。需要说明的是,比第一磁阻元件120a、120b的外周缘靠内侧的区域是指,在从与绝缘层30正交的方向观察时,通过假想直线将第一磁阻元件120a、120b的外周缘的两端连结时包围的区域。在从与绝缘层30正交的方向观察时,比第一磁阻元件120a、120b的外周缘靠内侧的区域优选与第一磁性体构件40的一半以上重叠,更优选与第一磁性体构件40的2/3以上重叠。
在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件120a、120b的内周缘靠内侧的区域。需要说明的是,比第一磁阻元件120a、120b的内周缘靠内侧的区域是指,在从与绝缘层30正交的方向观察时,通过假想直线将第一磁阻元件120a、120b的内周缘的两端连结时包围的区域。第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,也可以位于包括第一磁阻元件120a、120b的内周缘上以及比内周缘靠内侧的区域在内的区域。从与绝缘层30正交的方向观察时,比第一磁阻元件120a、120b的内周缘靠内侧的区域优选与第一磁性体构件40的一半以上重叠,更优选与第一磁性体构件40的2/3以上重叠。
在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,与第一磁阻元件120a、120b的外周缘呈同心状设置。
在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b中的第二磁阻元件130a、130b。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一磁性体构件40被第一磁阻元件120a、120b包围。第一磁性体构件40由电磁钢、软钢、硅钢、坡莫合金、超级合金、镍合金、铁合金或铁氧体等透磁率及饱和磁通密度高的磁性体材料构成。另外,这些磁性体材料优选矫顽力低。
作为构成第一磁性体构件40的磁性体材料,透磁率在高温下变大,在低温下变小,例如,在使用Fe-78Ni合金等的情况下,能够降低第一磁阻元件120a、120b的电阻变化率的温度依赖性。
第一磁性体构件40例如通过镀敷而形成。需要说明的是,也可以在绝缘层30与第一磁性体构件40之间设置其他薄层。
这里,针对通过仿真验证了第一磁性体构件40对垂直磁场及水平磁场的分布造成的影响的实验例1进行说明。在实验例1中,将第一磁性体构件40的外形设为直径为140μm且厚度x为100μm的圆柱状。第一磁性体构件40由坡莫合金构成。将第一磁性体构件40配置为在第二磁阻元件130a、130b的上方仅覆盖第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b中的第二磁阻元件130a、130b。将第一磁性体构件40配置为在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一磁阻元件120a、120b的内周缘与第一磁性体构件40的外周缘的外侧相邻。所施加的垂直磁场或水平磁场的强度为30mT。
图9是示出向实验例1的磁传感器施加了垂直磁场时的磁通密度分布的磁通线图。图10是示出向实验例1的磁传感器施加了水平磁场时的磁通密度分布的磁通线图。图11是示出向实验例1的磁传感器施加了垂直磁场或水平磁场时的、距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离与水平方向的磁场强度之间的关系的图表。在图9及图10中,在从水平方向观察磁传感器1时,仅图示出第一磁性体构件40、第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b。
在图11中,纵轴表示水平方向的磁场强度(mT),横轴表示距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离(μm)。关于距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离,以正值表示从第一磁性体构件40的外周缘向外侧分离的距离,以负值表示从第一磁性体构件40的外周缘向内侧分离的距离。以实线V表示施加了垂直磁场时的水平方向的磁场强度的分布,以实线H表示施加了水平磁场时的水平方向的磁场强度的分布。
如图9所示,在向实验例1的磁传感器施加了从上方朝向下方的垂直磁场的情况下,在第一磁性体构件40的上表面侧,磁通被吸引而集中于透磁率高的第一磁性体构件40。进入到第一磁性体构件40的磁通在沿垂直方向通过第一磁性体构件40之后,从第一磁性体构件40的下表面侧扩散并被放出。
此时,向位于第一磁性体构件40的正下方的第二磁阻元件130a、130b沿大致垂直方向施加了磁场。因此,第二磁阻元件130a、130b几乎检测不到垂直磁场。另一方面,如图9中的箭头所示,向位于第一磁性体构件40的外周缘的下方的第一磁阻元件120a、120b施加了沿大致水平方向偏向的磁场。因此,第一磁阻元件120a、120b能够将垂直磁场作为沿大致水平方向偏向的磁场来检测。
如图10所示,在向实验例1的磁传感器施加了从左侧朝向右侧的水平磁场的情况下,在第一磁性体构件40的左侧面侧,磁通被吸引而集中于第一磁性体构件40。进入到第一磁性体构件40的磁通在沿水平方向通过第一磁性体构件40之后,从第一磁性体构件40的右侧面侧扩散并被放出。
此时,如图10中的箭头所示,向位于第一磁性体构件40的正下方的第二磁阻元件130a、130b几乎不施加水平方向的磁场。因此,第二磁阻元件130a、130b几乎检测不到水平磁场。另一方面,向位于第一磁性体构件40的外周缘的下方的第一磁阻元件120a、120b施加了水平方向的磁场。因此,第一磁阻元件120a、120b能够检测到水平磁场。
如图11所示,产生了第一磁性体构件40的外周缘的外侧的位置处的水平方向的磁场强度比所施加的垂直磁场或水平磁场的强度即30mT高的区域。具体而言,在施加了垂直磁场的情况下,从向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约2μm的位置到向外侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约10μm的位置为止,水平方向的磁场强度比所施加的垂直磁场的强度即30mT高。另外,即便在施加了水平磁场的情况下,在第一磁性体构件40的外周缘的外侧的位置处,水平方向的磁场强度也比所施加的水平磁场的强度即30mT高。这是因为,被吸引而集中于第一磁性体构件40的磁场以高磁场强度从第一磁性体构件40沿水平方向放出。该高磁场强度的水平方向的磁场被施加于第一磁阻元件120a、120b。
如图11所示,在向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约7μm以上的位置处,水平方向的磁场强度成为所施加的垂直磁场或水平磁场的强度即30mT的1/3以下。因此,优选在向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约7μm以上的位置处,设置有第二磁阻元件130a、130b。
如上所述,在从向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约2μm的位置到向外侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了约10μm的位置为止的区域,水平方向的磁场强度比所施加的垂直磁场或水平磁场的强度即30mT高。因此,优选在该区域的至少一部分设置有第一磁阻元件120a、120b的至少一部分。在从与绝缘层30正交的方向观察时,优选通过设置于上述区域的第一磁阻元件120a、120b包围第一磁性体构件40的外周整周的1/2以上,进一步优选包围第一磁性体构件40的外周整周的2/3以上。
另外,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,与第一磁阻元件120a、120b的外周缘呈同心状设置,并且,被第一磁阻元件120a、120b包围,由此,能够使从第一磁性体构件40的外周缘向外侧放出的水平方向的磁场在周向上大致均等地施加于第一磁阻元件120a、120b。
根据实验例1的结果,可确认本发明的实施方式1的磁传感器1能够在抑制由垂直磁场引起的第二磁阻元件130a、130b的电阻变化的同时,提高第一磁阻元件120a、120b的垂直磁场的检测灵敏度。即,第一磁阻元件120a、120b能够检测微弱的垂直磁场。另外,可确认本发明的实施方式1的磁传感器1能够在抑制由水平磁场引起的第二磁阻元件130a、130b的电阻变化的同时,提高第一磁阻元件120a、120b的水平磁场的检测灵敏度。即,第一磁阻元件120a、120b能够检测微弱的水平磁场。
这里,对实验例2进行说明,在该实验例2中,通过仿真而验证了第一磁性体构件的厚度对向磁传感器施加了垂直磁场时的距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离与水平方向的磁场强度之间的关系造成的影响。
图12是示出第一磁性体构件的厚度对向实验例2的磁传感器施加了垂直磁场时的距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离与水平方向的磁场强度之间的关系造成的影响的图表。在图12中,纵轴表示水平方向的磁场强度(mT),横轴表示距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离(μm)。图13是示出水平方向的磁场强度成为峰值的1/3的从第一磁性体构件的外周缘向外侧的水平方向的距离与第一磁性体构件的厚度之间的关系的图表。在图12及图13中,关于距第一磁性体构件的外周缘的水平方向的距离,以正值表示从第一磁性体构件40的外周缘向外侧分离的距离,以负值表示从第一磁性体构件40的外周缘向内侧分离的距离。
在实验例2中,将第一磁性体构件40的外形设为直径为140μm的圆柱状。将第一磁性体构件40的厚度x设为10μm、20μm、50μm、100μm及150μm这五个种类。第一磁性体构件40由坡莫合金构成。第一磁性体构件40的配置与实验例1同样。所施加的垂直磁场的强度为30mT。
如图12所示,随着第一磁性体构件40的厚度x变厚,水平方向的磁场强度的峰值变大。需要说明的是,图12所示的图表在坡莫合金能够取的透磁率的10000以上且100000以下的范围内,对第一磁性体构件40的透磁率的依赖性较小,即便在第一磁性体构件40的透磁率改变的情况下,也几乎不变化。
为了从磁传感器1的桥电路得到稳定的输出,优选向第一磁阻元件120a、120b施加水平方向的磁场强度的峰值的1/3以上的强度的水平方向的磁场,并且,向第二磁阻元件130a、130b施加的水平方向的磁场的强度为水平方向的磁场强度的峰值的1/10以下。
如图12所示,无论第一磁性体构件40的厚度x如何,在从第一磁性体构件40的外周缘向内侧2μm以内的区域,水平方向的磁场强度都成为峰值的1/3以上。
如图13所示,从水平方向的磁场强度成为峰值的1/3的第一磁性体构件40的外周缘向外侧的水平方向的距离y随着第一磁性体构件40的厚度x变厚而变长。厚度x与距离y的关系以下述的近似式(I)表示。
y=-0.0008x2+0.2495x+6.6506 (I)
即,在从第一磁性体构件40的外周缘向外侧上述yμm以内的区域,水平方向的磁场强度成为峰值的1/3以上。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,在从向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了2μm的位置到向外侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了上述式(I)所示的yμm的位置为止的区域,水平方向的磁场强度成为峰值的1/3以上。
如图12所示,无论第一磁性体构件40的厚度x如何,在从第一磁性体构件40的外周缘向内侧7μm以上的区域,水平方向的磁场强度都成为峰值的1/10以下。即,在从与绝缘层30正交的方向观察时,在从第一磁性体构件40的中心到向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了7μm的位置为止的区域,水平方向的磁场强度成为峰值的1/10以下。
因此,第一磁阻元件120a、120b的至少一部分在从与绝缘层30正交的方向观察时,优选位于从向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了2μm的位置到向外侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了上述式(I)所示的yμm的位置为止的区域的至少一部分。
另外,第二磁阻元件130a、130b在从与绝缘层30正交的方向观察时,优选位于从第一磁性体构件40的中心到向内侧与第一磁性体构件40的外周缘分离了7μm的位置为止的区域。
如上所述,本发明的实施方式1的磁传感器1能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式1的磁传感器1包括将第一磁阻元件120a、120b呈同心圆状配置而成的多个第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
在本实施方式中,第二磁阻元件130a、130b的双重漩涡状图案130以与第一磁阻元件120a、120b的图案120相同的粗细度形成。由此,即便在通过同一工序形成了第一磁阻元件120a、120b和第二磁阻元件130a、130b的情况下,也能够降低第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b的加工精度的偏差,制作输出特性稳定的磁传感器1。
但是,也可以以比图案120细的图案形成双重漩涡状图案130。在该情况下,第二磁阻元件130a、130b的磁阻效应比第一磁阻元件120a、120b的磁阻效应更小。其结果是,抑制了第二磁阻元件130a、130b的磁阻效应,第二磁阻元件130a、130b的电阻变化率显著变小。
由此,能够增大在向磁传感器1施加了外部磁场时产生在中点140与中点141之间的电位差,提高磁传感器1的检测灵敏度。另外,由于第二磁阻元件130a、130b的电阻值较高,因此,向磁传感器1施加了高磁场强度的外部磁场时的产生在中点140与中点141之间的电位差的减少比较小,能够使磁传感器1的输出特性稳定。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件130a、130b被第一磁性体构件40磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件130a、130b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件120a、120b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式1的磁传感器1中,在第一磁性体构件40与电路基板100之间设置有第一导电体部60,第一导电体部60包括第一基部61和第一狭小部62,第一导电体部60的第一狭小部62与电路基板100接触。具体而言,第一狭小部62与位于电路基板100的表层的绝缘层30接触。
由此,能够降低第一导电体部60与电路基板100的接触面积,能够降低从第一磁性体构件40通过第一导电体部60作用于第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b的应力。其结果是,能够抑制磁传感器1的输出精度下降。另外,能够抑制由于从第一磁性体构件40通过第一导电体部60作用于绝缘层30的应力而使绝缘层30产生龟裂。由此,能够抑制磁传感器1的可靠性下降。
在本实施方式中,在第一导电体部60的外周部的整周范围内设置有第一基部61与绝缘层30之间的间隙,因此,能够有效地抑制在第一磁性体构件40的外周部产生的形变所引起的应力通过第一导电体部60作用于电路基板100。
如上所述,本发明的实施方式1的磁传感器1使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。需要说明的是,通过将第一磁性体构件40的厚度x设为第一磁性体构件40中位于第一导电体部60上的部分的厚度,能够援引基于实验例1及实验例2的验证结果。
(实施方式2)
以下,参照附图对本发明的实施方式2的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式2的磁传感器,主要第一导电体部的形状与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此,针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图14是示出本发明的实施方式2的磁传感器的结构的主视图。在图14中,从与图2相同的方向观察磁传感器而进行图示。
如图14所示,在本发明的实施方式2的磁传感器1a中,在电路基板100上设置有第一导电体部60a。第一导电体部60a包括第一基部61和第一狭小部62。在第一导电体部60a中,第一基部61与第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向上排列设置。在本实施方式中,第一导电体部60a的第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向上位于第一导电体部60a的第一磁性体构件40侧的端部。即,第一导电体部60a的第一狭小部62与第一磁性体构件40接触。
通过在第一导电体部60a设置有第一狭小部62,从而在第一基部61与第一磁性体构件40之间局部地设置有间隙。在本实施方式中,在第一导电体部60a的外周部的整周范围内,设置有第一基部61与第一磁性体构件40之间的间隙。
在本发明的实施方式2的磁传感器1a中,在第一磁性体构件40与电路基板100之间设置有第一导电体部60a,第一导电体部60a包括第一基部61和第一狭小部62,第一导电体部60a的第一狭小部62与第一磁性体构件40接触。
由此,能够降低第一导电体部60a与第一磁性体构件40的接触面积,能够降低从第一磁性体构件40通过第一导电体部60a作用于第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b的应力。其结果是,能够降低磁传感器1a的输出精度下降。另外,能够抑制由于从第一磁性体构件40通过第一导电体部60a作用于绝缘层30的应力而使绝缘层30产生龟裂。由此,能够抑制磁传感器1a的可靠性下降。
在本实施方式中,在第一导电体部60a的外周部的整周范围内,设置有第一基部61与第一磁性体构件40之间的间隙,因此,能够有效地抑制在第一磁性体构件40的外周部产生的形变所引起的应力通过第一导电体部60a作用于电路基板100。
(实施方式3)
以下,参照附图对本发明的实施方式3的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式3的磁传感器,主要第一导电体部的形状与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图15是示出本发明的实施方式3的磁传感器的结构的主视图。在图5中,从与图2相同的方向观察磁传感器而进行图示。
如图15所示,在本发明的实施方式3的磁传感器1b中,在电路基板100上设置有第一导电体部60b。第一导电体部60b包括第一基部61和第一狭小部62。在第一导电体部60b中,第一基部61与第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向上排列设置。在本实施方式中,第一导电体部60b的第一基部61在与绝缘层30正交的方向上分别位于第一导电体部60b的绝缘层30侧的端部及第一磁性体构件40侧的端部。第一导电体部60b的第一狭小部62在与绝缘层30正交的方向上被第一导电体部60b的第一基部61彼此夹着而设置。
通过在第一导电体部60b设置有第一狭小部62,在第一基部61彼此之间局部地设置有间隙。在本实施方式中,在第一导电体部60b的外周部的整周范围内设置有第一基部61彼此之间的间隙。
在本发明的实施方式3的磁传感器1b中,在第一磁性体构件40与电路基板100之间设置有第一导电体部60b,第一导电体部60b在第一基部61彼此之间具有第一狭小部62。
由此,能够通过第一狭小部62来缓和第一导电体部60b内的应力,能够降低从第一磁性体构件40通过第一导电体部60b作用于第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b的应力。其结果是,能够抑制磁传感器1b的输出精度下降。另外,能够抑制由于从第一磁性体构件40通过第一导电体部60b作用于绝缘层30的应力而使绝缘层30产生龟裂。由此,能够抑制磁传感器1b的可靠性下降。
在本实施方式中,在第一导电体部60b的外周部的整周范围内设置有第一基部61彼此之间的间隙,因此,能够有效地抑制在第一磁性体构件40的外周部产生的形变所引起的应力通过第一导电体部60b作用于电路基板100。
(实施方式4)
以下,参照附图对本发明的实施方式4的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式4的磁传感器,主要第一磁性体构件的形状及不具备第一导电体部这一点与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图16是示出本发明的实施方式4的磁传感器的结构的主视图。在图16中,从与图2相同的方向观察磁传感器而进行图示。
如图16所示,在本发明的实施方式4的磁传感器1c中,在电路基板100上设置有第一磁性体构件40a。第一磁性体构件40a包括第一基部41、以及从与绝缘层30正交的方向观察到的外形面积比第一基部41的外形面积小的第一狭小部42。在第一磁性体构件40a中,第一基部41与第一狭小部42在与绝缘层30正交的方向上排列设置。在本实施方式中,第一磁性体构件40a的第一狭小部42在与绝缘层30正交的方向上位于第一磁性体构件40a的绝缘层30侧的端部。即,第一磁性体构件40a的第一狭小部42与电路基板100接触。
在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一基部41及第一狭小部42分别具有圆形的外形。第一狭小部42的外形的直径比第一基部41的外形的直径小。第一基部41与第一狭小部42配置为大致同轴状。需要说明的是,第一基部41的形状不限于上述,也可以为椭圆形或多边形等。第一狭小部42的形状不限于上述,只要是从与绝缘层30正交的方向观察到的外形面积比第一基部41的外形面积小的形状即可。
通过在第一磁性体构件40a设置有第一狭小部42,在第一基部41与电路基板100之间局部地设置有间隙。在本实施方式中,在第一磁性体构件40a的外周部的整周范围内设置有第一基部41与电路基板100之间的间隙。
从缩短第一磁性体构件40a与电路基板100之间的距离的观点出发,优选第一狭小部42的Z轴方向的厚度为2.0μm以下。第一磁性体构件40a的第一基部41与电路基板100之间的距离越短,越能够确保第一磁性体构件40a的作为磁屏蔽件的功能。
作为第一狭小部42的形成方法,能够使用利用了抗蚀剂的图案化、或者牺牲层蚀刻等。
在本发明的实施方式4的磁传感器1c中,第一磁性体构件40a的第一狭小部42与电路基板100接触。由此,能够降低第一磁性体构件40a与电路基板100的接触面积,能够降低从第一磁性体构件40a向第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件130a、130b作用的应力。其结果是,能够抑制磁传感器1c的输出精度下降。另外,能够抑制由于从第一磁性体构件40a作用于绝缘层30的应力而使绝缘层30产生龟裂。由此,能够抑制磁传感器1c的可靠性下降。
在本实施方式中,在第一磁性体构件40a的外周部的整周范围内设置有第一磁性体构件40a的第一基部41与电路基板100之间的间隙,因此,能够有效地抑制在第一磁性体构件40a的外周部产生的形变所引起的应力作用于电路基板100。需要说明的是,通过将第一磁性体构件40a的厚度x设为第一基部41的厚度,能够援引基于实验例1及实验例2的验证结果。
(实施方式5)
以下,参照附图对本发明的实施方式5的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式5的磁传感器,主要第二磁阻元件的图案与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图17是本发明的实施方式5的磁传感器的俯视图。图18是示出本发明的实施方式5的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。如图17所示,本发明的实施方式5的磁传感器2具备电路基板200、以及设置在电路基板200的上方的两个第一磁性体构件40。在本发明的实施方式5的磁传感器2中,在电路基板200上设置有两个第一导电体部。第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时覆盖对应的第一导电体部。
如图17及图18所示,本发明的实施方式5的磁传感器2的第一磁阻元件120a、120b的图案包括三个第一单位图案,该三个第一单位图案在从与绝缘层30正交的方向观察时沿着假想圆C2的圆周在假想圆C2的径向上排列地配置且相互连接。三个第一单位图案分别在假想圆C2的圆周上沿着布线146、148、150、152所处的部分敞开的假想C字形状C21而设置。三个第一单位图案分别是沿着假想C字形状C21在假想圆C2的径向上排列地配置的C字状图案。
如图17所示,第一磁阻元件120a与第一磁阻元件120b的周向的朝向不同,使得假想C字形状C21的朝向互不相同。即,第一磁阻元件120a与第一磁阻元件120b的图案的周向的朝向不同,使得C字状图案的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件120a与第一磁阻元件120b的图案的周向的朝向相差90°,使得C字状图案的朝向相互相差90°。
如图17及图18所示,第二磁阻元件230a、230b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C2的中心侧,被第一磁阻元件120a、120b包围。即,第二磁阻元件230a、230b在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件120a、120b的内周缘靠内侧的位置。
第二磁阻元件230a、230b具有图案230,该图案230包括沿着假想圆C2的圆周在假想圆C2的径向上排列地呈线对称配置的第二单位图案即14个半圆弧状图案231。图案230以与第一磁阻元件120a、120b的图案120相同的粗细度形成。但是,图案230的粗细度也可以比图案120的粗细度细。
14个半圆弧状图案231从内侧依次在一端与另一端交替地相互连接。一端彼此被连接的半圆弧状图案231通过半圆弧状图案232而相互连接。另一端彼此被连接的半圆弧状图案231通过半圆弧状图案233而相互连接。位于最靠内侧且相互线对称的半圆弧状图案231彼此通过直线状延伸部234而将相互的一端彼此连接。直线状延伸部234的长度比10μm短。
第二磁阻元件230a、230b的图案230包括六个半圆弧状图案232、六个半圆弧状图案233及直线状延伸部234。由此,14个半圆弧状图案231被串联地连接。半圆弧状图案232、233不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
在本实施方式的磁传感器2中,第二磁阻元件230a、230b具有半圆弧状图案231。半圆弧状图案231由圆弧构成。相互相邻的两个半圆弧状图案231彼此通过半圆弧状图案232、233而相互连接。第二磁阻元件230a、230b仅包括长度比10μm短的直线状延伸部234,因此,磁场检测的各向异性降低。
第二磁阻元件230a与第二磁阻元件230b的图案230的周向的朝向不同。在本实施方式中,第二磁阻元件130a与第二磁阻元件130b的图案230的周向的朝向相差90°。由此,能够相互降低第二磁阻元件230a及第二磁阻元件230b各自的磁阻效应的各向异性。
在本实施方式的磁传感器2中,在第一磁阻元件120a、120b的内侧也配置有第二磁阻元件230a、230b,因此,能够使磁传感器2小型化。另外,在磁传感器2中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件120a、120b与第二磁阻元件230a、230b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板200。
如图17所示,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件120a、120b及第二磁阻元件230a、230b中的第二磁阻元件230a、230b。
在本实施方式的磁传感器2中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式5的磁传感器2包括将第一磁阻元件120a、120b呈同心圆状配置而成的多个第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件230a、230b被第一磁性体构件40磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件230a、230b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件120a、120b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式5的磁传感器2中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
(实施方式6)
以下,参照附图对本发明的实施方式6的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式6的磁传感器,主要第一磁阻元件及第二磁阻元件各自的图案、第二磁阻元件的配置、以及具备第二导电体部这一点与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图19是示出本发明的实施方式6的磁传感器的结构的立体图。图20是从箭头XX方向观察图19的磁传感器的主视图。图21是从XXI-XXI线箭头方向观察图20的磁传感器的剖视图。图22是从箭头XXII方向观察图19的磁传感器的俯视图。
如图19~图22所示,本发明的实施方式6的磁传感器3具备电路基板300、以及设置在电路基板300的上方的两个第一磁性体构件40及两个第二磁性体构件50。在本发明的实施方式6的磁传感器3中,在电路基板300上设置有两个第一导电体部60及两个第二导电体部70。在电路基板300的表层设置有绝缘层30,两个第一导电体部60及两个第二导电体部70位于绝缘层30上。
第二导电体部70包括第二基部71和第二狭小部72。从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察到的第二狭小部72的外形面积与第二基部71的外形面积小。在第二导电体部70中,第二基部71与第二狭小部72在与绝缘层30正交的方向即Z轴方向上排列设置。在本实施方式中,第二导电体部70的第二狭小部72在与绝缘层30正交的方向即Z轴方向上位于第二导电体部70的绝缘层30侧的端部。即,第二导电体部70的第二狭小部72与电路基板300的绝缘层30接触。
在从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察时,第二基部71及第二狭小部72分别具有弯曲的矩形状的外形。第二狭小部72的外形的宽度比第二基部71的外形的宽度小。第二基部71与第二狭小部72配置为大致同轴状。需要说明的是,第二基部71的形状不限于上述,也可以是圆形或多边形等。第二狭小部72的形状不限于上述,只要是从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察到的外形面积比第二基部71的外形面积小的形状即可。
通过在第二导电体部70设置有第二狭小部72,从而在第二基部71与绝缘层30之间局部地设置有间隙。在本实施方式中,在第二导电体部70的外周部的整周范围内设置有第二基部71与绝缘层30之间的间隙。
两个第二磁性体构件50一一对应地位于两个第二导电体部70上。第二磁性体构件50在从与绝缘层30正交的方向即Z轴方向观察时,覆盖对应的第二导电体部70。
从缩短第二磁性体构件50与电路基板100之间的距离的观点出发,第二导电体部70的Z轴方向的厚度,即,将第二基部71及第二狭小部72合起来的Z轴方向的厚度优选为2.0μm以下。第二磁性体构件50与电路基板100之间的距离越短,越能够确保第二磁性体构件50的作为磁屏蔽件的功能。
作为第二狭小部72的形成方法,能够使用利用了抗蚀剂的图案化、或者牺牲层蚀刻等。
在本实施方式中,第二导电体部70由位于绝缘层30上且包括钛(Ti)的层、以及位于包括钛(Ti)的层上且包括金(Au)的层构成。包括钛(Ti)的层是紧贴层。在通过电解镀覆形成第二磁性体构件50的情况下,包括金(Au)的层作为电极反应层即种子层而发挥功能。第二导电体部70的结构不限于上述,也可以包括由铁(Fe)、钼(Mo)、钽(Ta)、铂(Pt)及铜(Cu)中的至少一方构成的层,这些材料是作为镀敷的种子层而发挥功能的材料。另外,在通过蒸镀等镀敷以外的方法形成第二磁性体构件50的情况下,也可以由包括金属及树脂中的至少一方的其他导电体构成。
如图22所示,在本发明的实施方式6的磁传感器3的电路基板300,设置有相互通过布线电连接而构成惠斯通电桥式的桥电路的四个磁阻元件。四个磁阻元件由两组第一磁阻元件及第二磁阻元件构成。具体而言,磁传感器3包括第一磁阻元件320a及第二磁阻元件330a、以及第一磁阻元件320b及第二磁阻元件330b。第一磁阻元件320a及第二磁阻元件330a构成一个组。第一磁阻元件320b及第二磁阻元件330b构成一个组。
图23是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。如图22及图23所示,第一磁阻元件320a、320b在从与绝缘层30正交的方向观察时具有双重漩涡状图案320。双重漩涡状图案320包括两个第一单位图案,该两个第一单位图案在从与绝缘层30正交的方向观察时沿着假想圆的圆周在假想圆的径向上排列地呈同心圆状配置且相互连接。
双重漩涡状图案320包括作为第一单位图案的一方的漩涡状图案321、作为第一单位图案的另一方的漩涡状图案322、以及将一方的漩涡状图案321与另一方的漩涡状图案322在双重漩涡状图案320的中央部连接的S字状图案323。S字状图案323不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
双重漩涡状图案320在一方的漩涡状图案321及另一方的漩涡状图案322各自的端部具有双重漩涡状图案320的长度调整用冗余部324、325。长度调整用冗余部324、325构成为将一方的漩涡状图案321及另一方的漩涡状图案322各自的端部弯曲地折回。设置于一方的漩涡状图案321的长度调整用冗余部324和设置于另一方的漩涡状图案322的长度调整用冗余部325在双重漩涡状图案320的径向上相互位于相反侧。长度调整用冗余部324、325分别不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
双重漩涡状图案320在长度调整用冗余部324、325与构成布线的导电层20连接。通过变更长度调整用冗余部324、325与导电层20的连接位置,能够调整第一磁阻元件320a、320b的电阻值。
具体而言,在图6所示的作为磁阻元件发挥功能的区域R与作为布线发挥功能的区域L的连接部,通过将导电层20向作为磁阻元件发挥功能的区域R侧延长而扩大作为布线发挥功能的区域L,能够使第一磁阻元件320a、320b各自的电阻值下降。或者,在作为磁阻元件发挥功能的区域R与作为布线发挥功能的区域L的连接部,通过将导电层20向作为布线发挥功能的区域L侧缩短而缩小作为布线发挥功能的区域L,能够使第一磁阻元件320a、320b各自的电阻值增加。
上述的第一磁阻元件320a、320b的电阻值的调整通过去除或追加形成导电层20的一部分而进行,因此,优选在设置绝缘层30之前进行。
如图23所示,双重漩涡状图案320相对于双重漩涡状图案320的中心点具有大致点对称的形状。即,双重漩涡状图案320相对于双重漩涡状图案320的中心点具有大致180°旋转对称的形状。
如图22所示,第一磁阻元件320a与第一磁阻元件320b的双重漩涡状图案320的周向的朝向不同,使得S字状图案323的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件320a与第一磁阻元件320b的双重漩涡状图案320的周向的朝向相差90°,使得S字状图案323的朝向相互相差90°。
需要说明的是,双重漩涡状图案320也可以沿相反方向卷绕,在该情况下,双重漩涡状图案320的中央部由仅由弯曲部构成的倒S字状图案构成。即,一方的漩涡状图案321与另一方的漩涡状图案322通过倒S字状图案而连接。
图24是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。图25是示出本发明的实施方式6的磁传感器的第二磁阻元件的图案所包含的第二单位图案的俯视图。需要说明的是,在图24中,仅图示出第二磁阻元件330a、330b具有的相同形状的三个图案330中的一个。
如图22及图24所示,第二磁阻元件330a、330b在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件320a、320b的外周缘靠外侧的位置。
在第二磁阻元件330a、330b中,包括具有多个曲部并折回的八个第二单位图案370的相同形状的三个图案330串联地连接。在第二磁阻元件330a中,相同形状的三个图案330通过布线147而相互连接。在第二磁阻元件330b中,相同形状的三个图案330通过布线151而相互连接。图案330以比双重漩涡状图案320细的图案形成。由此,在第二磁阻元件330a、330b中确保需要的电阻值。第二磁阻元件330a、330b的电阻值越高,越能够降低磁传感器3的消耗电流。
如图24所示,八个第二单位图案370配置在假想圆C3上且相互连接。如图25所示,第二单位图案370在从始端部370a到终端部370b之间具有14个曲部B1~B14及15个直线状延伸部L1~L15,并折回。即,第二单位图案370具有将始端部370a及终端部370b作为口部的袋状的形状。
在本实施方式中,第二单位图案370在14个曲部B1~B14分别呈直角弯曲。第二单位图案370不包括10μm以上的长度的直线状延伸部。即,15个的直线状延伸部L1~L15各自的长度比10μm短。
但是,第二磁阻元件330a、330b的图案不限于上述,只要包括不包含10μm以上的长度的直线状延伸部且具有多个曲部并折回的至少一个第二单位图案即可。
通过第二磁阻元件330a、330b具有上述的图案,抑制了第二磁阻元件330a、330b的磁阻效应,电阻变化率显著变小。其结果是,第二磁阻元件330a、330b的电阻变化率比第一磁阻元件320a、320b的电阻变化率低。
在本实施方式的磁传感器3中,第一磁阻元件320a、320b具有双重漩涡状图案320。双重漩涡状图案320主要将大致圆弧状的弯曲部卷绕而构成。圆弧是多边形的角的个数无限大地变大时的近似形状,因此,在双重漩涡状图案320流动的电流的朝向遍及水平方向的大致全方位(360°)。因此,第一磁阻元件320a、320b能够遍及水平方向的大致全方位(360°)对外部磁场进行检测。
另外,在本实施方式的磁传感器3中,双重漩涡状图案320的中央部由仅由弯曲部构成的S字状图案323构成,外周部由仅由弯曲部构成的长度调整用冗余部324、325构成。这样,第一磁阻元件320a、320b分别不包括直线状延伸部,因此,磁场检测的各向异性降低。
此外,在本实施方式的磁传感器3中,通过双重漩涡状图案320的周向的朝向不同以使得第一磁阻元件320a、320b各自的S字状图案323的朝向互不相同,从而磁场检测的各向同性变高。
在本实施方式的磁传感器3中,第二磁阻元件330a、330b分别包括第二单位图案370,该第二单位图案370不包括10μm以上的长度的直线状延伸部且在14个曲部B1~B14分别呈直角弯曲,具有将始端部370a及终端部370b作为口部的袋状的形状。
由此,使在第二单位图案370流动的电流的朝向在水平方向上分散,能够降低第二磁阻元件330a、330b的磁阻效应的各向异性。另外,能够抑制外部磁场为0时的磁传感器3的输出因剩磁的影响而产生偏差。
此外,通过将多个第二单位图案370配置在假想圆C3上,使在图案330流动的电流的朝向在水平方向上分散,能够降低第二磁阻元件330a、330b的磁阻效应的各向异性。
在本实施方式的磁传感器3中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件320a、320b与第二磁阻元件330a、330b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板300。
由于图案330以比双重漩涡状图案320细的图案形成,因此,抑制了第二磁阻元件330a、330b的磁阻效应,第二磁阻元件330a、330b的电阻变化率显著变小。
由此,能够增大在向磁传感器3施加了外部磁场时产生在中点140与中点141之间的电位差,提高磁传感器3的检测灵敏度。另外,由于第二磁阻元件330a、330b的电阻值较高,因此,向磁传感器3施加了高磁场强度的外部磁场时的产生在中点140与中点141之间的电位差的减少比较小,能够使磁传感器3的输出特性稳定。
在本实施方式的磁传感器3中,在绝缘层30上配置有两个第一磁性体构件40和两个第二磁性体构件50。第一磁性体构件40及第二磁性体构件50各自的厚度例如为10μm以上,优选为20μm以上且150μm以下。需要说明的是,这些厚度也可以互不相同,但在这些厚度相互相同的情况下,能够在同一工序中形成两个第一磁性体构件40和两个第二磁性体构件50,能够容易地形成两个第一磁性体构件40及两个第二磁性体构件50。
如图22所示,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时具有圆形的外形,并且,位于比第一磁阻元件320a、320b的外周缘靠内侧的区域。在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,与第一磁阻元件320a、320b的外周缘呈同心状设置。
在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件320a、320b及第二磁阻元件330a、330b中的第一磁阻元件320a、320b的中央部。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一磁性体构件40被第一磁阻元件320a、320b的外周部包围。
第二磁性体构件50在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件320a、320b及第二磁阻元件330a、330b中的第二磁阻元件330a、330b。第二磁阻元件330a、330b在从与绝缘层30正交的方向观察时,优选位于从第二磁性体构件50的中心到向内侧与第二磁性体构件50的外周缘分离了7μm的位置的区域。第二磁性体构件50由电磁钢、软钢、硅钢、坡莫合金、超级合金、镍合金、铁合金或铁氧体等透磁率及饱和磁通密度高的磁性体材料构成。另外,这些磁性体材料优选矫顽力低。
本发明的实施方式6的磁传感器3能够在抑制由垂直磁场引起的第二磁阻元件330a、330b的电阻变化的同时,通过第一磁性体构件40来提高第一磁阻元件320a、320b的垂直磁场的检测灵敏度。
另外,本发明的实施方式6的磁传感器3能够通过第二磁性体构件50来抑制由水平磁场引起的第二磁阻元件330a、330b的电阻变化的同时,通过第一磁性体构件40来提高第一磁阻元件320a、320b的水平磁场的检测灵敏度。
能够通过第一磁性体构件40来提高第一磁阻元件320a、320b的水平磁场的检测灵敏度的原因是因为,虽然通过被第一磁性体构件40覆盖而使向第一磁阻元件320a、320b的中央部施加的水平磁场的强度变低,但在圆周比第一磁阻元件320a、320b的中央部长的图案整体所占据的电阻值的比率大的第一磁阻元件320a、320b的外周部,被施加从第一磁性体构件40以高磁场强度放出的水平方向的磁场,因此,整体上来看,向第一磁阻元件320a、320b施加的水平磁场的强度通过第一磁性体构件40而变高。
在本实施方式的磁传感器3中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式6的磁传感器3包括将第一磁阻元件320a、320b呈同心圆状配置而成的多个第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件330a、330b被第二磁性体构件50磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件330a、330b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件320a、320b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式6的磁传感器3中,在第二磁性体构件50与电路基板300之间设置有第二导电体部70,第二导电体部70包括第二基部71和第二狭小部72,第二导电体部70的第二狭小部72与电路基板300接触。
由此,能够降低第二导电体部70与电路基板300的接触面积,能够降低从第二磁性体构件50通过第二导电体部70作用于第二磁阻元件330a、330b的应力。其结果是,能够抑制磁传感器3的输出精度下降。另外,能够抑制由于从第二磁性体构件50通过第二导电体部70作用于绝缘层30的应力而使绝缘层30产生龟裂。由此,能够抑制磁传感器3的可靠性下降。
在本实施方式中,在第二导电体部70的外周部的整周范围内设置有第二基部71与绝缘层30之间的间隙,因此,能够有效地抑制在第二磁性体构件50的外周部产生的形变所引起的应力通过第二导电体部70作用于电路基板300。
在本发明的实施方式6的磁传感器3中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
需要说明的是,也可以在第二导电体部70应用实施方式2的第一导电体部60a的结构。在该情况下,第二导电体部的第二狭小部在与绝缘层30正交的方向上位于第二导电体部的第二磁性体构件50侧的端部。
或者,也可以在第二导电体部70应用实施方式3的第一导电体部60b的结构。在该情况下,第二导电体部的第二基部在与绝缘层30正交的方向,分别位于第二导电体部的绝缘层30侧的端部及第二磁性体构件50侧的端部。第二导电体部的第二狭小部在与绝缘层30正交的方向上被第二导电体部的第二基部彼此夹着而设置。
或者,也可以在第二磁性体构件50应用实施方式4的第一磁性体构件40a的结构。在该情况下,磁传感器3不具备第二导电体部70。第二磁性体构件包括第二基部、以及从与绝缘层30正交的方向观察到的外形面积比第二基部的外形面积小的第二狭小部。在第二磁性体构件中,第二基部与第二狭小部在与绝缘层30正交的方向上排列设置。第二磁性体构件的第二狭小部在与绝缘层30正交的方向上位于第二磁性体构件的绝缘层30侧的端部。
(实施方式7)
以下,参照附图对本发明的实施方式7的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式7的磁传感器,主要第一磁阻元件及第二磁阻元件各自的图案与本发明的实施方式6的磁传感器3不同,因此,针对与本发明的实施方式6的磁传感器3同样的结构不再重复说明。
图26是示出本发明的实施方式7的磁传感器的结构的立体图。图27是从箭头XXVII方向观察图26的磁传感器的俯视图。如图26及图27所示,本发明的实施方式7的磁传感器4具备电路基板400、以及设置在电路基板400的上方的两个第一磁性体构件40及两个第二磁性体构件50。在本发明的实施方式7的磁传感器4中,在电路基板400上设置有两个第一导电体部60及两个第二导电体部70。在电路基板400的表层设置有绝缘层30,两个第一导电体部60及两个第二导电体部70位于绝缘层30上。第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,覆盖对应的第一导电体部60。第二磁性体构件50在从与绝缘层30正交的方向观察时,覆盖对应的第二导电体部70。
在本发明的实施方式7的磁传感器4的电路基板400,设置有相互通过布线电连接而构成惠斯通电桥式的桥电路的四个磁阻元件。四个磁阻元件由两组第一磁阻元件及第二磁阻元件构成。具体而言,磁传感器4包括第一磁阻元件420a及第二磁阻元件430a、以及第一磁阻元件420b及第二磁阻元件430b。
第一磁阻元件420a、420b在从与绝缘层30正交的方向观察时,具有双重漩涡状图案。双重漩涡状图案包括两个第一单位图案,该两个第一单位图案在从与绝缘层30正交的方向观察时,沿着假想圆的圆周在假想圆的径向上排列地呈同心圆状配置且相互连接。
双重漩涡状图案包括作为第一单位图案的一方的漩涡状图案、作为第一单位图案的另一方的漩涡状图案、以及将一方的漩涡状图案与另一方的漩涡状图案在双重漩涡状图案的中央部连结的S字状图案。S字状图案不包括直线状延伸部,仅由弯曲部构成。
第一磁阻元件420a与第一磁阻元件420b的双重漩涡状图案的周向的朝向不同,使得S字状图案的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件420a与第一磁阻元件420b的双重漩涡状图案的周向的朝向相差90°,使得S字状图案的朝向相互相差90°。
需要说明的是,双重漩涡状图案也可以沿相反方向卷绕,在该情况下,双重漩涡状图案的中央部由仅由弯曲部构成的倒S字状图案构成。即,一方的漩涡状图案与另一方的漩涡状图案通过倒S字状图案而连接。
如图27所示,第二磁阻元件430a、430b在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件420a、420b的外周缘靠外侧的位置。第二磁阻元件430a、430b在从与绝缘层30正交的方向观察时,具有蜿蜒状图案。第二磁阻元件430a、430b的蜿蜒状图案以与第一磁阻元件420a、420b的双重漩涡状图案相同的粗细度形成。但是,第二磁阻元件430a、430b的蜿蜒状图案的粗细度也可以比第一磁阻元件420a、420b的双重漩涡状图案的粗细度细。
如图27所示,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时具有圆形的外形,并且,位于比第一磁阻元件420a、420b的外周缘靠内侧的区域。在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,与第一磁阻元件420a、420b的外周缘呈同心状设置。
在本实施方式中,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件420a、420b及第二磁阻元件430a、430b中的第一磁阻元件420a、420b的中央部。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一磁性体构件40被第一磁阻元件420a、420b的外周部包围。
第二磁性体构件50在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件420a、420b及第二磁阻元件430a、430b中的第二磁阻元件430a、430b。
本发明的实施方式7的磁传感器4能够在抑制由垂直磁场引起的第二磁阻元件430a、430b的电阻变化的同时,通过第一磁性体构件40来提高第一磁阻元件420a、420b的垂直磁场的检测灵敏度。
另外,本发明的实施方式7的磁传感器4能够在通过第二磁性体构件50来抑制由水平磁场引起的第二磁阻元件430a、430b的电阻变化的同时,通过第一磁性体构件40来提高第一磁阻元件420a、420b的水平磁场的检测灵敏度。
在本实施方式的磁传感器4中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式7的磁传感器4包括将第一磁阻元件420a、420b呈同心圆状配置而成的多个第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件430a、430b被第二磁性体构件50磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件430a、430b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件420a、420b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式7的磁传感器4中也,使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
(实施方式8)
以下,参照附图对本发明的实施方式8的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式8的磁传感器,主要第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案、以及第一磁性体构件的形状与本发明的实施方式1的磁传感器1不同,因此针对与本发明的实施方式1的磁传感器1同样的结构不再重复说明。
图28是示出本发明的实施方式8的磁传感器的结构的俯视图。图29是示出本发明的实施方式8的磁传感器的第一磁阻元件的图案的俯视图。图30是示出本发明的实施方式8的磁传感器的第二磁阻元件的图案的俯视图。
如图28所示,本发明的实施方式8的磁传感器5具备电路基板500、以及设置在电路基板500的上方的两个第一磁性体构件45。在本发明的实施方式8的磁传感器5中,在电路基板500上设置有两个第一导电体部。第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时,覆盖对应的第一导电体部。
如图28及图29所示,本发明的实施方式8的磁传感器5的第一磁阻元件520a、520b的图案包括四个第一单位图案,该四个第一单位图案在从与绝缘层30正交的方向观察时,沿着假想圆C5的圆周在假想圆C5的径向上排列地配置且相互连接。四个第一单位图案分别在假想圆C5的圆周上沿着布线146、148、150、152所处的部分敞开的假想C字形状C51而设置。四个第一单位图案分别是沿着假想C字形状C51在假想圆C5的径向上排列地呈同心状配置的C字状图案521。
四个C字状图案521从内侧依次在一端与另一端交替地相互连接。一端彼此被连接的C字状图案521通过沿假想圆C5的径向延伸的直线状图案522而相互连接。另一端彼此被连接的C字状图案521通过沿假想圆C5的径向延伸的直线状图案523而相互连接。
第一磁阻元件520a、520b的图案520包括两个直线状图案522及一个直线状图案523。由此,四个C字状图案521串联地连接。
位于最靠外侧的C字状图案521的外周缘成为第一磁阻元件520a、520b的外周缘。位于最靠内侧的C字状图案521的内周缘成为第一磁阻元件520a、520b的内周缘。
如图28所示,第一磁阻元件520a与第一磁阻元件520b的周向的朝向不同,使得假想C字形状C51的朝向互不相同。即,第一磁阻元件520a与第一磁阻元件520b的图案520的周向的朝向不同,使得C字状图案521的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件520a与第一磁阻元件520b的图案520的周向的朝向相差90°,使得C字状图案521的朝向相互相差90°。
如图28及图30所示,第二磁阻元件530a、530b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C5的中心侧,被第一磁阻元件520a、520b包围。即,第二磁阻元件530a、530b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件520a、520b的内周缘靠内侧的位置。
第二磁阻元件530a与从假想圆C5的中心侧到假想圆C5的外侧相连的布线146、148连接。第二磁阻元件530b与从假想圆C5的中心侧到假想圆C5的外侧相连的布线150、152连接。
第二磁阻元件530a、530b在从与绝缘层30正交的方向观察时具有双重漩涡状图案530。双重漩涡状图案530包括作为两个第二单位图案中的一个的一方的漩涡状图案531、作为两个第二单位图案中的另一个的另一方的漩涡状图案532、以及将一方的漩涡状图案531与另一方的漩涡状图案532在双重漩涡状图案530的中央部连接的倒S字状图案533。倒S字状图案533由长度比10μm短的多个直线状延伸部构成。
双重漩涡状图案530以与图案520相同的粗细度形成。因此,一方的漩涡状图案531及另一方的漩涡状图案532分别为与四个C字状图案521分别相同的粗细度。但是,双重漩涡状图案530的粗细度也可以比图案520的粗细度细。
如图30所示,双重漩涡状图案530相对于假想圆C5的中心具有大致点对称的形状。即,双重漩涡状图案530相对于假想圆C5的中心具有大致180°旋转对称的形状。
如图28所示,第二磁阻元件530a与第二磁阻元件530b的双重漩涡状图案530的周向的朝向不同,使得倒S字状图案533的朝向互不相同。
在本实施方式中,第二磁阻元件530a与第二磁阻元件530b的双重漩涡状图案530的周向的朝向相差90°,使得倒S字状图案533的朝向相互相差90°。
在本实施方式的磁传感器5中,第一磁阻元件520a、520b具有C字状图案521。C字状图案521由构成大致正八边形的八条边中的大致七条边构成。这样,第一磁阻元件520a、520b由构成多边形的边中的大部分的边构成,因此,磁场检测的各向异性降低。
此外,在本实施方式的磁传感器5中,通过图案520的周向的朝向不同以使得第一磁阻元件520a及第一磁阻元件520b的C字状图案521的朝向互不相同,从而磁场检测的各向同性变高。
在本实施方式的磁传感器5中,第二磁阻元件530a、530b具有双重漩涡状图案530。双重漩涡状图案530主要通过构成大致正八边形的边卷绕而构成。
在本实施方式的磁传感器5中,通过双重漩涡状图案530的周向的朝向不同以使得第二磁阻元件530a及第二磁阻元件530b的倒S字状图案533的朝向互不相同,从而磁阻效应的各向同性变高。
在本实施方式的磁传感器5中,在第一磁阻元件520a、520b的内侧配置有第二磁阻元件530a、530b,因此,能够使磁传感器5小型化。另外,在磁传感器5中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件520a、520b与第二磁阻元件530a、530b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板500。
在本实施方式的磁传感器5中,在绝缘层30上配置有两个第一磁性体构件45。如图28所示,第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时具有正八边形的外形,并且位于比第一磁阻元件520a、520b的外周缘靠内侧的区域。这里,比第一磁阻元件520a、520b的外周缘靠内侧的区域是指,在从与绝缘层30正交的方向观察时,通过假想直线将第一磁阻元件520a、520b的外周缘端连结时包围的区域。比该第一磁阻元件520a、520b的外周缘靠内侧的区域优选与第一磁性体构件45的一半以上重叠,更优选与第一磁性体构件45的2/3以上重叠。
第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件520a、520b的内周缘靠内侧的区域。第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时,也可以位于包括第一磁阻元件520a、520b的内周缘上及比内周缘靠内侧的区域在内的区域。这里,比第一磁阻元件520a、520b的内周缘靠内侧的区域是指,在从与绝缘层30正交的方向观察时,通过假想直线将第一磁阻元件520a、520b的内周缘端连结时包围的区域。比该第一磁阻元件520a、520b的内周缘靠内侧的区域优选与第一磁性体构件45的一半以上重叠,更优选与第一磁性体构件45的2/3以上重叠。
在本实施方式中,第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时,与第一磁阻元件520a、520b的外周缘呈同心状设置。
在本实施方式中,第一磁性体构件45在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件520a、520b及第二磁阻元件530a、530b中的第二磁阻元件530a、530b。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一磁性体构件40的外周的整周的1/2以上被第一磁阻元件120a、120b包围。
在本实施方式的磁传感器5中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式8的磁传感器5包括将第一磁阻元件520a、520b呈多边形状配置而成的多个第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
在本实施方式中,第一磁阻元件520a、520b、第二磁阻元件530a、530b及第一磁性体构件45分别具有沿着同心状的正八边形的形状,但这些形状不限于上述,只要是沿着同心状的多边形的形状即可。越增加该多边形的角的个数,第一磁阻元件520a、520b的水平磁场的检测的各向同性能够越高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件530a、530b被第一磁性体构件45磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件530a、530b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件520a、520b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式8的磁传感器5中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
(实施方式9)
以下,参照附图对本发明的实施方式9的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式9的磁传感器,主要第一磁阻元件及第二磁阻元件各自的图案与本发明的实施方式4的磁传感器1c不同,因此,针对与本发明的实施方式4的磁传感器1c同样的结构不再重复说明。
图31是本发明的实施方式9的磁传感器的俯视图。图32是示出本发明的实施方式9的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。在图31及图32中,以虚线记载了第一磁性体构件的外缘及内缘。
如图31所示,本发明的实施方式9的磁传感器6具备电路基板600、以及设置在电路基板600的上方的两个第一磁性体构件40a。在本发明的实施方式9的磁传感器6中,在第一磁性体构件40a的外周部的整周范围内,设置有第一磁性体构件40a的第一基部41与电路基板600之间的间隙。
如图31及图32所示,本发明的实施方式9的磁传感器6的第一磁阻元件620a、620b的图案620由一个第一单位图案构成,该一个第一单位图案是在从与绝缘层30正交的方向观察时,在假想圆C6的圆周上沿着布线146、148、150、152所处的部分敞开的假想C字形状C61而配置的C字状图案621。第一磁阻元件620a、620b的内周缘与第一磁性体构件40a的第一基部41的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40a时形成位置产生了偏差的情况下第一磁阻元件620a、620b与第一磁性体构件40a也不重叠的程度。
如图31所示,第一磁阻元件620a与第一磁阻元件620b的周向的朝向不同,使得假想C字形状C61的朝向互不相同。即,第一磁阻元件620a与第一磁阻元件620b的图案620的周向的朝向不同,使得C字状图案621的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件620a与第一磁阻元件620b的图案620的周向的朝向相差135°,使得C字状图案621的朝向相互相差135°。
如图31所示,第二磁阻元件630a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C6的中心侧,被第一磁阻元件620a包围,第二磁阻元件630b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C6的中心侧,被第一磁阻元件620b包围。即,第二磁阻元件630a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件620a的内周缘靠内侧的位置,第二磁阻元件630b在从与绝缘层30正交的方向观察时,位于比第一磁阻元件620b的内周缘靠内侧的位置。
第二磁阻元件630a、630b具有包括两个圆弧状图案631的图案630,该两个圆弧状图案631是沿着假想圆C6的圆周在假想圆C6的径向上排列地呈线对称配置的第二单位图案。两个圆弧状图案631通过半圆弧状图案632将一端相互连接,通过半圆弧状图案633将另一端相互连接。在第二磁阻元件630a中,位于从假想圆C6的中心起算最靠外侧的圆弧状图案631经由长度比10μm短的直线状延伸部634而与布线146、148连接。在第二磁阻元件630b中,位于从假想圆C6的中心起算最靠外侧的圆弧状图案631经由长度比10μm短的直线状延伸部634而与布线150、152连接。
在第二磁阻元件630a中,位于假想圆C6的中心侧的圆弧状图案631的内周缘与第一磁性体构件40a的第一狭小部42的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40a时形成位置产生了偏差的情况下第二磁阻元件630a、630b与第一磁性体构件40a的第一狭小部42也不重叠的程度。
第二磁阻元件630a、630b的图案630以与第一磁阻元件620a、620b的图案620相同的粗细度形成。但是,第二磁阻元件630a、630b的图案630的粗细度也可以比第一磁阻元件620a、620b的图案620的粗细度细。
在本实施方式的磁传感器6中,第二磁阻元件630a、630b具有圆弧状图案631。圆弧状图案631由圆弧构成。相互相邻的两个圆弧状图案631彼此通过半圆弧状图案632、633而相互连接。由于第二磁阻元件630a、630b仅包括长度比10μm短的直线状延伸部634,因此,磁场检测的各向异性降低。
第二磁阻元件630a与第二磁阻元件630b的图案630的周向的朝向不同。在本实施方式中,第二磁阻元件630a与第二磁阻元件630b的图案630的周向的朝向相差135°。由此,能够相互降低第二磁阻元件630a及第二磁阻元件630b各目的磁阻效应的各向异性。
在本实施方式的磁传感器6中,也在第一磁阻元件620a、620b的内侧配置有第二磁阻元件630a、630b,因此,能够使磁传感器6小型化。另外,在磁传感器6中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件620a、620b与第二磁阻元件630a、630b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板600。
如图31所示,第一磁性体构件40在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件620a、620b及第二磁阻元件630a、630b中的第二磁阻元件630a、630b。
在本实施方式的磁传感器6中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式9的磁传感器6包括将第一磁阻元件620a、620b沿着圆周配置而成的第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件630a、630b被第一磁性体构件40a磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件630a、630b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件620a、620b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式9的磁传感器6中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
在本实施方式的磁传感器6中,第一磁阻元件620a、620b的内周缘与第一磁性体构件40a的第一基部41的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40a时形成位置产生了偏差的情况下第一磁阻元件620a、620b与第一磁性体构件40a也不重叠的程度,因此,能够抑制从第一磁性体构件40a向第一磁阻元件620a、620b作用应力。
在本实施方式的磁传感器6中,位于假想圆C6的中心侧的圆弧状图案631的内周缘与第一磁性体构件40a的第一狭小部42的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40a时形成位置产生了偏差的情况下第二磁阻元件630a、630b与第一磁性体构件40a的第一狭小部42也不重叠的程度,因此,能够抑制从第一磁性体构件40a的第一狭小部42向第二磁阻元件630a、630b作用应力。
(实施方式10)
以下,参照附图对本发明的实施方式10的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式10的磁传感器,主要第一磁阻元件的图案及第一磁性体构件的形状与本发明的实施方式9的磁传感器6不同,因此,针对与本发明的实施方式9的磁传感器6同样的结构不再重复说明。
图33是本发明的实施方式10的磁传感器的俯视图。图34是示出本发明的实施方式10的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。在图33及图34中,以虚线记载了第一磁性体构件的外缘及内缘。
如图33所示,本发明的实施方式10的磁传感器7具备电路基板700、以及设置在电路基板700的上方的两个第一磁性体构件40b。第一磁性体构件40b包括第一基部41b、以及从与绝缘层30正交的方向观察到的外形面积比第一基部41b的外形面积小的第一狭小部42。在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一基部41b具有八边形的外形。在本发明的实施方式10的磁传感器7中,在第一磁性体构件40b的外周部的整周范围内,设置有第一磁性体构件40b的第一基部41b与电路基板700之间的间隙。
如图33及图34所示,本发明的实施方式10的磁传感器7的第一磁阻元件720a、720b的图案720由一个第一单位图案构成,该一个第一单位图案是在从与绝缘层30正交的方向观察时,在假想圆C6的圆周上沿着布线146、148、150、152所处的部分敞开的假想C字形状C61而配置的C字状图案721。第一磁阻元件720a、720b的内周缘与第一磁性体构件40b的第一基部41b的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40b时形成位置产生了偏差的情况下第一磁阻元件720a、720b与第一磁性体构件40b也不重叠的程度。
如图33所示,第一磁阻元件720a与第一磁阻元件720b的周向的朝向不同,使得假想C字形状C61的朝向互不相同。即,第一磁阻元件720a与第一磁阻元件720b的图案720的周向的朝向不同,使得C字状图案721的朝向互不相同。
在本实施方式中,第一磁阻元件720a与第一磁阻元件720b的图案720的周向的朝向相差135°,使得C字状图案721的朝向相互相差135°。
第二磁阻元件630a、630b的图案630以与第一磁阻元件720a、720b的图案720相同的粗细度形成。但是,第二磁阻元件630a、630b的图案630的粗细度也可以比第一磁阻元件720a、720b的图案720的粗细度细。
在本实施方式的磁传感器7中,也在第一磁阻元件720a、720b的内侧配置有第二磁阻元件630a、630b,因此,能够使磁传感器7小型化。另外,在磁传感器7中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件720a、720b与第二磁阻元件630a、630b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板700。
如图33所示,第一磁性体构件40b在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件720a、720b及第二磁阻元件630a、630b中的第二磁阻元件630a、630b。
在本实施方式的磁传感器7中,也能够高灵敏度地检测垂直磁场及水平磁场。另外,本发明的实施方式10的磁传感器7包括将第一磁阻元件720a、720b沿着圆周配置而成的第一单位图案,由此,水平磁场的检测的各向同性较高。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件630a、630b被第一磁性体构件40b磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件630a、630b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件720a、720b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式10的磁传感器7中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
在本实施方式的磁传感器7中,第一磁阻元件720a、720b的内周缘与第一磁性体构件40b的第一基部41b的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40b时形成位置产生了偏差的情况下第一磁阻元件720a、720b与第一磁性体构件40b也不重叠的程度,因此,能够抑制从第一磁性体构件40b向第一磁阻元件720a、720b作用应力。
(实施方式11)
以下,参照附图对本发明的实施方式11的磁传感器进行说明。需要说明的是,本发明的实施方式11的磁传感器,主要第二磁阻元件的图案及第一磁性体构件的形状与本发明的实施方式9的磁传感器6不同,因此,针对与本发明的实施方式9的磁传感器6同样的结构不再重复说明。
图35是本发明的实施方式11的磁传感器的俯视图。图36是示出本发明的实施方式11的磁传感器的第一磁阻元件及第二磁阻元件的图案的俯视图。在图35及图36中,以虚线记载了第一磁性体构件的外缘及内缘。
如图35所示,本发明的实施方式11的磁传感器8具备电路基板800、以及设置在电路基板800的上方的两个第一磁性体构件40c。第一磁性体构件40c包括第一基部41、以及从与绝缘层30正交的方向观察到的外形面积比第一基部41的外形面积小的第一狭小部42c。在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一基部41及第一狭小部42c分别具有圆形的外形。在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一狭小部42c的中心相对于第一基部41的中心偏心。在本发明的实施方式11的磁传感器8中,在第一磁性体构件40c的外周部的整周范围内,设置有第一磁性体构件40c的第一基部41与电路基板800之间的间隙。
如图36所示,第二磁阻元件830a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C6的中心侧,被第一磁阻元件620a包围,第二磁阻元件830b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于假想圆C6的中心侧,被第一磁阻元件620b包围。即,第二磁阻元件830a在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件620a的内周缘靠内侧的位置,第二磁阻元件830b在从与绝缘层30正交的方向观察时位于比第一磁阻元件620b的内周缘靠内侧的位置。
第二磁阻元件830a、830b具有包括两个圆弧状图案831的图案830,该两个圆弧状图案831是沿着假想圆C6的圆周在假想圆C6的径向上排列地呈线对称配置的第二单位图案。两个圆弧状图案831通过半圆弧状图案832将一端相互连接,通过半圆弧状图案833将另一端相互连接。在第二磁阻元件830a中,位于从假想圆C6的中心起算最靠外侧的圆弧状图案831经由长度比10μm短的直线状延伸部834而与布线146、148连接。在第二磁阻元件830b中,位于从假想圆C6的中心起算最靠外侧的圆弧状图案831经由长度比10μm短的直线状延伸部834而与布线150、152连接。
在第二磁阻元件830a中,位于假想圆C6的中心侧的圆弧状图案831的内周缘与第一磁性体构件40c的第一狭小部42c的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40c时形成位置产生了偏差的情况下第二磁阻元件830a、830b与第一磁性体构件40c的第一狭小部42c也不重叠的程度。
第二磁阻元件830a、830b的图案830以与第一磁阻元件620a、620b的图案620相同的粗细度形成。但是,第二磁阻元件830a、830b的图案830的粗细度也可以比第一磁阻元件620a、620b的图案620的粗细度细。
在本实施方式的磁传感器8中,第二磁阻元件830a、830b具有圆弧状图案831。圆弧状图案831由圆弧构成。相互相邻的两个圆弧状图案831彼此通过半圆弧状图案832、833而相互连接。由于第二磁阻元件830a、830b仅包括长度比10μm短的直线状延伸部834,因此,磁场检测的各向异性降低。
第二磁阻元件830a与第二磁阻元件830b的图案830的周向的朝向不同。在本实施方式中,第二磁阻元件830a与第二磁阻元件830b的图案830的周向的朝向相差135°。由此,能够相互降低第二磁阻元件830a及第二磁阻元件830b各自的磁阻效应的各向异性。
在本实施方式的磁传感器8中,也在第一磁阻元件620a、620b的内侧配置有第二磁阻元件830a、830b,因此,能够使磁传感器8小型化。另外,在磁传感器8中,也无需立体地引绕将第一磁阻元件620a、620b与第二磁阻元件830a、830b连接的布线,因此,能够通过简易的制造工艺来制造电路基板800。
如图35所示,第一磁性体构件40c在从与绝缘层30正交的方向观察时,仅覆盖第一磁阻元件620a、620b及第二磁阻元件830a、830b中的第二磁阻元件830a、830b。
需要说明的是,在本实施方式中,第二磁阻元件830a、830b被第一磁性体构件40c磁屏蔽,几乎检测不到垂直磁场及水平磁场,因此,第二磁阻元件830a、830b的电阻变化率也可以不必比第一磁阻元件620a、620b的电阻变化率小。
在本发明的实施方式11的磁传感器8中,也使用磁阻元件,水平磁场的检测的各向同性较高,还能够检测微弱的垂直磁场,并且,能够抑制由于从设置于磁阻元件的上方的构造体作用于磁阻元件的应力而使输出精度下降。
在本实施方式的磁传感器8中,位于假想圆C6的中心侧的圆弧状图案831的内周缘与第一磁性体构件40c的第一狭小部42c的外周缘的间隔被确保为,即便在通过镀敷形成第一磁性体构件40c时形成位置产生了偏差的情况下第二磁阻元件830a、830b与第一磁性体构件40c的第一狭小部42c也不重叠的程度,因此,能够抑制从第一磁性体构件40c的第一狭小部42c向第二磁阻元件830a、830b作用应力。
在本实施方式的磁传感器8中,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一狭小部42c的中心相对于第一基部41的中心偏心。因此,在从与绝缘层30正交的方向观察时,第一狭小部42c的中心与第二磁阻元件830a、830b的最短距离比第一基部41的中心与第二磁阻元件830a、830b最短距离长。由此,能够进一步抑制从第一磁性体构件40c的第一狭小部42c向第二磁阻元件830a、830b作用应力,同时,能够在屏蔽效果高的第一磁性体构件40c的第一基部41的中心附近的正下方配置第二磁阻元件830a、830b。
在上述实施方式的说明中,也可以将能够组合的结构相互组合。
此次公开的实施方式在所有点是例示,应该认为不是限制性的内容。本发明的范围由权利要求书示出而非上述的说明,意图包括与权利要求书同等的含义及范围内的全部变更。
附图标记说明:
1、1a、1b、1c、2、3、4、5、6、7、8磁传感器,10磁性体层,20导电层,30绝缘层,40、40a、40b、40c、45第一磁性体构件,41、41b、61第一基部,42、42c、62第一狭小部,50第二磁性体构件,60、60a、60b第一导电体部,70第二导电体部,71第二基部,72第二狭小部,100、200、300、400、500、600、700、800电路基板,110半导体基板,120、230、330、520、620、630、720、830图案,120a、120b、320a、320b、420a、420b、520a、520b、620a、620h、720a、720b第一磁阻元件,121、133、323、521、533、621、721C字状图案,122、123、231、232、233、632、633、832、833半圆弧状图案,130、320、530双重漩涡状图案,130a、130b、230a、230b、330a、330b、430a、430b、530a、530b、630a、630b、830a、830b第二磁阻元件,131、132、321、322、531、532漩涡状图案,140、141中点,145、146、147、148、149、150、151、152布线,160差分放大器,161温度补偿电路,162开关电路,163驱动器,234、634、834、L1~L15直线状延伸部,324、325长度调整用冗余部,370第二单位图案,370a始端部,370b终端部,522、523直线状图案,631、831圆弧状图案,B1~B14曲部,C1、C2、C3、C5假想圆,C11、C21、C51 C字形状。
Claims (24)
1.一种磁传感器,具备:
第一磁阻元件;
第二磁阻元件,其与所述第一磁阻元件电连接而构成桥电路;
绝缘层,其覆盖所述第一磁阻元件及所述第二磁阻元件;
位于所述绝缘层上的、第一导电体部及与该第一导电体部不同的第二导电体部中的至少所述第一导电体部;以及
第一磁性体构件及第二磁性体构件中的至少所述第一磁性体构件,该第一磁性体构件位于所述第一导电体部上,在从与所述绝缘层正交的方向观察时覆盖所述第一导电体部,该第二磁性体构件位于所述第二导电体部上,在从与所述绝缘层正交的方向观察时覆盖所述第二导电体部,
所述第一磁阻元件具有外周缘及内周缘中的至少所述外周缘,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述外周缘靠内侧的区域,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述内周缘靠内侧的区域且被所述第一磁性体构件覆盖,或者位于比所述第一磁阻元件的所述外周缘靠外侧的区域且被所述第二磁性体构件覆盖,
所述第一导电体部包括第一基部以及从与所述绝缘层正交的方向观察到的外形面积比所述第一基部的外形面积小的第一狭小部,
在所述第一导电体部中,所述第一基部与所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上排列设置。
2.根据权利要求1所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第一导电体部的绝缘层侧的端部。
3.根据权利要求1所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第一导电体部的第一磁性体构件侧的端部。
4.根据权利要求1所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一基部在与所述绝缘层正交的方向上分别位于所述第一导电体部的绝缘层侧的端部及第一磁性体构件侧的端部,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上被所述第一导电体部的所述第一基部彼此夹着而设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第二导电体部包括第二基部以及从与所述绝缘层正交的方向观察到的外形面积比所述第二基部的外形面积小的第二狭小部,
在所述第二导电体部中,所述第二基部与所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上排列设置。
6.根据权利要求5所述的磁传感器,其中,
所述第二导电体部的所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第二导电体部的绝缘层侧的端部。
7.根据权利要求5所述的磁传感器,其中,
所述第二导电体部的所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第二导电体部的第二磁性体构件侧的端部。
8.根据权利要求5所述的磁传感器,其中,
所述第二导电体部的所述第二基部在与所述绝缘层正交的方向上分别位于所述第二导电体部的绝缘层侧的端部及第二磁性体构件侧的端部,
所述第二导电体部的所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上被所述第二导电体部的所述第二基部彼此夹着而设置。
9.一种磁传感器,具备:
第一磁阻元件;
第二磁阻元件,其与所述第一磁阻元件电连接而构成桥电路;
绝缘层,其覆盖所述第一磁阻元件及所述第二磁阻元件;以及
位于所述绝缘层上的、第一磁性体构件及与该第一磁性体构件不同的第二磁性体构件中的至少所述第一磁性体构件,
所述第一磁阻元件具有外周缘及内周缘中的至少所述外周缘,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述外周缘靠内侧的区域,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述内周缘靠内侧的区域且被所述第一磁性体构件覆盖,或者位于比所述第一磁阻元件的所述外周缘靠外侧的区域且被所述第二磁性体构件覆盖,
所述第一磁性体构件包括第一基部以及从与所述绝缘层正交的方向观察到的外形面积比所述第一基部的外形面积小的第一狭小部,
在所述第一磁性体构件中,所述第一基部与所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上排列设置,
所述第一磁性体构件的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第一磁性体构件的绝缘层侧的端部。
10.根据权利要求9所述的磁传感器,其中,
所述第二磁性体构件包括第二基部以及从与所述绝缘层正交的方向观察到的外形面积比所述第二基部的外形面积小的第二狭小部,
在所述第二磁性体构件中,所述第二基部与所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上排列设置,
所述第二磁性体构件的所述第二狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第二磁性体构件的绝缘层侧的端部。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的磁传感器,其中,
当将所述第一磁性体构件的厚度设为xμm时,
所述第一磁阻元件的至少一部分在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于从向内侧与所述第一磁性体构件的所述外周缘分离了2μm的位置到向外侧与所述第一磁性体构件的所述外周缘分离了下述式(I)所示的yμm的位置为止的区域的至少一部分,
y=-0.0008x2+0.2495x+6.6506 (I)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,与所述第一磁阻元件的所述外周缘呈同心状设置。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述内周缘靠内侧的区域,且被所述第一磁性体构件覆盖,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于包括所述第一磁阻元件的所述内周缘上及比所述内周缘靠内侧的区域在内的区域。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述内周缘靠内侧的区域,且被所述第一磁性体构件覆盖,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖所述第一磁阻元件及所述第二磁阻元件中的所述第二磁阻元件。
15.根据权利要求14所述的磁传感器,其中,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于从所述第一磁性体构件的中心到向内侧与所述第一磁性体构件的所述外周缘分离了7μm的位置为止的区域。
16.根据权利要求1至12中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述第一磁阻元件的所述外周缘靠外侧的区域,且被所述第二磁性体构件覆盖,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖所述第一磁阻元件及所述第二磁阻元件中的所述第一磁阻元件的一部分。
17.根据权利要求16所述的磁传感器,其中,
所述第二磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,仅覆盖所述第一磁阻元件及所述第二磁阻元件中的所述第二磁阻元件。
18.根据权利要求17所述的磁传感器,其中,
所述第二磁阻元件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于从所述第二磁性体构件的中心到向内侧与所述第二磁性体构件的所述外周缘分离了7μm的位置为止的区域。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的磁传感器,其中,
所述第一磁阻元件包括多个第一单位图案,该多个第一单位图案在从与所述绝缘层正交的方向观察时,呈同心状配置且相互连接。
20.一种磁传感器,具备:
磁敏元件;
绝缘层,其覆盖所述磁敏元件;
第一导电体部,其位于所述绝缘层上;以及
第一磁性体构件,其位于所述第一导电体部上,在从与所述绝缘层正交的方向观察时覆盖所述第一导电体部,
所述第一导电体部包括第一基部以及从与所述绝缘层正交的方向观察到的外形面积比所述第一基部的外形面积小的第一狭小部,
所述第一基部与所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上排列设置。
21.根据权利要求20所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第一导电体部的绝缘层侧的端部。
22.根据权利要求20所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上位于所述第一导电体部的第一磁性体构件侧的端部。
23.根据权利要求20所述的磁传感器,其中,
所述第一导电体部的所述第一基部在与所述绝缘层正交的方向上分别位于所述第一导电体部的绝缘层侧的端部及第一磁性体构件侧的端部,
所述第一导电体部的所述第一狭小部在与所述绝缘层正交的方向上被所述第一导电体部的所述第一基部彼此夹着而设置。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的磁传感器,其中,
所述磁敏元件具有外周缘,
所述第一磁性体构件在从与所述绝缘层正交的方向观察时,位于比所述磁敏元件的所述外周缘靠内侧的区域。
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