JP2009020117A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element.
従来から、強磁性体磁気素子（ＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、或いは磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）等の磁気抵抗効果素子を磁界検出素子として利用し、磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて同磁気抵抗効果素子に加わる外部磁界に応じた出力値を生成するように構成された磁気センサが知られている。 Conventionally, a magnetoresistive effect element such as a ferromagnetic magnetic element (MR element), a giant magnetoresistive effect element (GMR element), or a magnetic tunnel effect element (TMR element) has been used as a magnetic field detection element. There is known a magnetic sensor configured to generate an output value corresponding to an external magnetic field applied to the magnetoresistive element based on the resistance value.
ところで、磁気抵抗効果素子の抵抗値は素子温度に依存して変化する。このため、上記磁気センサの出力値は、検出しようとする磁界が同一であっても、磁気抵抗効果素子の温度に依存して変化する。従って、磁界（の大きさ）を高い精度で検出するためには、かかる温度依存特性を補償することが必要である。 Incidentally, the resistance value of the magnetoresistive effect element changes depending on the element temperature. For this reason, the output value of the magnetic sensor changes depending on the temperature of the magnetoresistive element even if the magnetic field to be detected is the same. Therefore, in order to detect the magnetic field (magnitude) with high accuracy, it is necessary to compensate for such temperature dependent characteristics.
これに対し、特開平６−７７５５８号公報（特許文献１）に記載された磁気センサ装置は、磁気抵抗効果素子の近傍に温度センサを配設するとともに、磁気センサの出力値である電圧と温度との関係（温度依存特性）を予め測定してメモリに記憶しておき、同温度センサが検出する実際の温度と同メモリに記憶した関係とに基づいて基準電圧を決定し、同磁気センサが実際に出力する電圧と同決定された基準電圧との差を増幅して出力することにより、同磁気センサの温度依存特性を補償するようになっている。
一方、高感度の磁気センサの出力値は地磁気の影響を受けて変化する。また、地磁気は時間とともに変動する。このため、上記磁気センサ装置のメモリに記憶される温度依存特性は、地磁気が変化しないことが保証される所定の短時間のうちに測定されなければならず、従って、上記測定時における磁気抵抗効果素子の加熱又は冷却は短時間内に行われなければならない。 On the other hand, the output value of a highly sensitive magnetic sensor changes under the influence of geomagnetism. In addition, geomagnetism varies with time. For this reason, the temperature-dependent characteristics stored in the memory of the magnetic sensor device must be measured within a predetermined short time period during which it is guaranteed that the geomagnetism does not change, and therefore the magnetoresistance effect during the measurement The element must be heated or cooled within a short time.
しかしながら、上記磁気抵抗効果素子の加熱を一般的な加熱・冷却装置で行おうとすると、同磁気抵抗効果素子だけでなく、その基板を含む磁気センサ全体が加熱・冷却されることになるので、同磁気センサの熱容量が大きいことに起因して加熱・冷却時間が長くなって温度依存特性の測定中に地磁気が変化することがあり、その結果、メモリに記憶される温度依存特性の信頼性が低下して温度依存特性の補償が精度良くなされ得ないという問題がある。これに対し、地磁気の影響を除去した環境下で前記温度依存特性を測定することも考えられるが、そのような環境を形成するための装置（磁場キャンセラー）は極めて高価であり、その結果、磁気センサの製造コストが増大してしまうという問題もある。 However, if the magnetoresistive effect element is heated by a general heating / cooling device, not only the magnetoresistive effect element but also the entire magnetic sensor including the substrate is heated / cooled. Due to the large heat capacity of the magnetic sensor, the heating / cooling time becomes longer and the geomagnetism may change during the measurement of the temperature-dependent characteristics. As a result, the reliability of the temperature-dependent characteristics stored in the memory decreases. As a result, there is a problem that compensation for temperature dependent characteristics cannot be made with high accuracy. On the other hand, it is conceivable to measure the temperature-dependent characteristics in an environment from which the influence of geomagnetism is removed, but a device (magnetic field canceller) for forming such an environment is extremely expensive. There is also a problem that the manufacturing cost of the sensor increases.
従って、本発明の目的の一つは、安価に、短時間内で、且つ精度良く、温度依存特性の測定を行うことが可能な磁気センサ、及び精度良く温度依存特性の補償を行うことが可能な磁気センサの温度依存特性補償方法を提供することにある。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of measuring temperature-dependent characteristics at a low cost within a short time and with high accuracy, and to compensate temperature-dependent characteristics with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a temperature compensation characteristic compensation method for a magnetic sensor.
また、本発明の他の目的は、単一チップの磁気センサであって、同磁気センサと同磁気センサの外部とを接続する例えばAu線等の接続ワイヤーを用いることなく、同磁気センサの出力信号を生成することが可能な磁気センサを提供することにある。 Another object of the present invention is a single-chip magnetic sensor that outputs the magnetic sensor without using a connection wire such as an Au wire that connects the magnetic sensor and the outside of the magnetic sensor. It is an object of the present invention to provide a magnetic sensor capable of generating a signal.
また、本発明の他の目的は、磁気抵抗効果素子の抵抗変化に基く出力信号の生成、磁気抵抗効果素子の温度特性データの取得、磁気抵抗効果素子のフリー層の磁化の初期化、或いは磁気抵抗効果素子の機能検査ための外部磁界の付与等を行うための制御回路部が、外部のノイズの影響を受け難い磁気センサを提供することにある。 Another object of the present invention is to generate an output signal based on the resistance change of the magnetoresistive effect element, obtain temperature characteristic data of the magnetoresistive effect element, initialize the magnetization of the free layer of the magnetoresistive effect element, or It is an object of the present invention to provide a magnetic sensor in which a control circuit unit for applying an external magnetic field for functional inspection of a resistance effect element is not easily affected by external noise.
更に、本発明の他の目的は、複数の磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の固定を同一方向に容易且つ確実に行うために好適な構造を有する磁気センサを提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a magnetic sensor having a structure suitable for easily and reliably fixing magnetization of pinned layers of a plurality of magnetoresistive elements in the same direction.
本発明による磁気センサは、基板に対して積層された層の上面に形成された複数の磁気抵抗効果素子と、通電により発熱する複数の発熱体とを備え、前記複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて同磁気抵抗効果素子に加わる外部磁界に応じた出力値を生成する磁気センサであって、前記複数の発熱体は、同発熱体の各々が互いに略等しい発熱量で発熱したとき、前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となるように配置構成されたことを特徴としている。この場合、上記磁気抵抗効果素子には、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、及びＴＭＲ素子等が含まれる。 A magnetic sensor according to the present invention includes a plurality of magnetoresistive elements formed on an upper surface of a layer stacked on a substrate, and a plurality of heating elements that generate heat when energized, and the resistances of the plurality of magnetoresistive elements A magnetic sensor that generates an output value according to an external magnetic field applied to the magnetoresistive element based on the value, wherein the plurality of heating elements generate heat with a heating amount substantially equal to each other, The plurality of magnetoresistive effect elements are arranged and configured such that the temperatures of the plurality of magnetoresistive effect elements are substantially equal to each other and the top surface of the layer on which the plurality of magnetoresistive effect elements are formed is non-uniform. In this case, the magnetoresistive element includes an MR element, a GMR element, a TMR element, and the like.
これによれば、基板を含む磁気センサ全体が同一温度となるまで加熱されることなく、複数の磁気抵抗効果素子が互いに略等しい温度（基板温度とは異なる温度）となるように加熱されるので、同磁気抵抗効果素子の加熱・冷却に要する時間を短くすることができ、同磁気抵抗効果素子の温度依存特性を同一の地磁気が加わっている期間内に測定することが可能となる。 According to this, since the whole magnetic sensor including the substrate is not heated until the same temperature is reached, the plurality of magnetoresistive elements are heated so as to have substantially the same temperature (a temperature different from the substrate temperature). The time required for heating and cooling the magnetoresistive effect element can be shortened, and the temperature-dependent characteristics of the magnetoresistive effect element can be measured within a period in which the same geomagnetism is applied.
この場合、前記複数の磁気抵抗効果素子は、磁界検出方向が同一である複数の素子同士が前記層の上面において近接配置されてなる島状の素子群を複数個構成し、前記発熱体は、前記複数の素子群の各々の上方又は下方に一つずつ形成されることができる。これによれば、発熱体は磁気抵抗効果素子を主として加熱することができるので、加熱・冷却に要する時間を一層短くすることができる。 In this case, the plurality of magnetoresistive elements constitute a plurality of island-shaped element groups in which a plurality of elements having the same magnetic field detection direction are arranged close to each other on the upper surface of the layer, One may be formed above or below each of the plurality of element groups. According to this, since the heating element can mainly heat the magnetoresistive effect element, the time required for heating and cooling can be further shortened.
また、前記発熱体は、前記通電により、各発熱体の上方又は下方に形成された各磁気抵抗効果素子の磁界検出方向と略同一の方向又は同磁界検出方向と略直交する方向の磁界を同各磁気抵抗効果素子に加えることが可能なコイル（加熱用コイル）により形成されることが好適である。この場合、磁気抵抗効果素子の磁界検出方向と略同一方向の磁界は磁気センサが正常に磁界を検出するか否かを判定するための検査用磁界として使用でき、磁気抵抗効果素子の磁界検出方向と略直交する方向の磁界は磁気抵抗効果素子の自由層の初期化用磁界等として使用することができる。 In addition, the heating element has the same magnetic field in the same direction as or substantially perpendicular to the magnetic field detection direction of each magnetoresistive element formed above or below each heating element by the energization. It is preferable that the coil be formed by a coil (heating coil) that can be applied to each magnetoresistive element. In this case, a magnetic field in substantially the same direction as the magnetic field detection direction of the magnetoresistive effect element can be used as an inspection magnetic field for determining whether the magnetic sensor normally detects the magnetic field, and the magnetic field detection direction of the magnetoresistive effect element Can be used as a magnetic field for initializing the free layer of the magnetoresistive element.
これによれば、発熱体（加熱用コイル）と磁気抵抗効果素子の磁界検出方向と略同一方向又は略直交する方向の磁界を発生するためのコイル（検査用コイル、又は初期化用コイル）とを兼用することができるので、製造工程の短縮及び製造用マスク数の削減等により、磁気センサのコストを低減することができる。また、コイルに通電することにより、磁気センサの温度依存特性の測定と、同磁気センサの検査の全部又は一部、若しくは同磁気センサの初期化の全部又は一部とを同時期に行うことが可能となるので、製造（検査）時間を短縮して同磁気センサの製造コストを低減することができる。 According to this, a heating element (heating coil) and a coil (inspection coil or initialization coil) for generating a magnetic field in a direction substantially the same as or substantially orthogonal to the magnetic field detection direction of the magnetoresistive element. Therefore, the cost of the magnetic sensor can be reduced by shortening the manufacturing process and the number of manufacturing masks. Also, by energizing the coil, it is possible to measure the temperature-dependent characteristics of the magnetic sensor and perform all or part of the inspection of the magnetic sensor, or all or part of the initialization of the magnetic sensor at the same time. Therefore, the manufacturing (inspection) time can be shortened and the manufacturing cost of the magnetic sensor can be reduced.
また、本発明による他の磁気センサは、基板に対して積層された層の上面に形成された複数の磁気抵抗効果素子と、通電により発熱する一つの発熱体とを備え、前記複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて同磁気抵抗効果素子に加わる外部磁界に応じた出力値を生成する磁気センサであって、前記発熱体は、前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となるように配置構成されたことを特徴としている。 Another magnetic sensor according to the present invention includes a plurality of magnetoresistive elements formed on an upper surface of a layer stacked on a substrate, and one heating element that generates heat when energized, and the plurality of magnetoresistive elements. A magnetic sensor for generating an output value corresponding to an external magnetic field applied to the magnetoresistive effect element based on a resistance value of the effect element, wherein the heating element has temperatures of the plurality of magnetoresistive effect elements substantially equal to each other At the same time, it is arranged and configured so that the temperature of the upper surface of the layer on which the plurality of magnetoresistive elements are formed becomes non-uniform.
この構成によっても、基板を含む磁気センサ全体が同一温度となるまで加熱されることなく、複数の磁気抵抗効果素子が互いに略等しい温度（基板温度とは異なる温度）となるように加熱されるので、同磁気抵抗効果素子の加熱・冷却に要する時間を短くすることができ、同磁気抵抗効果素子の温度依存特性を同一の地磁気が加わっている期間内に測定することが可能となる。 Even with this configuration, the entire magnetoresistive element including the substrate is not heated until the same temperature is reached, and the plurality of magnetoresistive elements are heated so as to have substantially the same temperature (a temperature different from the substrate temperature). The time required for heating and cooling the magnetoresistive effect element can be shortened, and the temperature-dependent characteristics of the magnetoresistive effect element can be measured within a period in which the same geomagnetism is applied.
この場合、前記発熱体及び前記複数の磁気抵抗効果素子は、同発熱体から同複数の磁気抵抗効果素子のうちの任意の一つの素子へ伝達される熱量が、同発熱体から同複数の磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの素子へ伝達される熱量と略同一となるように構成されることができる。 In this case, the heat generating element and the plurality of magnetoresistive effect elements are configured such that the amount of heat transferred from the heat generating element to any one of the plurality of magnetoresistive effect elements is the same. It can be configured to be substantially the same as the amount of heat transferred to the other one of the resistance effect elements.
また、前記発熱体及び前記複数の磁気抵抗効果素子は、同発熱体と同複数の磁気抵抗効果素子のうちの任意の一つの素子との相対位置関係が、同発熱体と同複数の磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの素子との相対位置関係と略同一となるように配設されることができる。 In addition, the heating element and the plurality of magnetoresistive effect elements have a relative positional relationship between the heating element and any one of the plurality of magnetoresistive effect elements. It can be arranged so as to be substantially the same as the relative positional relationship with the other one of the effect elements.
また、前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記基板に積層された層の上面の互いに離間した４箇所に島状に配設されるとともに、互いに隣接する島の略中心部同士を直線で結んでなる四角形の重心を中心として同層の上面に平行な面内で９０°だけ回転されたとき、任意の一つの島が同９０°の回転の前に同回転の方向において隣接していた他の島の位置に実質的に一致するように形成されてなることが好適である。 The plurality of magnetoresistive elements are arranged in four islands on the top surface of the layer stacked on the substrate in an island shape, and substantially central portions of adjacent islands are connected by a straight line. When rotated by 90 ° in the plane parallel to the upper surface of the same layer around the center of gravity of the quadrangle, any one island is adjacent to the other in the direction of rotation before the 90 ° rotation. It is preferable that it is formed so as to substantially coincide with the position of the island.
また、上記何れかの特徴を備えた磁気センサは、前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となったとき、前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも何れか一つの素子の温度と一定の相関を有する温度を検出温度として出力する温度検出部を備えるように構成することができる。 In the magnetic sensor having any of the above characteristics, the temperatures of the plurality of magnetoresistive elements are substantially equal to each other, and the temperature of the upper surface of the layer on which the plurality of magnetoresistive elements are formed is not uniform. Then, a temperature detection unit that outputs a temperature having a certain correlation with the temperature of at least one of the plurality of magnetoresistive elements as a detection temperature can be provided.
磁気抵抗効果素子同士は発熱体の発熱により略同一温度に加熱されるから、温度検出部は一つの磁気抵抗効果素子の温度と一定の相関を有していれば、実質的に総べての同じ構成の磁気抵抗効果素子の温度を検出することができる。従って、上記構成によれば、温度検出部の個数を増やす必要がないので、磁気センサのコストを低減することができる。 Since the magnetoresistive elements are heated to substantially the same temperature by the heat generated by the heating element, if the temperature detector has a certain correlation with the temperature of one magnetoresistive element, substantially all The temperature of the magnetoresistive effect element having the same configuration can be detected. Therefore, according to the above configuration, since it is not necessary to increase the number of temperature detection units, the cost of the magnetic sensor can be reduced.
また、このような温度検出部を有する磁気センサであって、前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記外部磁界に応じた出力値を生成するように同素子のうち磁界検出方向が同一である素子同士がブリッジ回路を構成するように接続され、更に、メモリと、「前記温度検出部の検出温度に基づいて決定される前記磁気抵抗効果素子の第１温度及び同第１温度における前記磁気センサの出力値である第１出力値からなるデータ」と「同温度検出部の検出温度に基づいて決定される同第１温度とは異なる同磁気抵抗効果素子の第２温度及び同第２温度における同磁気センサの出力値である第２出力値からなるデータ」とに基づいて決定される値であって、同第１温度と同第２温度の差に対する同第１出力値と同第２出力値との差の比に応じた値を前記メモリに書き込む温度依存特性書込み手段と、を備えることが好適である。 Further, the magnetic sensor having such a temperature detection unit, wherein the plurality of magnetoresistive elements have the same magnetic field detection direction among the same elements so as to generate an output value corresponding to the external magnetic field. Are connected to each other to form a bridge circuit, and further, a memory, “the first temperature of the magnetoresistive effect element determined based on the temperature detected by the temperature detection unit, and the magnetic sensor at the first temperature The data at the second temperature and the second temperature of the magnetoresistive effect element different from the first temperature determined based on the temperature detected by the temperature detecting unit and the data consisting of the first output value as the output value. The first output value and the second output value with respect to the difference between the first temperature and the second temperature, which are determined on the basis of the data consisting of the second output value that is the output value of the magnetic sensor. The value according to the ratio of the difference with A temperature-dependent characteristic writing means for writing the memory, it is preferable to comprise a.
複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ回路（フルブリッジ回路）を構成するように接続された磁気センサの温度依存特性は、その出力が磁気抵抗効果素子の温度変化に対し比例的に変化するものとなる。従って、上記「比」（即ち、磁気抵抗効果素子の温度変化に対する磁気センサの出力値変化）に応じた値（同比そのものでもよいし、同比の逆数等でもよい。）をメモリに記憶させておけば、例えば、同磁気センサが他の電子機器に搭載された後、同電子機器は同「比」に応じた値を前記メモリから読み出すことにより、搭載した磁気センサの温度依存特性についてのデータを得ることができるので、同データを用いて同磁気センサの温度依存特性の補償を行うことが可能となる。 The temperature-dependent characteristics of a magnetic sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are connected so as to form a bridge circuit (full bridge circuit) is such that the output changes in proportion to the temperature change of the magnetoresistive element. . Therefore, a value corresponding to the above “ratio” (that is, the change in the output value of the magnetic sensor with respect to the temperature change of the magnetoresistive element) (the same ratio itself or the reciprocal of the same ratio may be stored) in the memory. For example, after the magnetic sensor is mounted on another electronic device, the electronic device reads out a value corresponding to the same “ratio” from the memory, thereby obtaining data on the temperature dependence characteristics of the mounted magnetic sensor. Therefore, it is possible to compensate for the temperature-dependent characteristics of the magnetic sensor using the data.
換言すると、上記「比」に応じた値を各磁気センサのメモリに記憶させておくだけで、各磁気センサの温度依存特性についてのデータを同各磁気センサに保有させておくことができる。従って、第１温度、第１出力値、第２温度、及び第２出力値をメモリに格納する場合に比較して、磁気センサの温度依存特性についてのデータを格納するメモリの容量を小さくすることができ、磁気センサのコストを低減することが可能となる。 In other words, only by storing a value corresponding to the “ratio” in the memory of each magnetic sensor, the data about the temperature-dependent characteristics of each magnetic sensor can be held in each magnetic sensor. Therefore, compared with the case where the first temperature, the first output value, the second temperature, and the second output value are stored in the memory, the capacity of the memory for storing the data on the temperature dependence characteristics of the magnetic sensor is reduced. Thus, the cost of the magnetic sensor can be reduced.
また、本発明によれば、外部磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子、第１メモリ、前記磁気抵抗効果素子の温度と一定の相関を有する温度を検出温度として出力する温度検出部、及び通電により発熱する発熱体とを含んでなり、同磁気抵抗効果素子の抵抗値に基づいて前記外部磁界に応じた出力値を生成する磁気センサと、永久磁石部品と、ケースと、第２メモリとを備え、前記ケース内に前記磁気センサ、前記永久磁石部品、及び前記第２メモリを収容した電子機器に適用される同磁気センサの温度依存特性補償方法であって、前記磁気センサを前記ケース内に収容する前に、前記温度検出部の検出温度に基づいて前記磁気抵抗効果素子の温度を第１温度として取得するとともに、同第１温度における前記磁気センサの出力値を第１出力値として取得し、前記発熱体の通電状態を変化した後に前記温度検出部の検出温度に基づいて前記磁気抵抗効果素子の温度を第２温度として取得するとともに、同第２温度における同磁気センサの出力値を第２出力値として取得し、前記第１温度と前記第２温度の温度差に対する前記第１出力値と前記第２出力値の差の比に応じた値を前記第１メモリに格納し、前記磁気センサを前記ケース内に前記永久磁石部品とともに収容した後に同磁気センサの出力値のオフセット値及び前記温度検出部の検出温度を前記第２メモリに基準データとして格納し、その後、前記第１メモリ内に格納されている比に応じた値と、前記第２メモリ内に格納されている基準データと、前記温度検出部の検出温度とに基づいて、前記磁気センサの出力値を補正する磁気センサの温度依存特性補償方法が提供される。 According to the present invention, the magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to an external magnetic field, the first memory, and a temperature detection unit that outputs a temperature having a certain correlation with the temperature of the magnetoresistive effect element as a detection temperature A magnetic sensor that generates an output value corresponding to the external magnetic field based on a resistance value of the magnetoresistive element, a permanent magnet component, a case, and a second A temperature-dependent characteristic compensation method for the magnetic sensor applied to an electronic device that houses the magnetic sensor, the permanent magnet component, and the second memory in the case. Before storing in the case, the temperature of the magnetoresistive effect element is acquired as the first temperature based on the temperature detected by the temperature detector, and the output value of the magnetic sensor at the first temperature is obtained. 1 is obtained as an output value, and after changing the energization state of the heating element, the temperature of the magnetoresistive element is obtained as a second temperature based on the temperature detected by the temperature detector, and the same magnetism at the second temperature is obtained. An output value of the sensor is acquired as a second output value, and a value corresponding to a ratio of a difference between the first output value and the second output value with respect to a temperature difference between the first temperature and the second temperature is the first memory. And storing the magnetic sensor together with the permanent magnet parts in the case, and storing the offset value of the output value of the magnetic sensor and the detected temperature of the temperature detecting unit as reference data in the second memory, and thereafter The output value of the magnetic sensor based on the value corresponding to the ratio stored in the first memory, the reference data stored in the second memory, and the temperature detected by the temperature detection unit The Temperature dependence compensation method of the positive magnetic sensor is provided.
これによれば、磁気センサ単体の段階で、同磁気センサの温度依存特性を表すデータである上記「比」に応じた値が第１メモリに格納される。そして、磁気センサが永久磁石部品及び第２メモリとともにケースに収容された後、同磁気センサの出力値のオフセット値とそのオフセット値を取得した際に温度検出部により検出された温度とが第２メモリに格納され、その後は、同温度検出部が検出する実際の温度と前記第２メモリに格納されている温度との差、同第１メモリに格納されている「比」に応じた値、及び前記第２メモリに格納されているオフセット値に基づいて実際の磁気センサの出力値が補正される。 According to this, at the stage of the magnetic sensor alone, a value corresponding to the “ratio”, which is data representing the temperature dependence characteristics of the magnetic sensor, is stored in the first memory. Then, after the magnetic sensor is housed in the case together with the permanent magnet component and the second memory, the offset value of the output value of the magnetic sensor and the temperature detected by the temperature detection unit when the offset value is acquired are the second. Stored in the memory, and thereafter, the value according to the difference between the actual temperature detected by the temperature detection unit and the temperature stored in the second memory, the “ratio” stored in the first memory, The actual output value of the magnetic sensor is corrected based on the offset value stored in the second memory.
かかる方法について、具体例を用いて説明すると、温度検出部が検出する実際の温度と第２メモリに格納されている温度との差に第１メモリに格納されている「比」を乗じることで磁気センサの温度変化に伴うオフセット値の変化量が求められ、これに第２メモリに格納されているオフセット値を加えることで、温度変化後のオフセット値が求められ、磁気センサの実際の出力値とこの温度変化後のオフセット値との差が検出すべき外部磁界に応じた値として使用される。 This method will be described using a specific example. By multiplying the difference between the actual temperature detected by the temperature detection unit and the temperature stored in the second memory by the “ratio” stored in the first memory. The amount of change of the offset value accompanying the temperature change of the magnetic sensor is obtained, and by adding the offset value stored in the second memory to this, the offset value after the temperature change is obtained, and the actual output value of the magnetic sensor And the offset value after this temperature change is used as a value according to the external magnetic field to be detected.
このように、本発明の温度依存特性補償方法によれば、上記「比」に応じた値は磁気センサが単体の状態にあるときに測定されて第１メモリに記憶されるから、磁気センサ自体に同磁気センサの温度依存特性を表すデータを保有させることができる。また、磁気センサが電子機器のケースに永久磁石部品とともに実装された後にオフセット値と温度検出部の検出温度とが第２メモリに記憶されるので、第１メモリに磁気センサ自体のオフセット値と同オフセット値が得られたときの温度検出部の検出温度とを記憶しておく必要がなく、第１メモリの記憶容量を低減して磁気センサのコストを低減することができる。また、磁気抵抗効果素子の個体差（抵抗値のばらつき）に基づく磁気センサ単体のオフセット（基準ずれ）と、永久磁石部品からの漏洩磁界に基づくオフセット（基準ずれ）と、に基づく磁気センサのオフセット値がケースに実装された後において一時に得られるので、オフセット値の取得を二度にわたり行う必要がない。このように、上記発明によれば、磁気センサの温度依存特性を簡素な方法で補償することができる。 Thus, according to the temperature dependent characteristic compensation method of the present invention, the value corresponding to the “ratio” is measured when the magnetic sensor is in a single state and is stored in the first memory. Can store data representing the temperature-dependent characteristics of the magnetic sensor. In addition, since the offset value and the temperature detected by the temperature detection unit are stored in the second memory after the magnetic sensor is mounted together with the permanent magnet parts in the case of the electronic device, the same value as the offset value of the magnetic sensor itself is stored in the first memory. It is not necessary to store the temperature detected by the temperature detection unit when the offset value is obtained, and the storage capacity of the first memory can be reduced to reduce the cost of the magnetic sensor. Also, the offset of the magnetic sensor based on the offset (reference deviation) of the magnetic sensor alone based on the individual difference (resistance value variation) of the magnetoresistive effect element and the offset (reference deviation) based on the leakage magnetic field from the permanent magnet component. Since the value is obtained at a time after being mounted in the case, it is not necessary to obtain the offset value twice. Thus, according to the above invention, the temperature dependence characteristic of the magnetic sensor can be compensated by a simple method.
本発明により提供される磁気センサの他の態様は、単一の基板、複数の磁気抵抗効果素子、前記複数の磁気抵抗効果素子を接続する配線部、及び前記複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値に基く物理量を前記配線部を介して取得するとともに同物理量を処理することにより外部に出力する出力信号を生成する制御回路部を含んでなる磁気センサであって、前記基板上に積層された複数の層を含み、前記磁気抵抗効果素子は前記複数の層の一つの層の上面に形成され、前記配線部及び前記制御回路部は前記基板及び前記複数の層内に形成され、前記磁気抵抗効果素子と前記配線部と前記制御回路部とは前記複数の層内にて同層の層面に交差する方向に伸びる導電性物質からなる接続部により互いに接続された磁気センサである。 Another aspect of the magnetic sensor provided by the present invention includes a single substrate, a plurality of magnetoresistive elements, a wiring portion connecting the plurality of magnetoresistive elements, and resistance values of the plurality of magnetoresistive elements. A magnetic sensor comprising a control circuit unit that obtains a physical quantity based on the wiring unit through the wiring unit and generates an output signal that is output to the outside by processing the physical quantity, and is a plurality of layers stacked on the substrate The magnetoresistive effect element is formed on an upper surface of one of the plurality of layers, the wiring portion and the control circuit portion are formed in the substrate and the plurality of layers, and the magnetoresistive effect The element, the wiring portion, and the control circuit portion are magnetic sensors connected to each other by a connecting portion made of a conductive material extending in a direction intersecting the layer surface of the same layer in the plurality of layers.
これによれば、前記磁気抵抗効果素子と前記配線部と前記制御回路部とが前記複数の層内にて同層の層面に交差する方向に伸びる導電性物質からなる接続部により互いに交錯することなく接続されるから、磁気抵抗効果素子を備えたチップと制御回路部等を備えたチップとを別チップとした場合にこれらの間に必要となる接続ワイヤーを用いることなく、同磁気センサの出力信号を生成することが可能な単一チップの磁気センサが提供される。 According to this, the magnetoresistive effect element, the wiring portion, and the control circuit portion are crossed with each other by a connection portion made of a conductive material extending in a direction intersecting the layer surface of the same layer in the plurality of layers. When a chip with a magnetoresistive effect element and a chip with a control circuit unit, etc. are made as separate chips, the output of the magnetic sensor can be obtained without using connection wires required between them. A single chip magnetic sensor capable of generating a signal is provided.
本発明により提供される磁気センサの他の態様は、基板、前記基板の上部に配設される複数の磁気抵抗効果素子、前記基板の上部に配設されるとともに前記複数の磁気抵抗効果素子を接続する配線部、及び前記基板の上部に配設されるとともに前記複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値に基く物理量を前記配線部を介して取得し同物理量を処理することにより外部に出力する出力信号を生成する制御回路部を含んでなる磁気センサにおいて、前記複数の磁気抵抗効果素子は平面視で前記基板の周辺部に配置され、前記配線部は平面視で実質的に閉曲線を形成するように配置され、前記制御回路部は平面視で前記閉曲線の内側に実質的に配置されたことを特徴としている。 According to another aspect of the magnetic sensor provided by the present invention, a substrate, a plurality of magnetoresistive elements disposed on the substrate, and the plurality of magnetoresistive elements disposed on the substrate are provided. A wiring unit to be connected and an output that is disposed on the substrate and outputs a physical quantity based on resistance values of the plurality of magnetoresistive elements through the wiring unit and outputs the physical quantity to the outside by processing the physical quantity In the magnetic sensor including a control circuit unit for generating a signal, the plurality of magnetoresistive elements are arranged at a peripheral portion of the substrate in a plan view, and the wiring unit substantially forms a closed curve in the plan view. The control circuit unit is arranged substantially inside the closed curve in a plan view.
これによれば、磁気抵抗効果素子の抵抗変化に基く出力信号の生成、或いは磁気抵抗効果素子の温度特性データの取得等を行うための制御回路部が、平面視で基板の中央部にコンパクトに配設され得る。従って、制御回路部の配線長が短くなるので、同配線に外部のノイズが重畳し難い。その結果、外部ノイズの影響を受け難い、信頼性の高い磁気センサが提供される。 According to this, the control circuit unit for generating the output signal based on the resistance change of the magnetoresistive effect element or acquiring the temperature characteristic data of the magnetoresistive effect element is compactly arranged in the central portion of the substrate in a plan view. It can be arranged. Therefore, since the wiring length of the control circuit section is shortened, it is difficult for external noise to be superimposed on the wiring. As a result, a highly reliable magnetic sensor that is hardly affected by external noise is provided.
本発明により提供される磁気センサの他の態様は、単一の基板、及びピンド層の磁化の向きが互いに同一である一対の磁気抵抗効果素子からなる素子群を複数個含んでなる磁気センサにおいて、前記複数の素子群の各々は、前記ピンド層の磁化の向きが平面視で前記基板の重心（中央）からの距離が大きくなる方向と実質的に平行となるように、且つ、前記一対の磁気抵抗効果素子が同方向において隣接するように、同基板の上部に配設されたことを特徴としている。 Another aspect of the magnetic sensor provided by the present invention is a magnetic sensor including a plurality of element groups each including a single substrate and a pair of magnetoresistive effect elements having the same magnetization direction of the pinned layer. Each of the plurality of element groups is configured such that the magnetization direction of the pinned layer is substantially parallel to a direction in which the distance from the center of gravity (center) of the substrate increases in plan view, and It is characterized in that the magnetoresistive effect element is disposed on the same substrate so as to be adjacent in the same direction.
ピンド層の磁化の向きを固定する際、方向及び大きさが安定した磁界を磁気抵抗効果素子に付与し続ける必要がある。このとき、同一磁力線上の近接した二点においては、磁界は略同一方向で略同一の大きさを示す。また、磁気センサにおいては、同磁気センサの温度特性等の向上を目的として、ピンド層の磁化の向きが互いに同一である（即ち、磁界検出方向が互いに同一である）一対の磁気抵抗効果素子からなる素子群を複数個設け、これらの磁気抵抗効果素子をブリッジ接続することが多い。 When the magnetization direction of the pinned layer is fixed, it is necessary to continuously apply a magnetic field having a stable direction and magnitude to the magnetoresistive element. At this time, at two adjacent points on the same magnetic field line, the magnetic fields have substantially the same magnitude in substantially the same direction. Further, in the magnetic sensor, for the purpose of improving the temperature characteristics and the like of the magnetic sensor, the magnetization direction of the pinned layer is the same (that is, the magnetic field detection direction is the same). In many cases, a plurality of element groups are provided and these magnetoresistive elements are bridge-connected.
従って、上記構成のように、前記ピンド層の磁化の向きが平面視で前記基板の重心（中央）からの距離が大きくなる方向と実質的に平行となるように、且つ、前記一対の磁気抵抗効果素子が同方向において隣接するように、同基板の上部に配設される磁気センサであれば、基板の重心（中央）から周辺に向う磁界を付与することにより、同一方向で同一の大きさを有する磁界により磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の固定を行うことができる。その結果、ピンド層の磁化の向きを同一方向に容易且つ確実に行うことができる。 Therefore, as in the above configuration, the direction of magnetization of the pinned layer is substantially parallel to the direction in which the distance from the center of gravity (center) of the substrate increases in plan view, and the pair of magnetoresistive resistors If the magnetic sensor is arranged on the upper part of the substrate so that the effect elements are adjacent in the same direction, by applying a magnetic field from the center of gravity (center) to the periphery of the substrate, the same size in the same direction The magnetization of the pinned layer of the magnetoresistive effect element can be fixed by a magnetic field having As a result, the magnetization direction of the pinned layer can be easily and reliably performed in the same direction.
（第１実施形態）
以下、本発明による磁気センサの各実施形態について図面を参照しながら順に説明する。図１は第１実施形態に係る磁気センサ１０の概略平面図、図２は同磁気センサ１０の電気結線状態を示した同磁気センサ１０の部分概略平面図、図３は図１及び図２に示した磁気センサ１０を構成する後述の各層の面と直交する所定の面で同磁気センサ１０を切断した部分概略断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of a magnetic sensor according to the present invention will be described in order with reference to the drawings. 1 is a schematic plan view of the
この磁気センサ１０は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する略正方形状（又は長方形状）であって、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有するＳｉ３Ｎ４／Ｓｉ、ＳｉＯ２／Ｓｉ、又は石英ガラス等から形成された基板１０ａと、同基板１０ａの上に積層された平面視で同基板１０ａと同一形状の層ＩＮＳ１及び層Ｓ１〜Ｓ３と、層Ｓ３の層上（上面）に形成された合計で８個の磁気抵抗効果素子であるＧＭＲ素子１１〜１８と、最上面に形成されたパッシベーション膜ＰＬとを含んでいる。
The
図１に示したように、磁気センサ１０は、ＧＭＲ素子１１〜１４及びＧＭＲ素子１５〜１８をそれぞれブリッジ結線して二つのフル・ブリッジ回路を構成するためのブリッジ配線部（接続導線部）１９と、ＧＭＲ素子１１〜１８を加熱するための発熱体としての加熱用コイル２１〜２４と、制御回路部（ＬＳＩ）３１と、温度検出部３２と、検査用コイル３３ａ〜３３ｄと、Au線を上面にボンディングして同磁気センサ１０を同Au線を介して外部機器と接続するためのパッド３４ａ〜３４ｈとを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ＧＭＲ素子１１は、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１と称呼され、図１に示したように、基板１０ａのＹ軸方向に沿う辺の略中央部であってＸ軸負方向端部近傍に形成されている。ＧＭＲ素子１２は、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２と称呼され、基板１０ａのＹ軸方向に沿う辺の略中央部であってＸ軸負方向端部近傍において第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１よりも僅かにＸ軸正方向の位置に同第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１に近接して配置（近接配置）されている。
The
ＧＭＲ素子１３は、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３と称呼され、基板１０ａのＹ軸方向に沿う辺の略中央部であってＸ軸正方向端部近傍に形成されている。ＧＭＲ素子１４は、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４と称呼され、基板１０ａのＹ軸方向に沿う辺の略中央部であってＸ軸正方向端部近傍において第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３よりも僅かにＸ軸負方向の位置に同第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３に近接して配置（近接配置）されている。
The
ＧＭＲ素子１５は、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１５と称呼され、基板１０ａのＸ軸方向に沿う辺の略中央部であってＹ軸正方向端部近傍に形成されている。ＧＭＲ素子１６は、第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１６と称呼され、基板１０ａのＸ軸方向に沿う辺の略中央部であってＹ軸正方向端部近傍において第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１５よりも僅かにＹ軸負方向の位置に同第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１５に近接して配置（近接配置）されている。
The
ＧＭＲ素子１７は、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１７と称呼され、基板１０ａのＸ軸方向に沿う辺の略中央部であってＹ軸負方向端部近傍に形成されている。ＧＭＲ素子１８は、第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１８と称呼され、基板１０ａのＸ軸方向に沿う辺の略中央部であってＹ軸負方向端部近傍において第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１７よりも僅かにＹ軸正方向の位置に同第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１７に近接して配置（近接配置）されている。
The
ＧＭＲ素子１１〜１８の各々を構成するスピンバルブ膜は、同基板１０ａ上の層Ｓ３の上面の上に順に積層（形成）されたフリー層（自由層）、導電性のスペーサ層、ピン層（固定磁化層）、及びキャッピング層を含んで構成されている。フリー層は、その磁化の向きが外部磁界の変化に応じて容易に変化するようになっている。ピン層は、ピニング層とピンド層とを含み、ピンド層の磁化の向きはピニング層により固定され、同磁化の向きは特殊な場合を除き外部磁界に対して変化しないようになっている。
The spin valve films constituting each of the
これにより、ＧＭＲ素子１１〜１８の各々は、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとがなす角度に応じた抵抗値を呈するようになっている。即ち、ＧＭＲ素子１１〜１８の各々は、図４のグラフに実線にて示したように、ピンド層の磁化の向きに沿って変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界に略比例して変化する抵抗値を呈するとともに、図４のグラフに破線にて示したように、ピンド層の磁化の向きと直交する向きに沿って変化する外部磁界に対しては略一定の抵抗値を呈する。換言すると、ＧＭＲ素子１１〜１８の各々は、ピンド層の磁化の向きをその磁界検出方向とするようになっている。
As a result, each of the
ＧＭＲ素子１１及びＧＭＲ素子１２の各ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸負方向となっている。即ち、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１及び第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２は、同一方向（この場合、Ｘ軸方向）の磁界の大きさを検出するための（即ち、磁界検出方向が互いに同一である）複数の磁気抵抗効果素子同士が前記基板１０ａに対して積層された層Ｓ３の上面において島状に近接配置されてなる一つの素子群Ｇｒ１を形成している。
The direction of pinned magnetization of each pinned layer of the
ＧＭＲ素子１３及びＧＭＲ素子１４の各ピンド層のピンされた磁化の向きはＸ軸正方向となっている。即ち、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３及び第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４は、同一方向（この場合、Ｘ軸方向）の磁界の大きさを検出するための複数の磁気抵抗効果素子同士が前記基板１０ａに対して積層された層Ｓ３の上面において島状に近接配置されてなる他の一つの素子群Ｇｒ２を形成している。
The pinned magnetization direction of each pinned layer of the
ＧＭＲ素子１５及びＧＭＲ素子１６のピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸正方向となっている。即ち、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１５及び第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１６は、同一方向（この場合、Ｙ軸方向）の磁界の大きさを検出するための複数の磁気抵抗効果素子同士が前記基板１０ａに対して積層された層Ｓ３の上面において島状に近接配置されてなる他の一つの素子群Ｇｒ３を形成している。
The pinned magnetization directions of the pinned layers of the
ＧＭＲ素子１７及びＧＭＲ素子１８のピンド層のピンされた磁化の向きはＹ軸負方向となっている。即ち、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１７及び第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１８は、同一方向（この場合、Ｙ軸方向）の磁界の大きさを検出するための複数の磁気抵抗効果素子同士が前記基板１０ａに対して積層された層Ｓ３の層上において島状に近接配置されてなる他の一つの素子群Ｇｒ４を形成している。
The pinned magnetization direction of the pinned layers of the
このように、ＧＭＲ素子１１〜１８は、互いに磁界検出方向が同じ磁気抵抗効果素子同士が二つずつまとめられて互いに近接配置されてなる４個の素子群（島）Ｇｒ１〜Ｇｒ４を形成している。これらの素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４は、平面視においてＸ軸又はＹ軸に沿った辺を有する正方形（平面視においてブリッジ配線部１９がなす正方形）の各辺の略中央部外側に配置され、任意の素子群の位置は、同正方形の重心（同正方形の中心、即ち、同正方形の対角線の交点）を中心として９０°回転すると同回転前に隣接していた他の素子群の位置に一致するように形成されている。換言すると、前記複数のＧＭＲ素子１１〜１８は、前記基板１０ａに積層された層Ｓ３の上面の互いに離間した４箇所に島状に配設されるとともに、互いに隣接する島の略中心部同士を直線で結んでなる四角形の重心GPを中心として層Ｓ３の上面に平行な面内で９０°だけ回転されたとき、任意の一つの島が同９０°の回転の前に同回転の方向において隣接していた他の島の位置に実質的に一致するように形成されている。即ち、例えば、素子群Ｇｒ２とＧｒ３の略中心部同士を結んだ直線、素子群Ｇｒ３とＧｒ１の略中心部同士を結んだ直線、素子群Ｇｒ１とＧｒ４の略中心部同士を結んだ直線、及び素子群Ｇｒ４とＧｒ２の略中心部同士を結んだ直線というように、４本の直線（線分）を得て、これらの線分により得られる四角形の重心を中心として９０°回転すると、例えば、素子群Ｇｒ２が素子群Ｇｒ３の位置に、素子群Ｇｒ３が素子群Ｇｒ１の位置というように、各素子群が回転前に隣接していた素子群の位置に一致する。
Thus, the
なお、図１〜図３に示した例では、一つの島（一つの素子群）を構成する二つのＧＭＲ素子は、基板１０ａの中央（重心、この重心は上記重心GPに一致する。）から基板１０ａの一辺（周辺）に向う方向に隣接するように配設されている。即ち、磁界検出方向が互いに同一の一対の磁気抵抗効果素子からなる複数の素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４の各々は、その磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の向きが平面視で基板１０ａの重心からの距離が大きくなる方向と実質的に平行となるように、且つ、前記一対の磁気抵抗効果素子が同方向において隣接するように、同基板１０ａの上部に配設されている。しかしながら、図５に示したように、一対の磁気抵抗効果素子は、同基板１０ａの一辺に沿う方向に隣接するように配設されてもよい。但し、前者の配置によれば、後者の配置に比べ、ＧＭＲ素子が基板１０ａの（正方形の）各辺の中心により近づくので、素子間の特性が均一になり易い。また、前者は、後者に比べ、一対の磁気抵抗効果素子に同一の向きで同一の大きさを有する磁界を付与し易い。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the two GMR elements constituting one island (one element group) are from the center of the
ＧＭＲ素子１１〜１４は、ＧＭＲ素子１１，１２の近傍の拡大平面図である図６に例示したように、ブリッジ配線部１９の各配線と接続され、このブリッジ配線部１９を介して等価回路図である図７に示したようにブリッジ回路を構成し（フルブリッジ接続されていて）、Ｘ軸方向を磁界検出方向とするＸ軸磁気センサを構成している。なお。図７において、各ＧＭＲ素子１１〜１４の中に付した矢印は同ＧＭＲ素子１１〜１４のピンド層の磁化の向きを示している。
As illustrated in FIG. 6, which is an enlarged plan view of the vicinity of the
より具体的に述べると、Ｘ軸磁気センサは、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４との結合点Ｖａと、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３と第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２との結合点Ｖｂの間に一定の電位差が付与され、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１１と第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１３との結合点Ｖｃと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２と第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１４との結合点Ｖｄとの間の電位差（Ｖｃ−Ｖｄ）がセンサ出力値Vxoutとして取り出されるようになっている。この結果、Ｘ軸磁気センサの出力電圧（電圧で表される物理量）は、図８の実線にて示したように、Ｘ軸に沿って大きさが変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界の大きさに略比例して変化し、同図８の破線にて示したように、Ｙ軸に沿って大きさが変化する外部磁界に対しては略「０」の一定値となる。
More specifically, the X-axis magnetic sensor includes a coupling point Va between the first
ＧＭＲ素子１５〜１８は、ＧＭＲ素子１１〜１４と同様にブリッジ配線部１９の各配線と接続されてブリッジ回路を構成し（フルブリッジ接続されていて）、Ｙ軸方向を磁界検出方向とするＹ軸磁気センサを構成している。即ち、このＹ軸磁気センサは、Ｙ軸に沿って大きさが変化する外部磁界に対し、−Ｈｃ〜＋Ｈｃの範囲において、同外部磁界の大きさに略比例して変化する出力電圧（電圧で表される物理量）Vyoutを示すとともに、Ｘ軸に沿って大きさが変化する外部磁界に対しては略「０」の出力電圧を示すようになっている。
Similarly to the
ブリッジ配線部１９は、図１に示したように、平面視でＧＭＲ素子１１〜１８の内側においてＸ軸及びＹ軸に沿った辺を有する略正方形の外周部に形成され、実質的に閉曲線（直線部を含む。）を構成している。このブリッヂ配線部１９は、後に詳述するように、ＧＭＲ素子１１〜１８よりも下方の層Ｓ３内に形成されている。
加熱用コイル２１〜２４は、図１及び図３に示したように、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４の直下（Ｚ軸負方向側）であって、配線層として機能する層Ｓ３内にそれぞれ埋設されている。加熱用コイル２１〜２４は、互いに略同一の形状を有するとともに、各対応する素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４との相対位置関係も互いに略同一である。そこで、以下においては加熱用コイル２１に着目して詳述する。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIGS. 1 and 3, the heating coils 21 to 24 are respectively embedded immediately below the element groups Gr1 to Gr4 (on the Z-axis negative direction side) and in layers S3 functioning as wiring layers. Yes. The heating coils 21 to 24 have substantially the same shape, and the relative positional relationship with the corresponding element groups Gr1 to Gr4 is also substantially the same. Therefore, in the following, the
加熱用コイル２１は、例えば、薄膜のアルミニウムからなり、通電により発熱して第１，第２ＧＭＲ素子１１，１２（素子群Ｇｒ１）を加熱する発熱体であり、素子群Ｇｒ１の直下部分に存在する（素子群Ｇｒ１に近接して配置される）ように、磁気抵抗効果素子１１，１２の下面と対向して層Ｓ３内に形成されている。つまり、加熱用コイル２１は、図３から理解されるように、基板１０ａに順に積層された絶縁層ＩＮＳ１と配線層として機能する層Ｓ１〜Ｓ３のうち、ＧＭＲ素子１１〜１８がその上面に形成された層Ｓ３（配線層として機能する層Ｓ１〜Ｓ３のうちの最上層Ｓ３）内に埋設・形成されている。ここで、配線層として機能する層とは、後述するように、配線、配線間の層間絶縁膜、及び配線間を接続するコンタクトホール（ビアホールを含む。）を指す。
The
また、加熱用コイル２１は、図６に示したように、所謂ダブルスパイラルコイルであって、その平面視における外形は略長方形であり、同長方形のＹ軸方向長さは磁気抵抗効果素子１１（１２）の長手方向長さの約２倍、Ｘ軸方向長さは磁気抵抗効果素子１１（１２）の幅方向（長手方向に直交する方向）長さの約５倍程度であって、一対の渦巻を形成する導線（即ち、渦中心Ｐ１を有する第１の導線２１−１，及び渦中心Ｐ２を有する第２の導線２１−２）からなっている。
Further, as shown in FIG. 6, the
また、第１，第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１１，１２は、平面視で一対の渦中心Ｐ１，Ｐ２の間に配置されている。更に、同平面視で第１，第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１１，１２と重なる箇所（即ち、第１，第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１１，１２の直下を通過する箇所）の第１の導線２１−１及び第２の導線２１−２の部分は、互いに平行なＸ軸方向に沿った直線状となっている。この直線状部分の各導線には同一方向の電流が流され、第１，第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１１，１２に対してＹ軸方向の磁界を発生するようになっている。即ち、加熱用コイル２１は、第１，第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１１，１２の長手方向の向きであって、外部磁界が加わっていない場合のフリー層の設計上の磁化の向き（ピンド層の固定された磁化の向きに直交する向き）の磁界を発生するようになっている。
The first and second
このように、第１実施形態に係る磁気センサ１０は、ＧＭＲ素子（フリー層とピン層とを含む磁気抵抗効果素子）を含んでなる磁気センサであって、外部磁界が加わらない状態におけるフリー層の磁化の向きを安定化させる（初期化する）ために同フリー層の下方に（同フリー層に近接して）設けられ、且つ、所定条件下（例えば、磁気検出開始前等）での通電により同フリー層に所定の向き（ピンド層のピンされた磁化の向きと直交する向き）の磁界（初期化用磁界）を発生させ得る加熱用コイル２１〜２４を備えた磁気センサであり、更に、加熱用コイル２１〜２４は、所定条件下での所定パターンの通電によりそれぞれの直上にあるＧＭＲ素子（群）を加熱するように構成された磁気センサである。
As described above, the
制御回路部３１は、図１に示したように、平面視でブリッジ配線部１９の内側（平面視で配線部１９のなす実質的な閉曲線の内側、即ち、基板１０ａの中央部）において、Ｘ軸及びＹ軸に沿った辺を有する略正方形状をなすように形成されている。この制御回路部３１は、図３に示したように、ＧＭＲ素子１１〜１８よりも下方の層ＩＮＳ１及び層Ｓ１〜Ｓ３内に形成されている。制御回路部３１は、ＡＤ変換部（ＡＤＣ）、一度だけデータの書込みが可能で常時読み取りが可能なライトワンス型のメモリ（便宜上「第１メモリ」とも称呼する。）、及びアナログ回路部を含むＬＳＩである。制御回路部３１は、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの出力値（抵抗値に基く電圧としての物理量）の取得及びＡＤ変換などの処理による出力信号の生成、加熱用コイル２１〜２４への通電、温度検出部３２の検出温度の取得、温度補償データの取得、並びに同データの第１メモリへの格納（書き込み）等の機能を達成するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
このように、基板１０ａの中央部に制御回路部３１を配設することにより、制御回路部３１の配線長を短くすることができる。従って、回路の抵抗が小さく、且つ、回路自体が小型化されるので、ノイズの影響を受け難く、且つ、回路に含まれる抵抗の変動（製品間ばらつき）を小さくすることができる。
Thus, the wiring length of the
なお、上記ライトワンス型のメモリとしては、ヒューズ切断タイプの２４ビットメモリを採用することができる。ただし、このようなメモリに代えて、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリ等、データの書き込みが可能であって、且つ、電力供給遮断時においてもデータの保持が可能なメモリ（不揮発性メモリ）を採用することもできる。 As the write-once memory, a fuse cutting type 24-bit memory can be used. However, instead of such a memory, a memory (nonvolatile memory) such as an EEPROM or a flash memory that can write data and can retain data even when the power supply is cut off may be adopted. it can.
温度検出部３２は、内蔵されたトランジスタの温度特性に基づいて温度を検出する周知のバンドギャップリファレンス回路により構成されていて、平面視においてブリッジ配線部１９の内側であって、制御回路部３１の角部に形成されている。温度検出部３２は、ＧＭＲ素子１１〜１６よりも、ＧＭＲ素子１７，１８（素子群Ｇｒ４）に近接した位置で配線層Ｓ１内に形成され、ＧＭＲ素子１８（素子群Ｇｒ４）の温度と常に一定の相関がある温度（検出温度）を出力するようになっている。後述するように、磁気抵抗効果素子１１〜１８は、同一の温度になるように加熱されるから、磁気抵抗効果素子１８の温度を検出することで、他の磁気抵抗効果素子１１〜１７の温度も知ることができる。
The
このように、温度検出部３２を素子群Ｇｒ４の近傍であって且つブリッジ配線部１９の内側に配置することにより、温度検出部３２はＧＭＲ素子１８の温度を精度良く検出することができる。また、温度検出部３２は、ブリッジ配線部１９を跨ぐことなく制御回路部３１に接続されるので、温度検出部３２と制御回路部３１間の配線長を短くすることができる。
Thus, by arranging the
検査用コイル３３ａ〜３３ｄは、図３に検査用コイル３３ａを例示したように、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４のそれぞれの直下であって、配線層Ｓ１内に形成されている。検査用コイル３３ａ〜３３ｄは、通電により直上に位置する各磁気抵抗効果素子の磁界検出方向の磁界（ピンド層の磁化の向きの磁界）を、同各磁気抵抗効果素子に加えるようになっている。 As illustrated in FIG. 3, the inspection coils 33 a to 33 d are formed immediately below the element groups Gr1 to Gr4 and in the wiring layer S <b> 1. The inspection coils 33a to 33d apply a magnetic field in a magnetic field detection direction (magnetic field in the direction of magnetization of the pinned layer) of each magnetoresistive effect element positioned immediately above by energization to each of the magnetoresistive effect elements. .
ここで、磁気センサ１０の層構造について説明を加える。図３に示したように、基板１０ａの上部は素子分離領域１０ａ１と、それ以外の活性化領域１０ａ２とに区分されている。素子分離領域１０ａ１は、ＬＯＣＯＳ法又はＳＴＩ法によりフィールド絶縁膜insとして基板１０ａの上面に形成されている。ＬＯＣＯＳ法は、熱酸化膜により素子と素子とを絶縁分離する周知の技術である。ＳＴＩ法はシャロートレンチ素子分離と呼ばれ、浅い溝に酸化膜を埋め込むことにより素子と素子を絶縁分離する周知の技術である。
Here, the layer structure of the
基板１０ａの直上及び絶縁層insの上面には絶縁層ＩＮＳ１が形成されている。絶縁層ＩＮＳ１内であって素子活性化領域１０ａ２には、例えばトランジスタＴｒ等の回路素子が形成されている。絶縁層ＩＮＳ１内であって素子分離領域１０ａ１には、抵抗Ｒ、ヒューズ、及びキャパシタ等の素子が形成されている。また、絶縁層ＩＮＳ１内には、前記トランジスタＴｒ等の回路素子と上の層Ｓ１に形成された配線等との電気的接続を行うための複数のコンタクトホールＣ１（接続部、縦方向接続部）が層Ｓ１〜Ｓ３の層面と直交するように（層Ｓ１〜Ｓ３の層面と交差するように）形成されている。コンタクトホールＣ１内には導電性物質が充填されている。
An insulating layer INS1 is formed immediately above the
絶縁層ＩＮＳ１の上には、配線層として機能する層Ｓ１が形成されている。層Ｓ１は、導電膜からなる配線Ｗ１、検査用コイル３３ａ〜３３ｄ、層間絶縁膜ＩＬ１、及び温度検出部３２等からなっている。また、層間絶縁膜ＩＬ１には上の層Ｓ２に形成された配線等との電気的接続を行うための複数のビアホールＶ１（接続部、縦方向接続部）が層Ｓ１〜Ｓ３の層面と直交するように（層Ｓ１〜Ｓ３の層面と交差するように）形成されている。ビアホールＶ１内には導電性物質が充填されている。
A layer S1 functioning as a wiring layer is formed on the insulating layer INS1. The layer S1 includes a wiring W1 made of a conductive film, inspection coils 33a to 33d, an interlayer insulating film IL1, a
同様に、層Ｓ１の上には、配線層として機能する層Ｓ２が形成されている。層Ｓ２は、導電膜からなる配線Ｗ２と、層間絶縁膜ＩＬ２とからなっている。また、層間絶縁膜ＩＬ２には上の層Ｓ３に形成された配線等との電気的接続を行うための複数のビアホールＶ２（接続部、縦方向接続部）が層Ｓ１〜Ｓ３の層面と直交するように（層Ｓ１〜Ｓ３の層面と交差するように）形成されている。ビアホールＶ２内には導電性物質が充填されている。 Similarly, a layer S2 functioning as a wiring layer is formed on the layer S1. The layer S2 includes a wiring W2 made of a conductive film and an interlayer insulating film IL2. Further, in the interlayer insulating film IL2, a plurality of via holes V2 (connection portions, longitudinal connection portions) for electrical connection with wirings and the like formed in the upper layer S3 are orthogonal to the layer surfaces of the layers S1 to S3. (So as to intersect with the layer surfaces of the layers S1 to S3). The via hole V2 is filled with a conductive material.
同様に、層Ｓ２の上には、配線層として機能する層Ｓ３が形成されている。層Ｓ３は、導電膜からなる配線Ｗ３と、ブリッジ配線部１９と、加熱用コイル２１（２２〜２４）と、層間絶縁膜ＩＬ３とからなっている。また、層間絶縁膜ＩＬ３には層Ｓ３の上面に形成されたＧＭＲ素子１１〜１８との電気的接続を行うための複数のビアホールＶ３（接続部、縦方向接続部）が層Ｓ１〜Ｓ３の層面と直交するように（層Ｓ１〜Ｓ３の層面と交差するように）形成されている。ビアホールＶ３内には導電性物質が充填されている。層間絶縁膜ＩＬ３は、制御回路部３１を保護するため、後述するパッシベーション膜ＰＬとは別の窒化膜を含むパッシベーション膜とすることもできる。ＧＭＲ素子１１〜１８の特性が良好に維持されるように、層間絶縁膜ＩＬ３の上面は平坦化されていることが好ましい。また、上記コンタクトホールＣ１及びビアホールＶ１〜Ｖ３は、ＧＭＲ素子１１〜１８と配線部であるブリッジ配線部１９と制御回路部３１等とを互いに接続する接続部であって、複数の層ＩＮＳ１，Ｓ１〜Ｓ３内にこれらの層の層面に交差する方向に伸びる導電性物質からなる接続部であると言うことができる。
Similarly, a layer S3 functioning as a wiring layer is formed on the layer S2. The layer S3 includes a wiring W3 made of a conductive film, a
パッド領域ＰＤは、ＧＭＲ素子１１〜１８が形成される部分、ブリッジ配線部１９、及び制御回路部３１以外の領域であって、平面視で磁気センサ１０の角部に設けられている（図１を参照。）。このパッド領域ＰＤの上面が、上述したパッド３４ａ〜３４ｈを構成している。パッド３４ａ〜３４ｈは、最上層である層Ｓ３にのみ形成しても良いが、Au線をボンディングする際に衝撃を受ける。従って、本例においては、平面視で略正方形のパッド部が層Ｓ１〜Ｓ３の複数の層にまたがって形成されている。
The pad region PD is a region other than the portion where the
パッシベーション膜ＰＬは、層Ｓ３及びＧＭＲ素子１１〜１８の上面を覆うように形成されている。パッシベーション膜ＰＬは、これらの全体を覆うように形成された後、前記パッド３４ａ〜３４ｈに対応する部分が除去される。これにより、パッド３４ａ〜３４ｈがAu線とボンディング可能に露呈される。
The passivation film PL is formed so as to cover the upper surface of the layer S3 and the GMR elements 11-18. After the passivation film PL is formed so as to cover the whole, portions corresponding to the
かかる磁気センサ１０は、図９に外観の概略正面図を示した携帯型の電子装置としての携帯電話機４０に収容・搭載される。この携帯電話機４０は、正面視で互いに直交するｘ軸及びｙ軸に沿って延びる辺を有する略長方形であってｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸方向に厚みを有するケース（本体）４１と、このケース４１の上部側面に配置されたアンテナ部４２、ケース４１の前面側最上部に配置されたスピーカ部４３、スピーカ部４３の下方でケース４１の前面側に配置され文字及び図形を表示するための液晶表示部４４、液晶表示部４４の下方でケース４１の前面側に配置され電話番号又はその他の指示信号を入力するためのスイッチを含む操作部（操作信号入力手段）４５、ケース４１の前面側最下部に配置されたマイクロフォン部４６、及びバスを介して磁気センサ１０及び表示部４４等と通信可能に構成されるとともにＲＡＭ及びバックアップメモリ（ＥＥＰＲＯＭでも良く、主電源オフ時もデータを保持するメモリであって、便宜上「第２メモリ」とも称呼する。）を内蔵したマイクロコンピュータ４７とを含んでいる。
Such a
これらアンテナ部４２、スピーカ部４３、液晶表示部４４、操作部４５、及びマイクロフォン部４６の一部又は全部は、永久磁石部品（漏洩磁界発生部品）をその構成部品として含んでいる。そして、磁気センサ１０は、そのＸ，Ｙ，Ｚ軸がケース４１のｘ，ｙ，ｚ軸とそれぞれ一致するように同ケース内に収容・固定される。
Some or all of the
次に、上記のように構成された磁気センサ１０の温度依存特性補償方法について説明する。ＧＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子は、その材料特性により、例えば抵抗が温度上昇とともに増大するという温度依存特性を有し、その温度依存特性は素子毎に異なる。従って、４個のＧＭＲ素子のフルブリッジ回路である上記磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの各々）も、その出力が温度の変化に伴って変化するという温度依存特性を有する。ただし、その温度依存特性には、磁気センサ１０を構成する各ＧＭＲ素子の温度依存特性により、同磁気センサ１０の出力が同ＧＭＲ素子の温度上昇とともに増大するものと、同ＧＭＲ素子の温度上昇とともに減少するものとがある。
Next, a temperature dependent characteristic compensation method for the
図１０及び図１１は、このような磁気センサの温度依存特性の一例をそれぞれ示したグラフである。ここでは、Ｘ軸磁気センサが負の温度依存特性、Ｙ軸磁気センサが正の温度依存特性を有する例を示し、実線は外部磁界（例えば、所定の場所の所定の時間における地磁気）のＸ成分，Ｙ成分がそれぞれHX0,HY0である場合の各磁気センサの出力値Vxout,Vyout、一点鎖線は地磁気の影響を除いた外部磁界（例えば、携帯電話機４０の永久磁石部品からの漏洩磁界）がそれぞれHX1,HY1である場合の各磁気センサの出力値Vxout,Vyoutを示している。 FIG. 10 and FIG. 11 are graphs showing examples of temperature-dependent characteristics of such a magnetic sensor, respectively. Here, an example is shown in which the X-axis magnetic sensor has a negative temperature-dependent characteristic and the Y-axis magnetic sensor has a positive temperature-dependent characteristic, and the solid line indicates the X component of the external magnetic field (for example, geomagnetism at a predetermined time at a predetermined time). The output values Vxout and Vyout of the magnetic sensors when the Y components are HX0 and HY0, respectively, and the alternate long and short dash lines are external magnetic fields excluding the influence of geomagnetism (for example, leakage magnetic fields from the permanent magnet parts of the mobile phone 40). The output values Vxout and Vyout of each magnetic sensor in the case of HX1 and HY1 are shown.
図１０及び図１１からも理解されるように、磁気センサ１０の出力値Vxout,Vyoutは、同一の磁界に対し、ＧＭＲ素子の温度に略比例して変化する。そこで、本実施形態においては、各磁気センサの出力値Vxout,VyoutはＧＭＲ素子温度に対して比例的に変化するとの前提下で温度依存特性の補償を行う。
As understood from FIGS. 10 and 11, the output values Vxout and Vyout of the
先ず、制御回路部３１は、外部から指示信号が入力される等により温度依存特性補償データを取得するための所定の条件が成立すると、その時点のＧＭＲ素子１８の温度に対応した温度検出部３２の検出温度を第１温度Ｔ１ｓとして取得する。この場合、磁気センサ１０全体は均一の温度（室温）となっているから、温度検出部３２の検出温度Ｔ１ｓはＧＭＲ素子１８の温度Ｔ１と等しい。同時に、制御回路部３１は、そのときのＸ軸磁気センサの出力値Ｘ１（Ｘ軸磁気センサ第１出力値Ｘ１）とＹ軸磁気センサの出力値Ｙ１（Ｙ軸磁気センサ第１出力値Ｙ１）とを取得する。次いで、制御回路部３１は加熱用コイル２１〜２４に１００mAの電流を１００msずつ順に通電する。これにより、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４は互いに略等しい温度まで加熱される。
First, when a predetermined condition for acquiring temperature-dependent characteristic compensation data is satisfied, for example, when an instruction signal is input from the outside, the
図１２は、この状態における素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が形成されている面での等温線を曲線Ｌｈ１〜Ｌｈ４，Ｌｏ１〜Ｌｏ４により示した図である。曲線Ｌｈ１〜Ｌｈ４で示した等温線の温度Tempは互いに略等しい。曲線Ｌｏ１〜Ｌｏ４で示した等温線の温度も互いに等しく、且つ、前記温度Tempよりも低い温度である。このように、加熱用コイル２１〜２４への通電により、加熱用コイル２１〜２４は、対応する（それぞれの加熱用コイルの直上に位置する）素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４を主として加熱し、磁気センサ１０（チップ）全体を均一には加熱しないので、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が形成された層Ｓ３の上面は面全体でみると同素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４の温度以下の不均一な温度となる。
FIG. 12 is a diagram showing isotherms on the surface where the element groups Gr1 to Gr4 are formed in this state by curves Lh1 to Lh4 and Lo1 to Lo4. The temperatures Temp of the isotherms shown by the curves Lh1 to Lh4 are substantially equal to each other. The temperatures of the isotherms shown by the curves Lo1 to Lo4 are also equal to each other and lower than the temperature Temp. Thus, by energizing the heating coils 21 to 24, the heating coils 21 to 24 mainly heat the corresponding element groups Gr <b> 1 to Gr <b> 4 (positioned immediately above the respective heating coils), and the
制御回路部３１は、この状態において、その時点の温度検出部３２の検出温度を温度Ｔ２ｓとして取得するとともに、ＧＭＲ素子１８の第２温度Ｔ２を、Ｔ２＝Ｔ１ｓ＋ｋ・（Ｔ２ｓ−Ｔ１ｓ）（ｋは、実験により予め定められた定数）なる式で表される同温度検出部３２の温度とＧＭＲ素子１８の温度との一定の相関に従って求める。また、制御回路部３１は、そのときのＸ軸磁気センサの出力値Ｘ２（Ｘ軸磁気センサ第２出力値Ｘ２）とＹ軸磁気センサの出力値Ｙ２（Ｙ軸磁気センサ第２出力値Ｙ２）とを取得する。
In this state, the
そして、制御回路部３１は、温度依存特性を表すデータとして、下記の（１）式，（２）式により定められる傾き（磁気抵抗効果素子の単位温度変化あたりの出力変化量）Ｍｘ，Ｍｙを温度依存特性補償用基礎データとして演算し、この傾きＭｘ，Ｍｙをライトワンス型の前記第１メモリに書き込む（この機能が、温度依存特性書き込み手段の機能に相当する。）。この場合、傾きＭｘは、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の差に対するＸ軸磁気センサ第１出力値Ｘ１とＸ軸磁気センサ第２出力値Ｘ２との差の「比」であり、傾きＭｙは、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の差に対するＹ軸磁気センサ第１出力値Ｙ１とＹ軸磁気センサ第２出力値Ｙ２との差の「比」である。
Ｍｘ＝（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（１）
Ｍｙ＝（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（２）
Then, the
Mx = (X2-X1) / (T2-T1) (1)
My = (Y2-Y1) / (T2-T1) (2)
以上により、磁気センサ単体の段階での温度依存特性補償用基礎データの取得が終了する。その後、磁気センサ１０は冷却されるまで放置され次の工程へと進む。図１３は、上記温度依存特性補償用基礎データの取得のための加熱用コイル２１〜２４の通電終了後の時間経過とＧＭＲ素子１１〜１８の温度変化との関係を示したグラフである。
Thus, the acquisition of temperature-dependent characteristic compensation basic data at the stage of the magnetic sensor alone is completed. Thereafter, the
従来の加熱・冷却装置を用いて同様な温度変化をＧＭＲ素子１１〜１８に発生させようとすると、磁気センサ１０全体を加熱・冷却することになるから、加熱に要する時間が長くなるとともに、加熱終了後の温度低下速度が小さく、冷却するまでに数分から２０分程度必要となる場合がある。これに対し、本実施形態においては、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４（ＧＭＲ素子１１〜１８）が主として加熱されるから、ＧＭＲ素子１１〜１８を加熱するために要する時間が短くなる。また、加熱終了後の温度低下速度が大きくなるので、図１３に示したように、数秒程度で必要な冷却が終了する。従って、温度依存特性補償用基礎データの取得に要する時間が短く、また、同基礎データ取得後の短時間内に次の製造工程に進むことができる。
If a similar temperature change is caused to occur in the
その後、磁気センサ１０単体として必要な製造工程が終了すると、同磁気センサ１０は、スピーカ４３などの永久磁石部品を備えた携帯電話機４０のケース４１内に実装（収容）され、地磁気センサとして使用される。この結果、磁気センサ１０には携帯電話機４０の永久磁石部品から常に（携帯電話機４０の方位に関わらず）同一方向の漏洩磁界が加わるので、磁気センサ１０の出力には同漏洩磁界によるオフセット（地磁気が皆無である場合の０点からの偏差）が生じる。また、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサはフルブリッジ回路であるから、各磁気センサの出力には同各磁気センサを構成する磁気抵抗効果素子の抵抗値（設計上は同一の大きさである。）のばらつき自体によるオフセットも含まれている。
Thereafter, when the manufacturing process necessary for the
このとき、磁気センサ１０のＸ軸磁気センサの出力値は、例えば、図１０の一点鎖線で示したように、Ｘ軸磁気センサを構成するＧＭＲ素子１１〜１４の温度Ｔに比例して変化する。この場合、図１０の一点鎖線の直線の傾きは同図１０の実線の直線の傾きと同一である。同様に、磁気センサ１０のＹ軸磁気センサの出力値は、例えば、図１１の一点鎖線で示したように、Ｙ軸磁気センサを構成するＧＭＲ素子１５〜１８の温度Ｔに比例して変化する。この場合にも、図１１の一点鎖線の直線の傾きは同図１１の実線の直線の傾きと同一である。
At this time, the output value of the X-axis magnetic sensor of the
携帯電話機４０のマイクロコンピュータ４７は、ユーザによって携帯電話機４０の操作部４５が操作される等により所定の条件（オフセット取得条件）が成立すると前記漏洩磁界と磁気抵抗効果素子１１〜１８の抵抗値のばらつきによる磁気センサ１０（Ｘ軸磁気センサ、Ｙ軸磁気センサ）のオフセットに関するデータ（オフセット値）を取得する。より具体的な例を述べると、マイクロコンピュータ４７は、その液晶表示部４４に携帯電話機４０の前面を上方に向けて机上に置き（即ち、前面を略水平として表示部４４を鉛直上方に向けて机上に置き）、その状態にて操作部４５の特定のボタンであるオフセットボタンを押して同ボタンを「オン」状態とすることを促すメッセージを表示する。
When the predetermined condition (offset acquisition condition) is established by the user operating the
そして、ユーザにより上記操作がなされると、マイクロコンピュータ４７はＸ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの出力値をそれぞれＸ軸第１基準データＳｘ１及びＹ軸第１基準データＳｙ１として取得し、これらのデータを同マイクロコンピュータ４７が備える一時メモリ（例えば、ＲＡＭ）に格納・記憶する。
When the above operation is performed by the user, the
次いで、マイクロコンピュータ４７は、液晶表示部４４に、携帯電話機４０の前面を上方に向けた状態で同携帯電話機４０を机上で（即ち、水平面内で）１８０°回転させてからオフセットボタンを再び押すことを促すメッセージを表示する。かかる操作がユーザによりなされると、マイクロコンピュータ４７は、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの出力値をそれぞれＸ軸第２基準データＳｘ２及びＹ軸第２基準データＳｙ２として取得して一時メモリに格納・記憶する。
Next, the
そして、マイクロコンピュータ４７は、Ｘ軸第１基準データＳｘ１とＸ軸第２基準データＳｘ２の平均値をＸ軸オフセット基準データＸ０として第２メモリに格納・記憶するとともに、Ｙ軸第１基準データＳｙ１とＹ軸第２基準データＳｙ２の平均値をＹ軸オフセット基準データＹ０として第２メモリに格納・記憶し、更に、そのときの温度検出部３２の検出温度Ｔ０ｓをＧＭＲ素子温度Ｔ０として第２メモリに格納・記憶する。このように、携帯電話機４０を１８０°回転する前後の各磁気センサの出力の平均値をオフセット基準データＸ０，Ｙ０として記憶するのは、地磁気の影響を取り除いてオフセット値を取得するためである。なお、検出温度Ｔ０を取得する時点においては、磁気センサ１０は均一な温度（室温）となっているから、検出温度Ｔ０ｓはＧＭＲ素子温度Ｔ０と等しい。
The
以降、携帯電話機４０は通常の使用モードに戻り、必要に応じて磁気センサ１０により地磁気を測定する。このとき、マイクロコンピュータ４７は、温度検出部３２の実際の検出温度ＴＣｓをＧＭＲ素子温度ＴＣとして取得し、下記（３）式及び下記（４）式に従ってその時点でのＸ軸磁気センサのオフセットＸoffと、Ｙ軸磁気センサのオフセットＹoffとをそれぞれ推定する。なお、検出温度ＴＣｓを取得する時点においては、磁気センサ１０は均一な温度（室温）となっているから、検出温度ＴＣｓはＧＭＲ素子温度ＴＣと等しい。
Ｘoff＝Ｍｘ・（ＴＣ−Ｔ０）＋Ｘ０ …（３）
Ｙoff＝Ｍｙ・（ＴＣ−Ｔ０）＋Ｙ０ …（４）
Thereafter, the
Xoff = Mx · (TC−T0) + X0 (3)
Yoff = My · (TC−T0) + Y0 (4)
次いで、マイクロコンピュータ４７は、そのときのＸ軸磁気センサ出力値ＸＣ及びＹ軸磁気センサの出力値ＹＣを取得し、下記（５）式及び下記（６）式によりＸ軸方向の磁界の大きさＳｘとＹ軸方向の磁界の大きさＳｙとをそれぞれ求め、ＳｘとＳｙに基づいて地磁気の向きを測定する。以上のようにして磁気センサ１０の温度依存特性の補償が実行され、磁気センサ１０は地磁気センサとして機能する。
Ｓｘ＝ＸＣ−Ｘoff …（５）
Ｓｙ＝ＹＣ−Ｙoff …（６）
Next, the
Sx = XC-Xoff (5)
Sy = YC−Yoff (6)
以上、説明したように、第１実施形態に係る磁気センサ１０は、加熱用コイル２１〜２４により、加熱用コイル２１〜２４のそれぞれの直上に形成されたＧＭＲ素子１１〜１８を主として加熱するようになっている（基板を含む磁気センサ１０の一部が互いに同一温度に加熱された磁気抵抗効果素子１１〜１８の温度よりも低い温度となる）ので、磁気センサ１０全体を加熱装置で加熱した場合に比べ、温度依存特性の補償を行うための温度依存特性補償用基礎データを短時間内に取得することができる。従って、温度依存特性補償用基礎データの測定中に地磁気が変化する可能性が小さいので、同データを精度良く取得することができ、その結果、磁気センサ１０の温度依存特性の補償を精度良く行うことができる。また、加熱装置で加熱した後に冷却する場合に比べ、短時間内に磁気センサ１０の冷却を行うことができるので、同磁気センサ１０の製造に要する時間を短縮でき、製造コストを低減することができる。
As described above, the
ところで、ＧＭＲ素子のような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサにおいては、同磁気センサに大きな外部磁界が印加されると、磁気抵抗効果素子のフリー層の磁化の向きが初期状態に復帰しなくなることがある。このため、磁気抵抗効果素子の直下に初期化用コイルを配置し、このコイルに所定の条件が成立したとき（例えば、操作部４５の特定のスイッチが操作された場合等）に通電することにより発生した磁場でフリー層の磁化の向きを初期状態の向きに復帰させることができるように、磁気センサを構成することが好適である。
By the way, in a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element such as a GMR element, when a large external magnetic field is applied to the magnetic sensor, the magnetization direction of the free layer of the magnetoresistive effect element does not return to the initial state. Sometimes. For this reason, an initialization coil is disposed immediately below the magnetoresistive effect element, and energization is performed when a predetermined condition is satisfied in the coil (for example, when a specific switch of the
このような場合、磁気センサは、上記初期化用コイルを上記加熱用コイル２１〜２４とは独立して備えることができる。例えば、初期化用コイルは、加熱用コイル２１〜２４が形成されている層（本例においては、層Ｓ３）とは異なる層（層Ｓ１又は層Ｓ２）に形成することもできる。このように、初期化用コイルと加熱用コイルとを独立して設ければ、加熱用コイルの形状を所望の形状（加熱に適した形状）に設計することが可能となる。例えば、加熱用コイルは、コイルの一端をコイルの中心に配置しない折り返し型のヒータ（発熱体）とすることもできる。また、加熱用コイルに代えて、板状のヒータ（発熱体）を採用することもできる。 In such a case, the magnetic sensor can include the initialization coil independently of the heating coils 21 to 24. For example, the initialization coil can be formed in a layer (layer S1 or layer S2) different from the layer in which the heating coils 21 to 24 are formed (layer S3 in this example). Thus, if the initialization coil and the heating coil are provided independently, the shape of the heating coil can be designed to a desired shape (a shape suitable for heating). For example, the heating coil may be a folded heater (heating element) in which one end of the coil is not disposed at the center of the coil. Further, instead of the heating coil, a plate-like heater (heating element) may be employed.
一方、上記加熱用コイル２１〜２４は、上述したように、初期化用コイルとしても使用できるようになっている。この場合、別途初期化用コイルを形成する必要がなく、磁気センサ１０の製造コストを低下することができる。また、加熱用コイル２１〜２４への一回の通電により、温度特性補償用基礎データ取得のための素子１１〜１８の加熱と同素子１１〜１８の初期化を同時に行うことができるので、製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。
On the other hand, the heating coils 21 to 24 can be used as initialization coils as described above. In this case, it is not necessary to separately form an initialization coil, and the manufacturing cost of the
一方、上述したように、ＧＭＲ素子１１〜１８のような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、外部磁場に応じて変化する磁気抵抗効果素子の出力値を演算処理することにより方位を算出する地磁気センサとしても使用される。このような場合、磁気抵抗効果素子が外部磁場の下で正しく機能するかを、出荷時等において検査する必要がある。
On the other hand, as described above, the magnetic sensor using the magnetoresistive effect elements such as the
かかる検査においては、既知の外部磁場を磁気抵抗効果素子に印加する必要があり、そためには、外部磁場を発生する設備を用意することが考えられる。しかし、このような設備は高価である。これに対し、磁気抵抗効果素子の近傍（例えば、直下）に検査用のコイルを配設し、この検査用のコイルに通電することにより上記検査のための外部磁場を磁気抵抗効果素子に印加するように構成することもできる。 In such an inspection, it is necessary to apply a known external magnetic field to the magnetoresistive effect element. For this purpose, it is conceivable to prepare equipment for generating an external magnetic field. However, such equipment is expensive. On the other hand, an inspection coil is disposed near (for example, directly below) the magnetoresistive element, and an external magnetic field for the inspection is applied to the magnetoresistive element by energizing the inspection coil. It can also be configured as follows.
このような場合、磁気センサ１０は、上記検査用コイルを上記加熱用コイル２１〜２４とは独立して備えることができる。例えば、検査用コイルは、加熱用コイル２１〜２４が形成されている層（本例においては、層Ｓ３）とは異なる層（層Ｓ１又は層Ｓ２）に形成することもできる。このように、検査用コイルと加熱用コイルとを独立して設ければ、加熱用コイルの形状を所望の形状（加熱に適した形状）に設計することが可能となる。例えば、加熱用コイルは、コイルの一端をコイルの中心に配置しない折り返し型のヒータ（発熱体）とすることもできる。また、加熱用コイルに代えて、板状のヒータ（発熱体）を採用することもできる。
In such a case, the
一方、上記加熱用コイル２１〜２４は、同コイル２１〜２４を平面視で９０°だけ回転して配置することにより、上述した検査用コイルとしても使用できる。この場合、別途検査用コイルを形成する必要がなく、磁気センサ１０のコストを低減することができる。
On the other hand, the heating coils 21 to 24 can be used as the above-described inspection coils by rotating the
また上記磁気センサ１０においては、加熱用コイル２１（２２〜２４）が、平面視で渦巻を形成する第１の導線２１−１と、平面視で渦巻を形成する第２の導線２１−２とからなり、前記素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が、平面視で前記第１の導線の渦中心Ｐ１と前記第２の導線の渦中心Ｐ２との間に配置され、前記素子群の任意の一つと平面視で重なる部分に位置する前記第１の導線の部分、及び同磁素子群の任意の一つと平面視で重なる部分に位置する前記第２の導線の部分に、略同一方向の電流が流れるように前記第１の導線と前記第２の導線が接続されている。
In the
この結果、初期化用コイル（又は、検査用コイル）としても機能する加熱用コイル２１〜２４の平面視における面積を小さくしながら、大きな磁界（例えば、初期化に必要な大きさの磁界）を磁気抵抗効果素子１１〜１８に加えることができるので、磁気センサ１０を小型化することができる。
As a result, a large magnetic field (for example, a magnetic field having a magnitude necessary for initialization) is generated while reducing the area in plan view of the heating coils 21 to 24 that also function as the initialization coil (or inspection coil). Since it can add to the magnetoresistive effect elements 11-18, the
なお、上記第１実施形態において、ＧＭＲ素子を加熱する場合、加熱用コイル２１〜２４は１００mAで１００msずつ順に通電されていたが、加熱用コイル２１〜２４の総べてに対し、例えば、２５mAの電流を同時に４００msだけ通電するように構成してもよい。このように同時に通電すれば、順に通電する場合よりも、加熱コイル２１〜２４間の温度バランスが良好となるという利点が得られる。 In the first embodiment, when the GMR element is heated, the heating coils 21 to 24 are energized in order of 100 mA every 100 ms. However, for example, the heating coils 21 to 24 have a current of 25 mA, for example. These currents may be simultaneously supplied for 400 ms. When energized at the same time in this way, an advantage is obtained that the temperature balance between the heating coils 21 to 24 becomes better than when energized sequentially.
（第２実施形態）
次に、本発明による第２実施形態に係る磁気センサ５０について、その平面図を示した図１４及び図１４の１−１線に沿った平面で同磁気センサ５０を切断した部分断面図である図１５を参照しながら説明する。この磁気センサ５０は、ＧＭＲ素子１１〜１８（素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４）を加熱するための加熱用コイル７０が、初期化用コイル６１〜６４とは独立して備えられている点で第１実施形態に係る磁気センサ１０と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, about the
図１４及び図１５に示した初期化用コイル６１〜６４は、加熱用コイル２１〜２４とそれぞれ同様であって、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４の直下に（Ｚ軸負方向側）において層Ｓ３内にそれぞれ埋設されている。これらの初期化用コイル６１〜６４は、所定条件下（例えば、磁気検出開始前等）での通電により、各加熱用コイルの上方に設けられた磁気抵抗効果素子のフリー層に所定の向き（ピンド層のピンされた磁化の向きと直交する向き）の磁界（初期化用磁界）を発生させるようになっている。 The initialization coils 61 to 64 shown in FIGS. 14 and 15 are the same as the heating coils 21 to 24, respectively, in the layer S3 immediately below the element groups Gr1 to Gr4 (on the Z-axis negative direction side). Each is buried. These initialization coils 61 to 64 are energized under a predetermined condition (for example, before the start of magnetic detection, etc.) with a predetermined orientation (on a free layer of the magnetoresistive effect element provided above each heating coil). A magnetic field (initializing magnetic field) having a direction perpendicular to the pinned magnetization direction of the pinned layer is generated.
加熱用コイル７０は、例えば、薄膜のアルミニウムからなり、平面視で渦巻形状（図示省略）をなしている。加熱用コイル７０の外形は、各辺がブリッジ配線部１９のなす正方形の各辺と平行となる略正方形状をなし、その重心がブリッジ配線部１９のなす正方形の重心と一致する。加熱用コイル７０は、平面視でブリッジ配線部１９の内側に形成されている。また、図１５から理解されるように、加熱用コイル７０は、基板５０ａに順に積層された絶縁層ＩＮＳ１と配線層Ｓ１〜Ｓ３のうち、ＧＭＲ素子１１〜１８がその上面に形成された層Ｓ３（配線層として機能する層Ｓ１〜Ｓ３のうちの最上層Ｓ３）内に埋設・形成されている。
また、加熱用コイル７０は、同加熱用コイル７０から複数のＧＭＲ素子１１〜１８のうちの任意の一つの素子へ伝達される熱量が、同加熱用コイル７０から同複数の磁気抵抗効果素子１１〜１８の他の一つの素子へ伝達される熱量と略同一となるように形成されている。
The
Further, in the
この磁気センサ５０においても、磁気センサ１０と同様に温度依存特性の補償がなされる。即ち、磁気センサ単体の段階で温度依存特性補償用基礎データである上記比（傾き）Ｍｘ，Ｍｙを取得するために加熱用コイル７０が通電される。図１６は、この場合における素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が形成されている面での等温線を曲線Ｌｊ１，Ｌｊ２により示している。曲線Ｌｊ１で示した等温線の温度は、曲線Ｌｊ２で示した等温線の温度よりも高い温度である。
In the
即ち、加熱用コイル７０への通電により、加熱用コイル７０は素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４を主として加熱する。その結果、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４は互いに略等しい温度となる。一方、素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が前記温度依存特性補償用基礎データを取得するために十分な温度となるまで加熱されたとき、基板５０ａを含む磁気センサ５０全体は均一に加熱されていないので、加熱用コイル７０の発熱により素子群Ｇｒ１〜Ｇｒ４が形成された層Ｓ３の上面は不均一な温度となる。
That is, the
換言すると、この磁気センサ５０においては、温度依存特性補償用基礎データを取得する際、基板５０ａを含む磁気センサ５０の全体が同一温度となるまでＧＭＲ素子１１〜１８が加熱されることはない（加熱される必要がない）ので、磁気センサ５０全体を加熱装置で加熱した場合に比べ、同ＧＭＲ素子１１〜１８の加熱・冷却に要する時間を短くすることができる。
In other words, in this
従って、磁気センサ５０によれば、温度依存特性補償用基礎データを短時間内に取得することができ、同データの測定中に地磁気が変化する可能性が小さいので、同データを精度良く取得することができる。この結果、磁気センサ５０の温度依存特性の補償を精度良く行うことができる。
Therefore, according to the
また、磁気センサ５０を加熱装置で加熱した後に冷却する場合に比べ、同磁気センサ５０の冷却を短時間内に行うことができるので、同磁気センサ５０の製造に要する時間を短縮でき、製造コストを低減することができる。更に、加熱用コイル７０は、３層の配線層Ｓ１〜Ｓ３のうち、ＧＭＲ素子１１〜１８に最も近い最上層Ｓ３内に埋設されているから、ＧＭＲ素子１１〜１８を効率的に加熱することができる。
Further, since the
なお、上記初期化用コイル６１〜６４に代えて、同初期化用コイル６１〜６４と同じ部分に、上述した検査用コイルを配設してもよい。また、初期化用コイル６１〜６４及び加熱用コイル７０とは独立し、且つ、初期化用コイル６１〜６４の直下の位置に検査用コイルを形成してもよい。更に、初期化用コイルを例えば層Ｓ１等の下層に形成し、検査用コイルを例えば層Ｓ３等の上層に形成してもよい。 Instead of the initialization coils 61 to 64, the above-described inspection coil may be disposed in the same portion as the initialization coils 61 to 64. Further, the initialization coils 61 to 64 and the heating coils 70 may be independent of the initialization coils 61 to 64 and the inspection coils may be formed immediately below the initialization coils 61 to 64. Further, the initialization coil may be formed in a lower layer such as the layer S1, and the inspection coil may be formed in an upper layer such as the layer S3.
以上、説明したように、本発明による磁気センサ及び磁気センサの温度依存特性補償方法によれば、同磁気センサの温度依存特性が精度良く補償され得る。また、Ｘ軸磁気センサとＹ軸磁気センサからなる磁気センサ１０，５０は、ぞれぞれフルブリッジ回路により構成され、その温度依存特性は、磁気抵抗効果素子の温度変化に対し比例的に変化することに鑑み、上記「比」であるＭｘ，Ｍｙを磁気センサのライトワンス型メモリに記憶させるようにしたので、同磁気センサが他の電子機器に搭載された後、同電子機器は同「比」を前記メモリから読み出すことにより、搭載した磁気センサの温度依存特性についてのデータを得ることができ、同データを用いて同磁気センサの温度依存特性の補償を行うことが可能となる。
As described above, according to the magnetic sensor and the temperature dependence characteristic compensation method of the magnetic sensor according to the present invention, the temperature dependence characteristic of the magnetic sensor can be compensated with high accuracy. The
また、上記「比」（傾きＭｘ，Ｍｙ）を磁気センサ１０，５０のメモリに記憶させておくだけで、各磁気センサの温度依存特性についてのデータを同各磁気センサに保有させておくことができるので、素子温度と磁気センサ出力とからなるデータの組を複数個だけメモリに格納する場合に比べ、同メモリの容量を小さくすることができる。また、上記「比」（傾きＭｘ，Ｍｙ）は変化しないので、メモリを安価なライトワンス型とすることができる。これらの結果、磁気センサのコストを低減することが可能となる。
Further, only by storing the “ratio” (inclination Mx, My) in the memory of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、磁気センサ１０，５０の磁気抵抗効果素子には、ＧＭＲ素子に代えてＴＭＲ素子を採用することもできる。また、磁気センサ１０，５０が搭載される電子機器は携帯電話機に限らず、モバイルコンピュータ、携帯型ナビゲーションシステム、或いは、ＰＤＡ（個人用情報機器「Personal Digital Assistants」）等であってもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, a TMR element can be employed as the magnetoresistive effect element of the
また、上記各実施形態においては、加熱用コイル２１〜２４，７０に通電を行う前にＧＭＲ素子１８の第１温度Ｔ１、Ｘ軸磁気センサ第１出力値Ｘ１、及びＹ軸磁気センサの出力値Ｙ１を取得し、加熱用コイル２１〜２４，７０に通電を行った後にＧＭＲ素子１８の第２温度Ｔ２、Ｘ軸磁気センサ第２出力値Ｘ２、及びＹ軸磁気センサ第２出力値Ｙ２を取得して、傾きＭｘ，Ｍｙを求めていたが、加熱用コイル２１〜２４，７０に通電を行った後にＧＭＲ素子１８の第１温度Ｔ１、Ｘ軸磁気センサ第１出力値Ｘ１、及びＹ軸磁気センサの出力値Ｙ１を取得し、その後、通電を停止してから所定時間が経過した時点で同ＧＭＲ素子１８の第２温度Ｔ２、Ｘ軸磁気センサ第２出力値Ｘ２、及びＹ軸磁気センサ第２出力値Ｙ２を取得して、傾きＭｘ，Ｍｙを求めてもよい。
In each of the above embodiments, before energizing the heating coils 21 to 24 and 70, the first temperature T1, the X-axis magnetic sensor first output value X1, and the output value of the Y-axis magnetic sensor of the
さらに、図１７に示したように、第２実施形態の加熱用コイル７０に代え、同加熱用コイル７０の中央部を除去したパターンを有する加熱用コイル８０を採用してもよい。この加熱用コイル８０によれば、同加熱用コイル８０への通電により磁気抵抗効果素子１１〜１８を互いに略等しい温度に加熱できる一方で、磁気センサ５０（基板５０ａ）の中央部を過度に加熱することがないので、ＧＭＲ素子１１〜１８をより効率的に加熱することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 17, instead of the
また、加熱用コイル、初期化用コイル、及び検査用コイルを、各ＧＭＲ素子群の直下に積層するように独立して設けてもよい。この場合、例えば図１８に示したように、基板上にＩＮＳ１層と４つの配線層Ｓ１〜Ｓ４とを順に積層し、加熱用コイル１０１、初期化用コイル１０２、及び検査用コイル１０３を、層Ｓ４、層Ｓ３、及び層Ｓ１に設けるようにしてもよい。また、ブリッヂ配線は複数の層に及んでいても（またがっていても）よい。
Further, the heating coil, the initialization coil, and the inspection coil may be provided independently so as to be laminated immediately below each GMR element group. In this case, for example, as shown in FIG. 18, the INS1 layer and the four wiring layers S1 to S4 are sequentially laminated on the substrate, and the
更に、本発明は、Ｘ軸磁気センサ及びＹ軸磁気センサの２軸方向検出型磁気センサのみならず、Ｘ軸磁気センサ、Ｙ軸磁気センサ、及びＺ軸磁気センサを備えた３軸方向検出型磁気センサ、或いは、１軸方向検出型磁気センサに適用することもできる。 Furthermore, the present invention is not only a two-axis direction detection type magnetic sensor of an X-axis magnetic sensor and a Y-axis magnetic sensor, but also a three-axis direction detection type including an X-axis magnetic sensor, a Y-axis magnetic sensor, and a Z-axis magnetic sensor. It can also be applied to a magnetic sensor or a uniaxial direction detection type magnetic sensor.
１０，５０…磁気センサ、１０ａ…基板、１０ａ１…素子分離領域、１０ａ２…素子活性化領域、１１〜１８…磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、１９…ブリッジ配線部、２１〜２４…加熱用コイル、３１…制御回路部、３２…温度検出部、３３ａ〜３３ｄ…検査用コイル、４０…携帯電話機、６１〜６４…初期化用コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記複数の発熱体は、同発熱体の各々が互いに略等しい発熱量で発熱したとき、前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となるように配置構成されたことを特徴とする磁気センサ。 A plurality of magnetoresistive elements formed on an upper surface of a layer laminated on the substrate; and a plurality of heating elements that generate heat when energized, and the magnetoresistive elements based on the resistance values of the plurality of magnetoresistive elements A magnetic sensor that generates an output value corresponding to an external magnetic field applied to an effect element,
When the plurality of heating elements generate heat with substantially the same amount of heat, the temperatures of the plurality of magnetoresistive elements are substantially equal to each other, and the plurality of magnetoresistive elements are formed. A magnetic sensor, characterized in that the temperature of the upper surface of the layer is non-uniform.
前記複数の磁気抵抗効果素子は、磁界検出方向が同一である複数の素子同士が前記層の上面において近接配置されてなる島状の素子群を複数個構成し、
前記発熱体は、前記複数の素子群の各々の上方又は下方に一つずつ形成されてなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1,
The plurality of magnetoresistive elements constitute a plurality of island-shaped element groups in which a plurality of elements having the same magnetic field detection direction are arranged close to each other on the upper surface of the layer,
The heating element is a magnetic sensor formed one by one above or below each of the plurality of element groups.
前記発熱体は、前記通電により、各発熱体の上方又は下方に形成された各磁気抵抗効果素子の磁界検出方向と略同一の方向又は同磁界検出方向と略直交する方向の磁界を同各磁気抵抗効果素子に加えることが可能なコイルにより形成されてなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 2,
The heating element generates a magnetic field in a direction substantially the same as or substantially perpendicular to the magnetic field detection direction of each magnetoresistive element formed above or below each heating element by the energization. A magnetic sensor formed by a coil that can be applied to a resistance effect element.
前記発熱体は、前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となるように配置構成されたことを特徴とする磁気センサ。 A plurality of magnetoresistive elements formed on an upper surface of a layer stacked on the substrate; and a single heating element that generates heat when energized, and the magnetoresistive elements based on the resistance values of the plurality of magnetoresistive elements A magnetic sensor that generates an output value corresponding to an external magnetic field applied to an effect element,
The heating element is arranged and configured so that the temperatures of the plurality of magnetoresistive effect elements are substantially equal to each other, and the temperature of the upper surface of the layer on which the plurality of magnetoresistive effect elements are formed is not uniform. Magnetic sensor characterized by.
前記発熱体及び前記複数の磁気抵抗効果素子は、同発熱体から同複数の磁気抵抗効果素子のうちの任意の一つの素子へ伝達される熱量が、同発熱体から同複数の磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの素子へ伝達される熱量と略同一となるように構成されてなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 4.
In the heating element and the plurality of magnetoresistive elements, the amount of heat transferred from the heating element to any one of the plurality of magnetoresistive elements is the same as the plurality of magnetoresistive elements. A magnetic sensor configured to be substantially the same as the amount of heat transferred to one of the other elements.
前記発熱体及び前記複数の磁気抵抗効果素子は、同発熱体と同複数の磁気抵抗効果素子のうちの任意の一つの素子との相対位置関係が、同発熱体と同複数の磁気抵抗効果素子のうちの他の一つの素子との相対位置関係と略同一となるように配設されてなる磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 4 or 5,
The heat generating element and the plurality of magnetoresistive effect elements have a relative positional relationship between the heat generating element and any one of the plurality of magnetoresistive effect elements. A magnetic sensor disposed so as to be substantially the same as the relative positional relationship with the other one of the elements.
前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記基板に積層された層の上面の互いに離間した４箇所に島状に配設されるとともに、互いに隣接する島の略中心部同士を直線で結んでなる四角形の重心を中心として同層の上面に平行な面内で９０°だけ回転されたとき、任意の一つの島が同９０°の回転の前に同回転の方向において隣接していた他の島の位置に実質的に一致するように形成されてなる磁気センサ。 A magnetic sensor according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of magnetoresistive elements are arranged in four islands on the top surface of the layer stacked on the substrate in an island shape, and a quadrangle formed by connecting substantially central portions of adjacent islands with straight lines. When rotated by 90 ° in a plane parallel to the top surface of the same layer centered on the center of gravity of any of the other islands that were adjacent in the direction of rotation before the 90 ° rotation A magnetic sensor formed so as to substantially coincide with a position.
前記複数の磁気抵抗効果素子の温度が互いに略等しくなるとともに、同複数の磁気抵抗効果素子が形成された前記層の上面の温度が不均一となったとき、前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも何れか一つの素子の温度と一定の相関を有する温度を検出温度として出力する温度検出部を備えてなる磁気センサ。 A magnetic sensor according to any one of claims 1 to 7,
When the temperatures of the plurality of magnetoresistive effect elements are substantially equal to each other and the temperature of the upper surface of the layer on which the plurality of magnetoresistive effect elements are formed becomes non-uniform, at least of the plurality of magnetoresistive effect elements A magnetic sensor comprising a temperature detection unit that outputs a temperature having a certain correlation with the temperature of any one element as a detection temperature.
前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記外部磁界に応じた出力値を生成するように同素子のうち磁界検出方向が同一である素子同士がブリッジ回路を構成するように接続され、
更に、
メモリと、
前記温度検出部の検出温度に基づいて決定される前記磁気抵抗効果素子の第１温度及び同第１温度における前記磁気センサの出力値である第１出力値からなるデータと、同温度検出部の検出温度に基づいて決定される同第１温度とは異なる同磁気抵抗効果素子の第２温度及び同第２温度における同磁気センサの出力値である第２出力値からなるデータと、に基づいて決定される値であって、同第１温度と同第２温度の差に対する同第１出力値と同第２出力値との差の比に応じた値を前記メモリに書き込む温度依存特性書込み手段と、
を備えることを特徴とする磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 8,
The plurality of magnetoresistive effect elements are connected so that elements having the same magnetic field detection direction among the elements form a bridge circuit so as to generate an output value according to the external magnetic field,
Furthermore,
Memory,
The first temperature of the magnetoresistive effect element determined based on the temperature detected by the temperature detector and the first output value that is the output value of the magnetic sensor at the first temperature, and the temperature of the temperature detector Based on the second temperature of the magnetoresistive element different from the first temperature determined based on the detected temperature, and data composed of the second output value that is the output value of the magnetic sensor at the second temperature. Temperature-dependent characteristic writing means for writing to the memory a value that is determined and that corresponds to the ratio of the difference between the first output value and the second output value with respect to the difference between the first temperature and the second temperature When,
A magnetic sensor comprising:
前記磁気センサを前記ケース内に収容する前に、前記温度検出部の検出温度に基づいて前記磁気抵抗効果素子の温度を第１温度として取得するとともに、同第１温度における前記磁気センサの出力値を第１出力値として取得し、前記発熱体の通電状態を変化した後に前記温度検出部の検出温度に基づいて前記磁気抵抗効果素子の温度を第２温度として取得するとともに、同第２温度における同磁気センサの出力値を第２出力値として取得し、
前記第１温度と前記第２温度の温度差に対する前記第１出力値と前記第２出力値の差の比に応じた値を前記第１メモリに格納し、
前記磁気センサを前記ケース内に前記永久磁石部品とともに収容した後に同磁気センサの出力値のオフセット値及び前記温度検出部の検出温度を前記第２メモリに基準データとして格納し、
その後、前記第１メモリ内に格納されている比に応じた値と、前記第２メモリ内に格納されている基準データと、前記温度検出部の検出温度とに基づいて、前記磁気センサの出力値を補正する磁気センサの温度依存特性補償方法。 A magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to an external magnetic field, a first memory, a temperature detection unit that outputs a temperature having a certain correlation with the temperature of the magnetoresistive effect element as a detection temperature, and a heating element that generates heat when energized A magnetic sensor that generates an output value corresponding to the external magnetic field based on a resistance value of the magnetoresistive element, a permanent magnet component, a case, and a second memory, A temperature-dependent characteristic compensation method for the magnetic sensor applied to an electronic device that houses the magnetic sensor, the permanent magnet component, and the second memory,
Before accommodating the magnetic sensor in the case, the temperature of the magnetoresistive element is acquired as a first temperature based on the temperature detected by the temperature detector, and the output value of the magnetic sensor at the first temperature. Is obtained as the first output value, and after changing the energization state of the heating element, the temperature of the magnetoresistive element is obtained as the second temperature based on the detected temperature of the temperature detecting unit, and at the second temperature Obtain the output value of the magnetic sensor as the second output value,
A value corresponding to a ratio of a difference between the first output value and the second output value with respect to a temperature difference between the first temperature and the second temperature is stored in the first memory;
After storing the magnetic sensor together with the permanent magnet parts in the case, the offset value of the output value of the magnetic sensor and the detected temperature of the temperature detection unit are stored as reference data in the second memory,
Thereafter, based on the value corresponding to the ratio stored in the first memory, the reference data stored in the second memory, and the temperature detected by the temperature detection unit, the output of the magnetic sensor Method for compensating temperature dependent characteristics of magnetic sensor for correcting value.
前記基板上に積層された複数の層を含み、前記磁気抵抗効果素子は前記複数の層の一つの層の上面に形成され、前記配線部及び前記制御回路部は前記基板及び前記複数の層内に形成され、前記磁気抵抗効果素子と前記配線部と前記制御回路部とは前記複数の層内にて同層の層面に交差する方向に伸びる導電性物質からなる接続部により互いに接続された磁気センサ。 A physical quantity based on a single substrate, a plurality of magnetoresistive effect elements, a wiring part connecting the plurality of magnetoresistive effect elements, and a resistance value of the plurality of magnetoresistive effect elements is acquired via the wiring part and the same. A magnetic sensor including a control circuit unit that generates an output signal to be output to the outside by processing a physical quantity,
A plurality of layers stacked on the substrate, wherein the magnetoresistive effect element is formed on an upper surface of one of the plurality of layers, and the wiring portion and the control circuit portion are included in the substrate and the plurality of layers. The magnetoresistive effect element, the wiring part, and the control circuit part are connected to each other by a connection part made of a conductive material extending in a direction intersecting the layer surface of the same layer in the plurality of layers. Sensor.
前記複数の磁気抵抗効果素子は平面視で前記基板の周辺部に配置され、
前記配線部は平面視で実質的に閉曲線を形成するように配置され、
前記制御回路部は平面視で前記閉曲線の内側に実質的に配置された磁気センサ。 A substrate, a plurality of magnetoresistive elements disposed above the substrate, a wiring section disposed above the substrate and connecting the plurality of magnetoresistive elements, and disposed above the substrate And a control circuit unit that generates a physical quantity based on resistance values of the plurality of magnetoresistive elements through the wiring unit and generates an output signal to be output to the outside by processing the physical quantity. ,
The plurality of magnetoresistive elements are arranged in the periphery of the substrate in plan view,
The wiring portion is arranged so as to form a substantially closed curve in a plan view,
The control circuit unit is a magnetic sensor disposed substantially inside the closed curve in a plan view.
前記複数の素子群の各々は、前記ピンド層の磁化の向きが平面視で前記基板の重心からの距離が大きくなる方向と実質的に平行となるように、且つ、前記一対の磁気抵抗効果素子が同方向において隣接するように、同基板の上部に配設された磁気センサ。 In a magnetic sensor comprising a plurality of element groups each consisting of a single substrate and a pair of magnetoresistive elements having the same magnetization direction of the pinned layer,
Each of the plurality of element groups includes the pair of magnetoresistive effect elements so that the magnetization direction of the pinned layer is substantially parallel to a direction in which the distance from the center of gravity of the substrate increases in a plan view. Is a magnetic sensor disposed on the top of the substrate so that the two are adjacent in the same direction.
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