JP2016223894A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサに関し、特に、磁気抵抗素子を含む磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor including a magnetoresistive element.
磁気抵抗効果（ＭＲ効果：magneto-resistance effect）を利用した磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた磁気センサが知られている。 A magnetic sensor using a magnetoresistive element (MR element) utilizing a magneto-resistance effect (MR effect) is known.
特開平６−２６８２８１号公報（特許文献１）には、４つの磁気抵抗素子をブリッジ回路に形成した磁気センサが開示されている。特許文献１の磁気センサにおいては、出力特性のリニアリティを向上するために、磁気抵抗素子の磁性体パターンの近傍に外部から永久磁石などからなるバイアス磁石を配置してバイアス磁界を印加している。
JP-A-6-268281 (Patent Document 1) discloses a magnetic sensor in which four magnetoresistive elements are formed in a bridge circuit. In the magnetic sensor of
近年、磁気抵抗素子を用いた磁気センサの用途が拡大し、たとえば、携帯端末に用いられるカメラのレンズモジュールのような、非常に小型化された機器における位置検出センサまたは角度検出センサとして用いることのできる磁気センサが望まれている。 In recent years, applications of magnetic sensors using magnetoresistive elements have expanded, and for example, they can be used as position detection sensors or angle detection sensors in very miniaturized devices such as camera lens modules used in portable terminals. A magnetic sensor that can be used is desired.
一方で、センサの精度の観点からは、センサ出力の直線性（リニアリティ）を確保する必要があるが、特許文献１のような、磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置してバイアス磁界を印加する構成では、設計の自由度が小さくなり、所望のサイズを達成できない場合は生じ得る。
On the other hand, from the viewpoint of the accuracy of the sensor, it is necessary to ensure the linearity of the sensor output. However, as in
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁気抵抗素子の磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置することなく、直線性を確保できる小型の磁気センサを提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a compact magnetic sensor capable of ensuring linearity without arranging a bias magnet in the vicinity of the magnetic body pattern of the magnetoresistive element. Is to provide.
本発明による磁気センサは、矩形状の基板と、基板上に形成され互いに接続される第１および第２の磁気抵抗素子とを備える。第１の磁気抵抗素子の電流経路は、基板の辺に対して所定の角度を有する第１の方向に形成される。第２の磁気抵抗素子の電流経路は、第１の方向に直交する第２の方向に形成される。 A magnetic sensor according to the present invention includes a rectangular substrate and first and second magnetoresistive elements formed on the substrate and connected to each other. The current path of the first magnetoresistive element is formed in a first direction having a predetermined angle with respect to the side of the substrate. The current path of the second magnetoresistive element is formed in a second direction orthogonal to the first direction.
好ましくは、磁気センサは、基板の辺に対して平行に検出すべき磁界が常時印加されており、検出すべき磁界とは異なる外部磁界によるバイアス磁界が印加されない環境において用いられる。 Preferably, the magnetic sensor is used in an environment where a magnetic field to be detected is always applied in parallel to the side of the substrate and a bias magnetic field by an external magnetic field different from the magnetic field to be detected is not applied.
好ましくは、磁気センサは、電源端子と、接地端子と、第１および第２の出力端子と、第２の方向に電流経路が形成された第３の磁気抵抗素子と、第１の方向に電流経路が形成された第４の磁気抵抗素子とをさらに備える。第１の磁気抵抗素子は、電源端子と第１の出力端子との間に接続される。第２の磁気抵抗素子は、第１の出力端子と接地端子との間に接続される。第３の磁気抵抗素子は、電源端子と第２の出力端子との間に接続される。第４の磁気抵抗素子は、第２の出力端子と接地端子との間に接続される。 Preferably, the magnetic sensor includes a power supply terminal, a ground terminal, first and second output terminals, a third magnetoresistive element having a current path formed in the second direction, and a current in the first direction. And a fourth magnetoresistive element in which a path is formed. The first magnetoresistive element is connected between the power supply terminal and the first output terminal. The second magnetoresistive element is connected between the first output terminal and the ground terminal. The third magnetoresistive element is connected between the power supply terminal and the second output terminal. The fourth magnetoresistive element is connected between the second output terminal and the ground terminal.
好ましくは、各磁気抵抗素子は、つづら折り形状に形成され、その外形が矩形に形成される。 Preferably, each magnetoresistive element is formed in a zigzag folded shape, and its outer shape is formed in a rectangular shape.
好ましくは、第１の方向の角度は、基板の辺に対して５°以上８５°以下の範囲である。 Preferably, the angle in the first direction is in the range of 5 ° to 85 ° with respect to the side of the substrate.
好ましくは、第１の方向の角度は、２２．５°以上３０．５°以下の範囲である。
好ましくは、第１の方向の角度は、略２６．５°である。
Preferably, the angle in the first direction is in the range of 22.5 ° to 30.5 °.
Preferably, the angle in the first direction is approximately 26.5 °.
本発明によれば、バイアス磁界印加用の磁石を用いずとも出力の直線性を確保することができ、それによって磁気センサの小型化を図ることができる。 According to the present invention, output linearity can be ensured without using a magnet for applying a bias magnetic field, whereby the magnetic sensor can be reduced in size.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図１は、本実施の形態における磁気センサ１００の積層構造を示す断面図である。
図１を参照して、磁気センサ１００は、ＳｉＯ2層またはＳｉ3Ｎ4層などが表面に設けられたＳｉなどからなる基板１０と、当該基板１０上に設けられた磁気抵抗素子アレイ２０の薄膜とを備える。磁気抵抗素子アレイ２０は、たとえば、基板１０上に設けられた、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる磁性体層を、イオンミリング法などによりパターニングすることにより形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a
Referring to FIG. 1, a
磁気抵抗素子アレイ２０には、電極として用いられるはんだボール５０と電気的に接続するための、ＡｕまたはＡｌなどからなる導電パッド３０がウエットエッチングによるパターニングによって形成されている。
In the
磁気抵抗素子アレイ２０および導電パッド３０は、ＳｉＯ2からなる保護膜４０により覆われている。
The
図２は、図１における磁気抵抗素子アレイ２０の磁性体パターンを示す平面図である。また、図３は、図２の磁気抵抗素子アレイ２０の等価回路図である。
FIG. 2 is a plan view showing a magnetic pattern of the
図２を参照して、磁気抵抗素子アレイ２０は、第１〜第４の磁気抵抗素子によって形成されたブリッジ回路として構成される。より具体的には、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１および第２の磁気抵抗素子ＭＲ２の直列接続体と、第３の磁気抵抗素子ＭＲ３および第４の磁気抵抗ＭＲ４の直列接続体とが、電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されている。第１の磁気抵抗素子ＭＲ１と第２の磁気抵抗素子ＭＲ２との接続点には、第１の出力端子Ｖｏｕｔ１が接続される。第３の磁気抵抗素子ＭＲ３と第４の磁気抵抗素子ＭＲ４との接続点には、第２の出力端子Ｖｏｕｔ２が接続される。
Referring to FIG. 2, the
第１〜第４の磁気抵抗素子の各々は、電流が流れる電流経路が互いに平行になるようにつづら折り形状の磁性体パターンを有している。そして、第１の磁気抵抗素子ＭＲ１の電流経路と第４の磁気抵抗素子ＭＲ４の電流経路とが互いに平行となるように配置される。第２および第３の磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ３の電流経路は、第１および第４の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ４の電流経路と直交するように配置される。磁気抵抗素子アレイ２０は、全体として略正方形に形成されている。
Each of the first to fourth magnetoresistive elements has a folded magnetic material pattern so that current paths through which current flows are parallel to each other. The current path of the first magnetoresistive element MR1 and the current path of the fourth magnetoresistive element MR4 are arranged so as to be parallel to each other. The current paths of the second and third magnetoresistive elements MR2 and MR3 are arranged so as to be orthogonal to the current paths of the first and fourth magnetoresistive elements MR1 and MR4. The
なお、本実施の形態においては、４つの磁気抵抗効果素子ＭＲ１〜ＭＲ４の各々は、ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)素子であるが、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant Magneto Resistance)素子、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)素子、ＢＭＲ(Balistic Magneto Resistance)素子、ＣＭＲ(Colossal Magneto Resistance)素子などの磁気抵抗素子であってもよい。 In the present embodiment, each of the four magnetoresistive elements MR1 to MR4 is an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) element, but instead of the AMR element, a GMR (Giant Magneto Resistance) element, a TMR (Tunnel). A magnetoresistive element such as a Magneto Resistance (BMR) element, a BMR (Balistic Magneto Resistance) element, or a CMR (Colossal Magneto Resistance) element may be used.
図４は、本実施の形態における磁気センサ１００の平面図の一例である。図４を参照して、磁気抵抗素子アレイ２０は、その略正方形の外形の辺が、矩形状の基板１０の辺に対してθの角度となるように配置されている。基板１０の４つの角の部分には、電源端子Ｖｃｃ、接地端子ＧＮＤ、第１の出力端子Ｖｏｕｔ１、および第２の出力端子Ｖｏｕｔ２の導電パッド３０が形成されている。各端子の導電パッド３０には、はんだボール５０が設けられている。なお、θは、用途に応じて、５°以上８５°以下の範囲から選択することができる。
FIG. 4 is an example of a plan view of the
次に、図５および図６を用いて、磁気抵抗素子アレイ２０と検出磁界との角度による磁気センサ１００の出力の変化について説明する。
Next, changes in the output of the
図５および図６を参照して、各磁気抵抗素子は、電流経路と同じ方向に磁界が印加されている場合に最大抵抗値Ｒ０を示し、電流経路と磁界の方向との角度が大きくなると徐々に抵抗値が減少する特性を有している。そして、電流経路と直交する方向に磁界が印加されている場合に最小抵抗値（Ｒ０−ΔＲ）を示す。 Referring to FIGS. 5 and 6, each magnetoresistive element exhibits a maximum resistance value R0 when a magnetic field is applied in the same direction as the current path, and gradually increases as the angle between the current path and the direction of the magnetic field increases. The resistance value decreases. When the magnetic field is applied in the direction orthogonal to the current path, the minimum resistance value (R0−ΔR) is shown.
図５（ａ）に示すように、図中の矢印ＡＲ１の方向（Ｘ軸方向）に磁界が印加されている場合（すなわち、θ＝０°，１８０°，３６０°の場合）には、磁界の方向が第１および第４の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ４の電流経路と直交しているため、第１および第４の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ４の抵抗値は最小値（Ｒ０−ΔＲ）となり、一方で、第２および第３の磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ３については、磁界の方向が電流経路と平行であるため抵抗値は最大（Ｒ０）となる。これにより、中間電位Ｖｏｕｔ１は最大となり、また中間電位Ｖｏｕｔ２は最小となるため、これらの中間電位の電位差Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｕｔ１−Ｖｏｕｔ２）である磁気センサ１００の出力は最大値Ａとなる。
As shown in FIG. 5A, when a magnetic field is applied in the direction of the arrow AR1 (X-axis direction) in the drawing (that is, when θ = 0 °, 180 °, 360 °), the magnetic field Is perpendicular to the current paths of the first and fourth magnetoresistive elements MR1 and MR4, the resistance values of the first and fourth magnetoresistive elements MR1 and MR4 are the minimum values (R0−ΔR), On the other hand, the second and third magnetoresistive elements MR2 and MR3 have the maximum resistance value (R0) because the direction of the magnetic field is parallel to the current path. As a result, the intermediate potential Vout1 is maximized and the intermediate potential Vout2 is minimized, so that the output of the
図５（ｂ）に示すように、印加される磁界が矢印ＡＲ２のように図中のＸ軸方向に対してθ＝４５°，１３５°，２２５°，３０５°となる場合には、各磁気抵抗素子の抵抗値はすべて等しくなる。そのため、中間電位Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が同じ電位となり、磁気センサ１００の出力はゼロとなる。
As shown in FIG. 5B, when the applied magnetic field is θ = 45 °, 135 °, 225 °, 305 ° with respect to the X-axis direction in the drawing as indicated by an arrow AR2, each magnetic field The resistance values of the resistive elements are all equal. Therefore, the intermediate potentials Vout1 and Vout2 are the same potential, and the output of the
図５（ｃ）に示すように、印加される磁界が矢印ＡＲ３のように、図中のＸ軸方向に対して直交する場合、すなわち図中のＹ軸方向と平行になる場合には、第１および第４の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ４の抵抗値は最大値（Ｒ０）となり、第２および第３の磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ３の抵抗値は最小値（Ｒ０−ΔＲ）となる。そのため、磁気センサ１００の出力は最小値−Ａとなる。
As shown in FIG. 5 (c), when the applied magnetic field is orthogonal to the X-axis direction in the figure as indicated by an arrow AR3, that is, parallel to the Y-axis direction in the figure, The resistance values of the first and fourth magnetoresistive elements MR1 and MR4 are maximum values (R0), and the resistance values of the second and third magnetoresistive elements MR2 and MR3 are minimum values (R0−ΔR). Therefore, the output of the
したがって、印加される磁界が１回転した場合には、磁気センサ１００からの出力Ｖｏｕｔは、図６に示すように角度θについて振幅をＡとするｃｏｓ２θの余弦波となる。
Therefore, when the applied magnetic field rotates once, the output Vout from the
図７は、印加される磁界の強度と出力Ｖｏｕｔとの一般的な関係を示した図であり、横軸には磁界強度が示され、縦軸には出力Ｖｏｕｔが示されている。 FIG. 7 is a diagram showing a general relationship between the strength of the applied magnetic field and the output Vout, where the horizontal axis indicates the magnetic field strength and the vertical axis indicates the output Vout.
図７を参照して、上述のように各磁気抵抗素子は、電流経路と磁界との角度によって抵抗値が変化する。たとえば、図５（ａ）のようなθ＝０°の場合には、所定の磁界強度（Ｈ０）になるまでは（図７中の領域Ｉ）、磁界強度をゼロから増加するにつれて出力Ｖｏｕｔも徐々に増加する。一方で、所定の磁界強度（Ｈ０）を超える領域（領域ＩＩ）においては抵抗値の低下量が飽和してしまい、磁界強度が増加しても出力Ｖｏｕｔはほぼ一定になる。 Referring to FIG. 7, as described above, the resistance value of each magnetoresistive element changes depending on the angle between the current path and the magnetic field. For example, when θ = 0 ° as shown in FIG. 5A, the output Vout increases as the magnetic field strength increases from zero until the predetermined magnetic field strength (H0) is reached (region I in FIG. 7). Increase gradually. On the other hand, in the region (region II) exceeding the predetermined magnetic field strength (H0), the amount of decrease in resistance value is saturated, and the output Vout becomes almost constant even when the magnetic field strength increases.
ここで、図７からわかるように、磁界強度が０ｍＴの付近、および飽和磁界強度Ｈ０付近においては、出力Ｖｏｕｔの線形性が相対的に悪く、磁界強度に対する出力Ｖｏｕｔの感度も小さくなっている。また、領域Ｉにおいては、磁気抵抗素子の磁壁が不連続な動きをしやすいため、磁界強度が増加する方向（図７中の実線Ｌ１）と、減少する方向（図７中の破線Ｌ２）とで出力Ｖｏｕｔにヒステリシスが生じ得る。位置や角度の微小な変化を精密に検出するためには、このヒステリシスを抑制し、直線性を向上させることが必要とされる。 Here, as can be seen from FIG. 7, in the vicinity of the magnetic field strength of 0 mT and the saturation magnetic field strength H0, the linearity of the output Vout is relatively poor, and the sensitivity of the output Vout to the magnetic field strength is also low. In the region I, the domain wall of the magnetoresistive element easily moves discontinuously, so that the magnetic field strength increases (solid line L1 in FIG. 7) and decreases (broken line L2 in FIG. 7). Thus, hysteresis may occur in the output Vout. In order to accurately detect minute changes in position and angle, it is necessary to suppress this hysteresis and improve linearity.
磁気抵抗素子を用いた磁気センサにおいては、ヒステリシスを低減し直線性を改善するために、磁気抵抗素子の磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置してバイアス磁界を印加する手法が知られている。しかしながら、このようなバイアス磁石を用いると、磁気センサ全体の素子サイズが大きくなり、小型化が要求される用途においてはそのような構成を採用できない場合が生じ得る。 In a magnetic sensor using a magnetoresistive element, a technique of applying a bias magnetic field by arranging a bias magnet near the magnetic pattern of the magnetoresistive element is known in order to reduce hysteresis and improve linearity. . However, when such a bias magnet is used, the element size of the entire magnetic sensor becomes large, and there may be a case where such a configuration cannot be adopted in applications where downsizing is required.
一方で、検出すべき磁界がゼロとならずに常時印加されているような環境で磁気センサが用いられる場合であれば、この検出すべき磁界に対して磁気センサを傾斜させて配置することによって、検出すべき磁界をバイアス磁界として用いることができる。 On the other hand, if the magnetic sensor is used in an environment in which the magnetic field to be detected is constantly applied instead of being zero, the magnetic sensor is inclined with respect to the magnetic field to be detected. The magnetic field to be detected can be used as the bias magnetic field.
このような磁気センサを用いた装置を形成する場合、他の基板上に、他の素子や回路とともに当該磁気センサが配置されるが、搭載される基板において、磁気センサを含めた各要素は、一般的には基板の辺に対して平行に配置される。しかしながら、検出すべき磁界をバイアス磁界として用いる場合に、基板上において、当該磁気センサを他の素子や回路に対してたとえば４５°のような角度を持った状態で配置すると、無駄な実装領域を消費してしまい、かえって装置全体の小型化を阻害する要因となるおそれがある。 When a device using such a magnetic sensor is formed, the magnetic sensor is arranged on another substrate together with other elements and circuits. In the substrate to be mounted, each element including the magnetic sensor is Generally, it is arranged in parallel to the side of the substrate. However, when the magnetic field to be detected is used as the bias magnetic field, if the magnetic sensor is arranged on the substrate with an angle of 45 °, for example, with respect to other elements and circuits, a useless mounting area is obtained. In other words, it may be a factor that hinders downsizing of the entire apparatus.
本実施の形態における磁気センサにおいては、図４に示されるように、磁気センサの内部において、磁気抵抗素子の電流経路が基板の辺に対して角度をもった状態で配置されている。そのため、磁気センサを基板上に他の要素とともに実装する場合に、磁気センサ本体の辺を他の要素と平行に配置することができる。これによって、装置における実装領域に影響を与えることなく、検出すべき磁界をバイアス磁界として利用することができる。したがって、磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置することなく出力の直線性を確保できるので、装置全体の小型化を実現することができる。 In the magnetic sensor according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the current path of the magnetoresistive element is arranged with an angle with respect to the side of the substrate inside the magnetic sensor. Therefore, when the magnetic sensor is mounted on the substrate together with other elements, the sides of the magnetic sensor main body can be arranged in parallel with the other elements. Thereby, the magnetic field to be detected can be used as the bias magnetic field without affecting the mounting area in the apparatus. Therefore, the linearity of the output can be ensured without arranging a bias magnet in the vicinity of the magnetic material pattern, so that the size of the entire apparatus can be reduced.
次に、当該磁気センサの用途の例について、図８〜１１を用いて説明する。一般的には、本実施の形態のような磁気センサは、センサに印加される磁界の強度の変化を検出する場合と、印加される磁界の角度を検出する場合とに大別できる。以下、それぞれの場合について説明する。 Next, examples of applications of the magnetic sensor will be described with reference to FIGS. In general, the magnetic sensor as in the present embodiment can be broadly classified into a case where a change in the strength of a magnetic field applied to the sensor is detected and a case where an angle of the applied magnetic field is detected. Hereinafter, each case will be described.
（磁界強度検出）
図８は、印加される磁界強度の変化を用いて距離を検出する場合の例を示したものである。図８においては、固定された磁気センサ２００に対して相対的に直線移動する永久磁石２１０との距離ＤＩＳを、当該永久磁石２１０からの磁界強度の変化によって検出する。ここで、この永久磁石２１０は、磁気センサ２００に対して相対的に直線移動する移動体（図示せず）に固定されるものである。この構成は、たとえば、距離ＤＩＳを知ることによって移動体の位置を検出する用途として用いられる。
(Magnetic field detection)
FIG. 8 shows an example in which the distance is detected using a change in the applied magnetic field strength. In FIG. 8, the distance DIS from the
図８の矢印ＡＲ４に示す移動方向に永久磁石２１０が移動すると、永久磁石２１０から磁気センサ２００に印加される磁界強度が変化する。この移動方向についての磁界強度の変化に対して、図７の領域Ｉで磁界を検出することによって、磁界強度の変化を磁気センサ２００の出力Ｖｏｕｔの変化として検出することができる。
When the
本実施の形態における磁気センサにおいては、図４で示されるように、磁界方向に対して磁気抵抗素子アレイ２０がθだけ傾斜するように基板上に配置されている。図４において、図５と同様に磁気抵抗素子アレイ２０に対してＸ−Ｙ軸を定めた場合、検出範囲において、永久磁石２１０からの磁界のＸ軸方向の磁界強度（ｃｏｓθ成分）が磁気抵抗素子の飽和磁界強度以上となり、Ｙ軸方向の磁界強度（ｓｉｎθ成分）がＸ軸方向の磁界強度の約１／２（図７における領域ＲＧ１）程度となるように、永久磁石２１０の磁力およびθを設定する。
In the magnetic sensor in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
これにより、Ｘ軸方向に常に飽和磁界強度以上のバイアス磁界が印加された状態となるので、磁壁の不連続な動きが減少し、ヒステリシスを低減することができる。また、抵抗値に関しては、Ｘ軸方向は飽和領域（図７中の領域ＩＩ）であるため抵抗値の変動はほとんどなく、一方、Ｙ軸方向については、磁界強度に応じて抵抗値が変動する（領域Ｉ）。そのため、永久磁石２１０からの磁界強度の変化（すなわち距離ＤＩＳ）に応じて磁気抵抗素子内の電流ベクトルの方向が変化し、磁気センサの出力電圧が変動する。したがって、磁気センサの出力から、永久磁石２１０の変動距離を検出することができる。
As a result, a bias magnetic field greater than or equal to the saturation magnetic field strength is always applied in the X-axis direction, so that the discontinuous movement of the domain wall is reduced and hysteresis can be reduced. Further, regarding the resistance value, since the X-axis direction is a saturated region (region II in FIG. 7), there is almost no variation in the resistance value, while in the Y-axis direction, the resistance value varies according to the magnetic field strength. (Region I). Therefore, the direction of the current vector in the magnetoresistive element changes according to the change in the magnetic field intensity from the permanent magnet 210 (that is, the distance DIS), and the output voltage of the magnetic sensor changes. Therefore, the fluctuation distance of the
特に、Ｙ軸方向の磁界強度を飽和磁界強度の約１／２程度とすることで、図７の領域ＲＧ１のように、領域Ｉの中でも相対的に直線性のよい領域で検出することが可能となる。たとえば、Ｙ軸方向の磁界強度をＸ軸方向の磁界強度の０．４以上０．６以下程度の範囲とする場合には、θは約２２．５°以上３０．５°以下の範囲と設定すればよい。同様に、Ｙ軸方向の磁界強度をＸ軸方向の磁界強度の１／２（＝０．５）とする場合には、ｔａｎ-1（０．５）より、θは約２６．５°に設定すればよい。 In particular, by setting the magnetic field strength in the Y-axis direction to about half of the saturation magnetic field strength, it is possible to detect in a region having relatively good linearity in the region I, such as the region RG1 in FIG. It becomes. For example, when the magnetic field strength in the Y-axis direction is in the range of about 0.4 to 0.6 of the magnetic field strength in the X-axis direction, θ is set to a range of about 22.5 ° to 30.5 °. do it. Similarly, when the magnetic field strength in the Y-axis direction is ½ (= 0.5) of the magnetic field strength in the X-axis direction, θ is about 26.5 ° from tan −1 (0.5). You only have to set it.
（磁界の角度検出）
次に、図９〜１１を用いて、本実施の形態の磁気センサによって角度検出を行なう場合の例について説明する。
(Magnetic angle detection)
Next, an example in which angle detection is performed by the magnetic sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図９を参照して、矢印ＡＲ５で示す所定の磁界が、磁気センサ２００に対してたとえばφの範囲で回転する場合を考える。ここで、この矢印ＡＲ５で示す所定の磁界は、磁気センサ２００に対して相対的に回転移動する移動体（図示せず）に固定された永久磁石によって生成されるものである。このとき、図５および図６で説明したように、磁気センサ２００の出力Ｖｏｕｔは、最大振幅をＡとすると、回転角度θに応じてＡｃｏｓ２θのように変動する。このとき、図１０で示すように、Ｘ軸，Ｙ軸となす角が４５°となるときに、出力Ｖｏｕｔの曲線の傾きの絶対値が最大となり、直線性および感度が良好となる。
Referring to FIG. 9, consider a case where a predetermined magnetic field indicated by an arrow AR5 rotates with respect to the
そのため、角度検出の場合には、図４における傾斜θが４５°となるように磁気抵抗素子アレイを基板上に配置し、検出すべき磁界をバイアス磁界として用いることで、磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置することなく直線性を向上させることができる。なお、検出すべき磁界の強度を飽和磁界強度以上としておくことで、ヒステリシスについても低減することができる。 Therefore, in the case of angle detection, the magnetoresistive element array is arranged on the substrate so that the inclination θ in FIG. 4 is 45 °, and the magnetic field to be detected is used as the bias magnetic field, so Linearity can be improved without arranging a bias magnet. Note that the hysteresis can be reduced by setting the intensity of the magnetic field to be detected to be equal to or higher than the saturation magnetic field intensity.
ここで、磁気センサの出力Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ａｃｏｓ２θとして表すことができるので、図１０のように、θ＝φ＋４５°とおいた場合には、
Ｖｏｕｔ＝Ａｃｏｓ２θ
＝Ａｃｏｓ｛２（φ＋４５°）｝
＝Ａｃｏｓ（２φ＋９０°）
＝−Ａｓｉｎ２φ
となる。そのため、φが微小である場合には、Ｖｏｕｔ≒−２Ａφとなり、磁気センサからの出力は、角度変動φに対して、最大振幅に比例した線形の出力となる（図１１）。
Here, since the output Vout of the magnetic sensor can be expressed as Vout = Acos 2θ, when θ = φ + 45 ° as shown in FIG.
Vout = Acos 2θ
= Acos {2 (φ + 45 °)}
= Acos (2φ + 90 °)
= -Asin2φ
It becomes. Therefore, when φ is very small, Vout≈−2Aφ, and the output from the magnetic sensor is a linear output proportional to the maximum amplitude with respect to the angle fluctuation φ (FIG. 11).
上記のように、磁気抵抗素子を用いた磁気センサにおいて、磁気抵抗素子が配置される基板上において、各磁気抵抗素子を、その電流経路が基板の辺に対して所定の角度だけ傾斜するように配置することによって、検出すべき磁界をバイアス磁界として利用し、磁気抵抗素子の磁性体パターンの近傍にバイアス磁石を配置することなくヒステリシスを低減するとともに出力の直線性を向上させることができる。 As described above, in a magnetic sensor using a magnetoresistive element, on the substrate on which the magnetoresistive element is arranged, each magnetoresistive element is arranged such that its current path is inclined at a predetermined angle with respect to the side of the substrate. By arranging the magnetic field to be detected as a bias magnetic field, the hysteresis can be reduced and the output linearity can be improved without arranging a bias magnet in the vicinity of the magnetic pattern of the magnetoresistive element.
（変形例）
なお、上記の実施の形態においては、各磁気抵抗素子の形状、および磁気抵抗素子アレイ全体の形状が略正方形に形成され、磁気抵抗素子アレイが全体を回転させることによって、電流経路を基板の辺に対して傾斜させる例について説明したが、磁気抵抗素子の形状、および磁気抵抗素子アレイの形状は、このような正方形には限定されない。
(Modification)
In the above embodiment, the shape of each magnetoresistive element and the overall shape of the magnetoresistive element array are formed in a substantially square shape, and the magnetoresistive element array is rotated so that the current path is changed to the side of the substrate. However, the shape of the magnetoresistive element and the shape of the magnetoresistive element array are not limited to such a square.
図１２は、変形例における磁気センサ１００Ａの平面図を示す。図１２においては、各磁気抵抗素子における電流経路が基板１０の辺に対して傾斜した長方形であり、各磁気抵抗素子が導電パッドを介して接続されるように、磁気抵抗素子が形成されている。なお、図１においては、例としてθ＝４５°の場合が示されているが、用途に応じて図４と同様の角度としてもよい。
FIG. 12 is a plan view of a
図１２のような磁気抵抗素子の形状とすることによって、基板内における個々の磁気抵抗素子のレイアウトの自由度が増加するので、磁気センサ全体のサイズをさらに小型化できる可能性がある。 By adopting the shape of the magnetoresistive element as shown in FIG. 12, the degree of freedom of the layout of the individual magnetoresistive elements in the substrate increases, so that there is a possibility that the size of the entire magnetic sensor can be further reduced.
また、磁気抵抗素子アレイにおける磁気抵抗素子の数は４つに限られず、図１３の磁気センサ１００Ｂに示されるように、電流経路が互いに直交するように接続された２つの磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２を用いたハーフブリッジ回路の磁気抵抗素子アレイ２０Ｂとすることも可能である。この場合、センサ出力Ｖｏｕｔは、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の接続点における中間電位となり、Ｖｃｃが正の電圧であれば、出力Ｖｏｕｔも常に正となる。図１３の磁気センサ１００Ｂのような構成が使用可能な用途であれば、さらに磁気センサのサイズを小さくすることが可能となる。
Further, the number of magnetoresistive elements in the magnetoresistive element array is not limited to four. As shown in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１０ 基板、２０，２０Ａ，２０Ｂ 磁気抵抗素子アレイ、３０ 導電パッド、４０ 保護膜、５０ はんだボール、１００，１００Ａ，１００Ｂ，２００ 磁気センサ、２１０ 永久磁石、ＧＮＤ 接地端子、ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気抵抗素子、Ｖｃｃ 電源端子、Ｖｏｕｔ，Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２ 出力端子。 10 substrate, 20, 20A, 20B magnetoresistive element array, 30 conductive pad, 40 protective film, 50 solder ball, 100, 100A, 100B, 200 magnetic sensor, 210 permanent magnet, GND ground terminal, MR1 to MR4 magnetoresistive element, Vcc power supply terminal, Vout, Vout1, Vout2 output terminal.
Claims (7)
前記基板上に形成され、互いに接続される第１および第２の磁気抵抗素子とを備え、
前記第１の磁気抵抗素子の電流経路は、前記基板の辺に対して所定の角度を有する第１の方向に形成され、
前記第２の磁気抵抗素子の電流経路は、前記第１の方向に直交する第２の方向に形成される、磁気センサ。 A rectangular substrate;
Comprising first and second magnetoresistive elements formed on the substrate and connected to each other;
A current path of the first magnetoresistive element is formed in a first direction having a predetermined angle with respect to a side of the substrate;
A magnetic sensor in which a current path of the second magnetoresistive element is formed in a second direction orthogonal to the first direction.
接地端子と、
第１および第２の出力端子と、
前記第２の方向に電流経路が形成された第３の磁気抵抗素子と、
前記第１の方向に電流経路が形成された第４の磁気抵抗素子とをさらに備え、
前記第１の磁気抵抗素子は、前記電源端子と前記第１の出力端子との間に接続され、
前記第２の磁気抵抗素子は、前記第１の出力端子と前記接地端子との間に接続され、
前記第３の磁気抵抗素子は、前記電源端子と前記第２の出力端子との間に接続され、
前記第４の磁気抵抗素子は、前記第２の出力端子と前記接地端子との間に接続される、請求項１または２に記載の磁気センサ。 A power terminal;
A grounding terminal;
First and second output terminals;
A third magnetoresistive element having a current path formed in the second direction;
A fourth magnetoresistive element having a current path formed in the first direction,
The first magnetoresistive element is connected between the power supply terminal and the first output terminal,
The second magnetoresistive element is connected between the first output terminal and the ground terminal;
The third magnetoresistive element is connected between the power supply terminal and the second output terminal,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the fourth magnetoresistive element is connected between the second output terminal and the ground terminal.
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