专利名称：磁检测元件、磁检测器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种磁检测元件及其制造方法，该磁检测元件利用了检测导体的阻抗随磁性发生变化的磁阻抗效应。
背景技术：
作为检测微弱的磁性或者磁场的磁检测元件(磁传感器)，过去众所周知的是磁电阻效应型磁传感器(以下称为MR传感器)。在MR传感器中，利用MR传感器的检测导体的电阻值对应于磁场强度发生变化的磁电阻效应来检测磁场。即使在将磁场的方向反转的反转磁场的情况下，因磁电阻效应产生的检测导体的电阻的变化也与原方向的磁场的情况相同，所以不能检测磁场的极性(N或S)。为了利用MR传感器检测磁场的极性，在MR传感器上加偏置磁场，以便使得磁场产生的电阻变化因磁场的极性而不同。加偏置磁场的方式有将导体设置在MR传感器的磁极的附近以使该导体流过直流偏流的方式、或将永久磁铁配置在磁极的两端的方式等。MR传感器根据因外部磁场产生的导体的直流电阻的变化来检测磁场，因此，直流电阻的变化受磁极的磁性材料的影响很大，磁场的检测灵敏度为0.1％～3％/Oe左右而不是很高。
作为比MR传感器具有更高的灵敏度的磁传感器，有利用“磁阻抗效应”的磁传感器。在该种磁传感器中，是根据下述现象的磁阻抗效应来检测磁场，即软磁体的导磁率随着磁场强度(磁通密度)发生变化，由于导磁率的变化产生磁电路内的导体的电感发生变化，结果使阻抗发生变化。这种磁传感器的典型的情况是灵敏度为6％/Oe以上。
以下说明利用磁阻抗效应的磁传感器的现有例。
参照图30和图31来说明第1现有例的磁传感器。图31是磁检测装置的电路图，图30是组入在磁检测装置中的第1现有例的磁传感器的剖面图。在含有图30的所有的图中，为了便于看清图面，在剖面上没有添加剖面线。在图30中，使2个磁体1和2互相对立来形成磁极，在磁体1与2之间夹有导线14。将图30的导线14连接至图31所示的直流电源132，如用有黑点的圆印4所示那样，当直流电流垂直于纸面从里面向面前流过时，在磁体1，2产生箭头5，6所示的磁通，成为直流偏置磁场。在该状态中，当将磁传感器置于以箭头100表示方向的外部磁场(以下，称为外部磁场100)中时，则分别用箭头7和8表示的磁通(以下，分别称为磁通7和8)通过磁体1和2。穿过磁体1的磁通7与直流偏置磁场的磁通5同方向，所以穿过导线14的下部的磁通的密度增加。另一方面，穿过磁体2的磁通8与直流偏置磁场的磁通6反方向，所以穿过磁体2的导线14的上部的磁通的密度减小。其结果，在导线14的附近，磁体1的导磁率下降，在磁体2的导磁率上升。如果外部磁场100的方向为相反方向，则磁体1和2的导磁率的变化也分别相反。
在第1现有例的磁传感器中，理论上不能检测外部磁场100的方向。但是在实验中虽然检测灵敏度很低，但是能够检测外部磁场100的方向。其理由推测如下。即，根据外部磁场100的方向，磁体1和2的、导线14的附近的导磁率发生变化。导线14的电感随着该导磁率的变化而变化。将图31所示的高频振荡器131连接到导线14上，当流过高频电流时，则随着上述电感的变化，导线14的阻抗发生变化。随着阻抗的变化，导线14的两端子134、137之间的电压发生变化，从该电压变化能够检测外部磁场的强度和方向。
图32表示第2现有例的磁传感器的剖面图。图中，在非磁体的衬底9上设置与上述图30所示的第1现有例相同的磁体1和2、以及导线14。为了保护磁体2，设置有保护膜2a。将具有该结构的磁传感器插入流有直流电流的线圈10以提供直流偏置磁场。
图33是第3现有例的磁传感器的剖面图。图中，具有衬底9、磁体1和2、导线14以及保护膜2a的磁传感器的结构与图32的相同。在第3现有例中，由永久磁铁18供给直流偏置磁场。
在图32和图33所示的磁传感器中，直流偏置磁场的磁通以相同方向穿过磁体1和2。当将图32的磁传感器置于外部磁场100中时，则磁体1和2内的、直流偏置磁场产生的磁通5和6的方向与外部磁场100产生的磁通7和8的方向相反，所以磁通5和6的密度减小。其结果，磁体1和2的导磁率增加，导线14的阻抗也增加。相反，当将该磁传感器置于与箭头相反的方向的外部磁场100中时，外部磁场产生的磁通的方向变为与图中的箭头7和8相反的方向，与直流偏置磁场产生的磁通5和6相同的方向。其结果，磁通5和6的密度增加，所以磁体1和2的导磁率下降，导线14的阻抗也下降。根据随着外部磁场100的方向的磁通5和6的密度的增减，能够与上述第1现有例相同地判别外部磁场100的强度和方向。在图33所示的磁传感器中的外部磁场100的方向判别的原理也与图32中的相同。
在图30所示的第1现有例的磁传感器中，在外部磁场100的方向在为箭头方向的情况与为相反方向的情况下的磁通密度的变化较少，因而导线14的阻抗变化也较少。因此，外部磁场100的方向的检测灵敏度较低，并且外部磁场的强度的检测灵敏度也较低。
在图32所示的第2现有例的磁传感器中，检测灵敏度虽然高，但是作成直流偏置磁场的线圈7较大、并且其功耗也较大。因此不能实现小型低耗电的磁传感器。
图33所示的第3现有例的磁传感器由于使用永久磁铁，不容易调整偏置磁场的强度。而且由于安装了永久磁铁，在增加了重量的同时，还需要留有安装永久磁铁的空间，所以不能使磁传感器小型轻量化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能高灵敏度地检测外部磁场的强度和方向的小型轻量的磁检测元件。
本发明的磁检测元件具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心的一部分上的导线；以及在上述第1磁铁心以及导线上夹着上述导线形成的、垂直于磁路的剖面的面积部分地不同的软磁性膜的第2磁铁心。
在本发明的磁检测元件中，通过在导线流过磁性偏置用的直流电流和高频载频电流来构成磁检测器。在该磁检测器中，设定上述直流电流以使得上述第2磁铁心的剖面积不同的部分的磁场强度为“适当直流偏置磁场强度”。适当直流偏置磁场强度是指，在表示通过磁检测元件的第1和第2磁铁心的偏置磁通产生的磁场强度与导磁率的关系的特性曲线中，用相对磁场强度变化的导磁率的变化为最大的磁场强度来定义。将第2磁铁心的剖面积不同的部分的磁场强度设定为上述的适当直流偏置磁场强度，由此，相对外部磁场产生的上述剖面积不同的部分的磁场强度的变化量的导磁率的变化量增加。由此，能得到磁场强度的检测灵敏度高的磁检测器。导磁率的变化的方向(增加或减少)由外部磁场的方向决定，所以由导磁率变化的方向能够检测外部磁场的方向。
本发明的其它观点的磁检测元件具有垂直于磁路的剖面的面积部分地不同的软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着上述导线形成在上述第1磁铁心以及导线上，并且垂直于上述导线的边缘部附近的磁路的剖面的面积比其它部分小。
根据本发明，设定磁性偏置用的直流电流以使得上述第2磁铁心的剖面积小的部分的磁场强度为适当直流偏置磁场强度。将该磁检测元件置于外部磁场中时，随着外部磁场产生的磁铁心的磁场强度的变化，导磁率变化，能够检测外部磁场的强度和方向。
本发明的其它观点的磁检测元件具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心上的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着上述导线形成在上述第1磁铁心上，并且厚度比上述第1磁铁心薄。
根据本发明，通过使得2个磁铁心中的一个比另一个薄，较薄的磁铁心的直流偏置的磁通的密度增加。通过将较薄的磁铁心的直流偏置的磁场强度定为适当直流偏置磁场强度，能够提高外部磁场的检测灵敏度。
本发明的其它观点的磁检测元件具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心上的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着上述导线形成在上述第1磁铁心上，并且厚度比上述第1磁铁心厚。
根据本发明，通过使得2个磁铁心中的一个比另一个薄，较薄的磁铁心的直流偏置的磁通的密度增加。通过将较薄的磁铁心的直流偏置的磁场强度定为适当直流偏置磁场强度，能够提高外部磁场的检测灵敏度。
本发明的其它观点的磁检测元件具有形成在软磁性膜的第1磁铁心的一个面的规定区域上的第1导线；形成在上述第1磁铁心的另一个面的、与上述第1导线相对的区域上的第2导线；形成在上述第1磁铁心的上述一个面和上述第1导线上的第2磁铁心；以及形成在上述第1磁铁心的上述另一个面和上述第2导线上的第3磁铁心。
根据本发明，由第1导线、第1及第2磁铁心构成1个磁检测元件。而且由第2导线、第1及第3磁铁心构成另1个磁检测元件。由于2个磁检测元件相叠层，所以能得到专有面积小的磁检测元件。
本发明的磁检测器具有垂直于磁路的剖面的面积部分地不同的软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着上述导线形成在上述第1磁铁心和导线形成上，并且垂直于磁路的剖面的面积部分地不同。上述磁检测元件还具有向所述第1以及第2磁铁心提供与被检测磁场的方向平行的方向的偏置磁场的磁偏置手段；以及使得在上述导线中在与上述被检测磁场正交的方向上流有交流电流的交流载频信号发生器。
根据本发明的磁检测器，上述导线的阻抗随着外部磁场而变化，使导线的两端间的载频信号电平发生变化，所以根据该变化能够检测外部磁场。
本发明的其它观点的磁检测器具有形成在软磁性膜的第1磁铁心的一个面的规定区域的第1导线；形成在上述第1磁铁心的另一个面的、与上述第1导线相对的区域的第2导线；形成在上述第1磁铁心的上述一个面和第1导线上的软磁性膜的第2磁铁心；以及形成在上述第1磁铁心的上述另一个面和第2导线上的软磁性膜的第3磁铁心。上述磁检测器还具有向上述第1、第2，以及第3磁铁心提供与被检测磁场的方向平行的方向的偏置磁场的磁偏置装置；以及使得在上述第1和第2导线中在与上述被检测磁场方向正交的方向上流有交流电流的交流载频信号发生器。
根据本发明，由第1导线、第1及第2磁铁心构成1个磁检测元件。由第2导线、第1及第3磁铁心构成另1个磁检测元件。由于2个磁检测元件相叠层，所以能得到专有面积小的磁检测器。
本发明的其它观点的磁检测元件具有形成在非磁性衬底上的、大致呈长方形的软磁性膜的第1磁铁心；多个第1导线，形成在在上述第1磁铁心上并且在与上述长方形的第1磁铁心的长度方向正交的方向上具有规定的间隔；第2磁铁心，夹着上述第1导线并且形成在所述第1磁铁心上；以及串联连接上述多个第1导线的多个第2导线。
根据本发明，将由形成在同一衬底上的第1及第2磁铁心和第1导线构成的磁检测元件的多个元件的导线全部串联连接着。因此，外部磁场产生的导线阻抗的变化与磁检测元件的数量成比例，外部磁场的检测灵敏度也与磁检测元件的数量成比例。
本发明的其它观点的磁检测元件具有并行形成在非磁性衬底上的、大致呈长方形的软磁性膜的多个的第1磁铁心；在上述第1磁铁心的上以规定的间隔在垂直于上述多个第1磁铁心的长度方向的方向上形成的多个的第1导线；夹着所述第1导线分别形成在上述多个第1磁铁心上的第2磁铁心；以及串联连接上述多个第1导线的第2导线。
根据本发明，将由形成在同一衬底上的第1及第2磁铁心和第1导线构成的磁检测元件的多个元件的导线全部串联连接着。从而，外部磁场产生的导线阻抗的变化与磁检测元件的数量成比例，外部磁场的检测灵敏度也与磁检测元件的数量成比例。
本发明的磁检测元件的制造方法具有将软磁体的膜在非磁体的衬底上成膜为所希望的图形，形成第1磁铁心的工序；将所希望的图形的导电体的膜成膜在上述第1磁铁心的规定区域，形成导线的工序；在上述第1磁铁心和导线上将软磁性膜成膜为所希望的图形，形成第2磁铁心的工序；以及将上述第2磁铁心的规定部分的厚度变薄的工序。
根据本发明，由于能够采用薄膜成形技术制造磁检测元件，所以能低成本地大批量生产磁检测元件。
本发明的其它观点的磁检测元件的制造方法具有将软磁体的膜在非磁体的衬底上成膜为所希望的图形，形成第1磁铁心的工序；将所希望的图形的导电体的膜成膜在上述第1的绝缘膜的规定区域，形成导线的工序；将软磁性膜在上述第1磁铁心和导线上成膜为所希望的图形，形成第2磁铁心的工序；以及将上述第2磁铁心的规定部分的厚度变薄的工序。
根据本发明，由于能够采用薄膜成形技术制造磁检测元件，所以能低成本地大批量生产磁检测元件。
本发明的磁检测元件具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在上述第1磁铁心的一部分上的导线；相对上述第1导线保持电气绝缘同时并行于上述第1导线形成的第2导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着上述第1和第2导线形成在上述第1磁铁心上，并且垂直于磁路的剖面的面积部分地不同。
根据本发明，流有偏置磁场用的直流电流的导线和流有高频电流的导线电气绝缘，所以能够将磁性偏置用的直流电流的电压和振荡电路的电源端子的电压分别选定为任意的值。
图1(a)是本发明的第1实施例的磁检测元件的平面图。
图1(b)是图1(a)的b-b剖面2(a)至(c)是表示本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的各自的剖面图。
图3(a)至(c)是表示本发明的第1实施例的磁检测元件的动作的剖面4(a)是表示本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的剖面图。
图4(b)是表示本发明的第1实施例的磁检测元件其它示例的剖面图。
图5(a)和(b)分别是本发明的第1实施例的磁检测元件的其它的示例的平面图和剖面图。
图6是本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的剖面图。
图7是本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的剖面图。
图8(a)和(b)分别是本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的平面图和剖面图。
图9(a)和(b)分别是本发明的第1实施例的磁检测元件的其它示例的平面图和剖面图。
图10是本发明的第2实施例的磁检测元件的斜投影图。
图11(a)至(c)分别是本发明的第2实施例的磁检测元件的3个示例的剖面图。
图12(a)至(f)是本发明的第2实施例的磁检测元件的各制造工序的剖面图。
图13(a)至(g)是本发明的第2实施例的其它的示例的磁检测元件的各制造工序的剖面图。
图14是本发明的第2实施例的其它的示例的磁检测元件的剖面图。
图15是本发明的第2实施例的其它的示例的磁检测元件的剖面图。
图16(a)至(c)是本发明的第3实施例的磁检测元件的3个示例的各自的剖面图。
图17是表示本发明的各实施例的导线剖面的纵横比和周长的关系的曲线图。
图18(a)至(e)是本发明的第4实施例的磁检测元件的5个示例的各自的剖面图。
图19(a)至(c)是表示本发明的第4实施例的磁检测元件的动作的剖面图。
图20是本发明的第4实施例的磁检测元件的其它示例的剖面图。
图21(a)是本发明的第5实施例的磁检测元件的平面图。
图21(b)是本发明的第5实施例的磁检测元件的模型的立体图。
图22是本发明的第6实施例的磁检测元件的平面图。
图23是本发明的第7实施例的磁检测元件的平面图。
图24是本发明的第8实施例的磁检测元件的平面图。
图25是本发明的第9实施例的磁检测元件的平面图。
图26是本发明的第10实施例的磁检测元件的平面图。
图27是表示图26的磁性传感组件150的剖面的部分剖面图。
图28是使用本发明的第10实施例的磁检测元件来构成磁检测器的振荡型检测电路的电路图。
图29是表示磁检测器的磁铁心内的磁场强度(H)和导磁率(E)的关系的特性曲线。
图30是第1现有例的磁检测元件的剖面图。
图31是与本发明的各实施例和现有的磁检测元件的导线构成磁检测器的放大器型检测电路的电路图。
图32是第2现有例的磁检测元件的剖面图。
图33是第3现有例的磁检测元件的剖面图。
具体实施例方式
以下，参照图1至图29来说明本发明的磁检测元件的最佳实施例。在图1至图29含有的磁检测元件的剖面图中，为了容易看懂，在剖面中不添加剖面线。
《第1实施例》图1(a)是本发明的第1实施例的磁检测元件的平面图，图1(b)是图1(a)的b-b剖面图。图1的磁检测元件是在陶瓷等的非磁体的衬底41上将由软磁性的膜构成的第1磁铁心11形成为带状。在磁铁心11的中央部分形成薄膜的导线14，在磁铁心11和导线14的上形成由软磁性的膜构成的第2磁铁心12。即，在磁铁心11与磁铁心12之间夹有导线14，导线14的两端部134、137导向外部。磁铁心12具有导线14产生的台阶12a。磁铁心12的台阶12a比其它的部分薄，厚度L约为其它部分的厚度的1/2。由此，在磁铁心中，在台阶12a与磁路垂直的剖面的面积比其它的部分小。为了减小台阶12a的厚度L，如图1(b)所示，希望导线14的边缘部14c相对于磁铁心11的面的角度θ近似于90度。在磁铁心11的上形成导体膜并且利用光刻胶(photo resist)将成为导线的部分留下而进行蚀刻时，通过对抗蚀剂膜的材质和厚度及蚀刻条件等作适当选择，能够将角度θ加工成近似90度。而且也可用众所周知的剥离(lift off)方法。为了减小台阶12a的厚度L，在形成磁铁心12时，调节磁性膜的成膜条件，也能使形成在导线14的边缘部14c的磁性膜厚变薄。
在本实施例的磁检测元件中，减小了台阶12a的厚度L并使垂直于磁铁心12的磁路的剖面的面积小于其它的部分。在薄膜形成技术中，在导线14的边缘部14c的附近减小厚度L是最简单的，而且加工成本低。较佳的是，磁铁心12的台阶12a的厚度L与磁铁心12的其它部分的厚度之比为3∶4以下。磁铁心11和12都是厚度为1.5μm的、使用FeTaN的软磁性膜。导线14是左右宽度为10μm、厚度为1μm的铜膜。表面抛光(lapping)处理后的厚度L为0.7μm、角度θ为70度。后面还要详细说明，导线14与磁铁心11和12之间希望介入绝缘层。
图2(a)，(b)以及(c)是表示本实施例的磁检测元件的其它结构的剖面图。图2(a)、(b)、(c)中，省略了图1所示的衬底41的图示。
图2(a)的结构中，在导线14的中央区域中，在磁铁心12形成垂直于纸面方向的沟21，并使磁铁心12的厚度部分变薄，减小垂直于磁路的剖面的面积(以下，单称为剖面积)。由此，能够得到与图1(b)所示的使台阶12a的厚度L变薄情况相同的作用、效果。对于沟21，由于只要通过蚀刻等除去一部分即可，所以，加工工序很简单。
在图2(b)的结构中，在导线14的边缘部14c的附近的磁铁心12形成垂直于纸面方向的沟22并使其厚度L减小。图2(c)的结构中，在导线14的边缘部14c的附近的磁铁心12，形成垂直于纸面方向的沟23。进一步，形成到达磁铁心11的面的沟24并减小剖面积，以便包围导线14的部分的磁铁心12从两端部的磁铁心12d分离出来。上述的沟21、22、23及24也可通过离子蚀刻(ionmilling)加工、湿式(wet)蚀刻加工、激光加工等来形成。
参照图3(a)、(b)、(c)来说明本实施例的磁检测元件的动作。图3(a)～(c)所示的磁检测元件31具有与图2(b)所示的相同结构。在图3(a)中，当将磁检测元件31置于用箭头100表示的方向的磁场(以下，称为外部磁场100)中时，从磁检测元件31的左端流入用箭头32、33表示的磁通(以下，称为磁通32、33)。磁铁心11和12材质相同，厚度也都为1.5μm，所以磁通32和33的磁通密度和磁通量基本相等。磁通32和33分别在磁铁心11和12内向右方前进，到达沟22的部分。由于沟22使磁铁心12的厚度变薄，所以通过磁铁心12的磁通的部分即磁路34和35，与其它部分相比剖面积较小，通常磁通密度大。磁通密度与导磁率的关系是，磁通密度增加越高则导磁率下降。导磁率的下降使沟22附近的导线14的电感降低。
图3(b)和(c)是表示如图31所示将本实施例的磁检测元件31的导线14的两端134、137连接至具有高频振荡器131、直流电源132和高频放大器139的放大器型检测电路时的动作的剖面图。具有如此结构的器件称为“磁传感器”。在图3(a)和(b)中，只使图31的电路的高频振荡器131工作并在导线14以垂直于纸面方向流过交流电流(载频电流)。用虚线37(以下，称为磁通37)来表示交流电流产生的磁通。磁通37是围着导线14形成的。占磁路大部分的磁铁心11和12e的导磁率较高，所以导线14的电感较高。为了保持高的电感，可以使磁路37的长度较短。由于导线14的电感与磁铁心11和12e的导磁率成比例，因此，电感对应于用箭头表示的外部磁场的强度而变化。由于导线14的电感的变化，导线14的阻抗发生变化，载频电流的振幅变化。根据将载频电流的振幅变化产生的导线14两端134、137的输出电压用图31所示的高频放大器139放大、检波后的输出的载波信号电平，能够检测外部磁场的强度。图2(a)所示的结构中的磁检测元件，沟21只有1个，所以高频电流产生的磁通容易穿过，导线14的电感高。因此，磁场的检测灵敏度比图2(b)的磁检测元件要高。
图3(b)所示的磁检测器即使在外部磁场100的方向为与图的箭头方向相反的向左的情况下，也能得到相同电平的输出。从而，不能判别外部磁场100的方向。接着来说明用于方向判别的偏置磁场。
图3(c)是表示在导线14中从图31所示的直流电源132与纸面垂直地流过从跟前向里面的方向的直流偏置电流时的直流偏置磁通38的剖面图。在磁铁心11和12中穿过互为反方向的直流偏置磁通，所以导磁率的差很小。导线14中也流过高频振荡器131产生的载频电流。由流过导线14的载频电流，在导线14的两端产生高频电压的载频信号。由通过导线14周围的磁铁心11和12的直流偏置磁通38产生直流偏置磁场。在磁铁心12中，由于磁路34和35与其它部分相比剖面积较小，故直流偏置的磁通密度高。图29是表示在供给直流偏置磁场的磁检测元件31中由通过磁铁心11e、12e的直流偏置磁通所产生的磁场强度(H)与磁铁心11，12的导磁率(E)的关系的特性曲线256。横轴的(+)、(-)表示相对于外部磁场100的方向的直流偏置磁通38的方向，(+)为同方向，(-)为反方向。在图29的特性曲线256中，当将流过导线14的直流电流值设定成以使得直流偏置磁场256的磁场强度H为特性曲线256的梯度最大的部分的磁场强度Ha，则磁场强度(H)的变化产生的磁铁心11和12的导磁率(E)的变化也最大。将成为该状态的直流偏置磁场的强度称为“适当直流偏置磁场强度Ha”。
图3(c)所示的磁铁心12中，在磁路34和35由于磁路的剖面积比其它的部分的要小，直流偏置的磁通38的密度比其它部分要高，从而磁场强度也大。利用直流偏置电流的调节，使磁路34、35的磁场强度为适当直流偏置磁场强度Ha。这时，比磁路34、35剖面积大的磁铁心11、12的其它部分的磁场强度低于适当直流偏置磁场强度Ha。
图3(c)中，由围着导线14的磁铁心11e、12e的各磁通和通过沟22的磁路34、35的磁通的各自的密度决定的磁场强度分别用H11、H12、H22来表示。参照图29来说明外部磁场100的强度以及方向发生变化时的磁场强度H11、H12、H22的变化。
在图29中，没有外部磁场100时，由于磁路34、35为适当直流偏置磁场强度Ha，所以磁场强度H22等于Ha(H22＝Ha)。这时，比磁路34、35剖面积大的磁铁心11e、12e的直流偏置磁通的密度低于磁路34、35的磁通密度，所以如图所示磁场强度H11、H12也低于磁场强度H22。E22是对应于磁场强度H22的导磁率。E11是对应于磁场强度H11的导磁率，E12是对应于磁场强度H12的导磁率。这时，导线14的阻抗是由对应于磁场强度Ha的导磁率E22所决定的值。
当将该状态的磁检测器如图3(c)所示置于外部磁场100中，则外部磁场100产生的磁通36穿过磁铁心11，磁通33a穿过磁铁心12。由于磁通36、33a，如图29所示，磁场强度H11、H12、H22分别如箭头所示地变化。即，磁场强度H11减小成H11a，磁场强度H12、H22都增加，分别成H12a、H22a。导磁率E11、E12、E22都下降，分别成导磁率E11a、E12a、E22a。其结果导线14的两端子134、137之间的阻抗下降，载频信号的电平下降。
在外部磁场的方向为图3(c)所示的从右向左的箭头200的方向的情况下，在图29中，磁场强度H11增加成H11b。磁场强度H12、H22都减小，分别成H12b、H22b。虽然磁场强度H11、H12的变化只对导磁率的变化起一点点作用，但磁场强度H22变为H22b后，结果导磁率E22大幅度地增加成为导磁率E22b。当外部磁场如此变化时，由于在图3(c)中，利用沟22使剖面积变小的磁路34、35的导磁率发生很大的变化，由此能够检测外部磁场100的方向。导线14的两端子134、137之间的载频信号的电平随着与导磁率变化成比例的导线14的阻抗的变化而变化。由于用高频放大器139能放大并检波该载频信号的高频电压，能够将外部磁场100的方向和强度作为电气信号来检测。
图4(a)、(b)和图5(a)、(b)表示作为本实施例的磁检测元件的其它的示例。图4(a)的磁检测元件，使得导线14的下侧的磁铁心11的膜厚比上侧的磁铁心12的膜厚要薄并减小剖面积。
图4(b)的磁检测元件，导线14的上侧的磁铁心12的膜厚比磁铁心11的膜厚要薄并减小剖面积。图4(a)和(b)所示的磁检测元件中的任何一个由于在成膜工序中，使磁铁心11或12的膜厚变薄即可，因此，加工工序简单。由于磁铁心11和12中的任何一个的膜厚比另一个的要薄，在导线14的附近磁通密度变高，图4(a)、(b)的磁检测元件也能得到与本实施例的磁检测元件相同的效果。
图5(a)和(b)是其它的示例的磁检测元件的各自的平面图和剖面图。该磁检测元件是使导线14的部分的磁铁心12g的宽度W1比其它部分的宽度W2要窄。磁铁心11和12g的厚度相同。通过使宽度W1比其它部分的宽度W2要窄，在导线14的部分磁铁心12的剖面积减小，能得到与如图4(a)、(b)所示那样减小磁铁心11或12的膜厚的情况相同的效果。
图6是第1实施例的其它示例的磁检测元件的剖面图。在该例中，在下侧的磁铁心11b的下面设置垂直于纸面方向的沟21b，在该部分使磁铁心11b的剖面积比其它部分的要小。
图7是本实施例的其它的示例的磁检测元件的剖面图。在该例中，在下侧的磁铁心11c的上面设置垂直于纸面方向的沟21d，使剖面积比其它部分的要小。
图8(a)和(b)分别是其它示例的磁检测元件的俯视图和b-b剖面图。在该例中，在上侧的磁铁心12j的、与导线14连接的部分形成圆或长圆的孔61。通过形成孔61，在该部分使磁铁心12j的剖面积减小。通过改变孔61的面积，能够将磁铁心12j的该部分作成所希望的剖面积。
图9(a)和(b)分别是另外的其它示例的磁检测元件的俯视图和b-b剖面图。在该例中，在上侧的磁铁心12j的上面形成圆或长圆的凹部62。通过改变凹部62的面积和深度，能够将磁铁心的该部分作成所希望的剖面积。再者，孔61、凹部62的形状不只限于圆或长圆，也可以是其它的形状。
根据本实施例，通过在导线14的边缘部附近的磁铁心12设置沟22等的方法，设置有部分剖面积较小的部分，使外部磁场100的变化产生的导线14附近的磁铁心12e的导磁率变化增加。其结果使导线14的电感的变化增大，作为磁检测元件的检测灵敏度也提高。以下的各实施例的外部磁场的检测原理与本实施例的相同。
《第2实施例》参照图10至图15来说明本发明的第2实施例的磁检测元件。
图10是本发明的第2实施例的磁检测元件的斜投影图。图11(a)是图10所示的磁检测元件的XIa-XIa的剖面图。
图11(b)和(c)分别是本发明的第2实施例的其它的2个示例的磁检测元件的剖面图。
图10和图11(a)中，在陶瓷等非磁性衬底41的上形成软磁性膜的第1磁铁心44。在磁铁心44的中央区域形成由厚度为0.1μm的SiO2膜构成的第1绝缘膜42，在其上跨过磁铁心44形成导线14。在导线14上形成由厚度为0.1μm的SiO2膜构成的第2绝缘膜43，其上形成第2的磁铁心12。在衬底41的两端部的磁铁心44上，在离开磁铁心12的部分形成有软磁性膜的第2磁铁心45。磁铁心44和45的较佳的厚度都为1.5μm。在磁铁心12的台阶12a磁铁心12的剖面积比其它部分的要小。
在本实施例的结构中，第2磁铁心12仅仅设置在导线14上以及其周边部。在端部区域T磁铁心44与45重叠形成磁铁心11，所以，衬底41的端部的磁通流入部40的磁铁心11的膜厚为3μm。在导线14的附近的中央区域46a只有膜厚为1.5μm的磁铁心44，所以从磁铁心11的膜厚为3μm的端部的磁通流入部40流入的磁通穿过膜厚为1.5μm的磁铁心44时，其磁通密度约为2倍。磁铁心12的磁通密度也随着磁铁心44的磁通密度的增加而增加。由于该磁通密度的增加，与磁铁心44的端部区域T和中央区域46a的膜厚相同的情况相比，外部磁场100产生的磁通的密度变化约为2倍，其结果提高了检测灵敏度。
图11(b)的例中，在衬底41上形成厚度为3μm的磁铁心44之后，除去磁铁心44的中央区域46a的表面部分并使其厚度减小到1.5μm左右。在端部区域T的磁铁心44的上，在离开磁铁心12的部分形成厚度为1.5μm的磁铁心45。其它的结构与图11(a)所示的相同。在该例中，衬底41的端部的磁通流入部40的膜厚为4.5μm，导线43附近的中央区域46a的磁铁心44的膜厚为1.5μm，其厚度比为3。其结果，磁铁心44的中央区域46a的磁通密度为端部区域T的大约3倍，灵敏度也更高。
图11(a)和(b)中，虽然第1磁铁心44和第2磁铁心12之间设置有绝缘膜42以使之电气绝缘，但没有必要使其两者间必须绝缘。如绝缘膜42太厚，则磁路变长，导线14的电感下降，这不是理想的。
图11(c)的例中，在图11(b)的磁铁心12的台阶12a形成垂直于纸面方向的沟47。由于形成了沟47，使磁铁心12的斜面部的膜厚变薄，剖面积变小。还有，在希望尽可能提高灵敏度的情况下，最好是设置薄的绝缘膜42。构成使用本实施例的磁检测元件的磁检测器时，与图31的检测电路连接，在导线14中流过直流和高频电流。
图12(a)至(f)是表示图11(a)所示的第2实施例的磁检测元件的制造方法的各工序的剖面图。在图12(a)中的非磁性陶瓷的衬底41上采用溅射(sputtering)的方法形成厚度为1.5μm的软磁性膜，通过离子蚀刻处理形成所希望的形状的第1磁铁心44。
图12(b)中，在磁铁心44的中央区域采用溅射的方法形成厚度为0.1μm的SiO2膜，通过离子蚀刻处理形成所希望的形状的第1绝缘膜42。
图12(c)中，在绝缘膜42的中央区域采用溅射的方法形成厚度为1.0μm的Cu膜，通过离子蚀刻处理形成所希望的形状的导线14。
图12(d)中，在导线14的上采用溅射的方法形成厚度为0.1μm的SiO2膜，通过离子蚀刻处理形成所希望的形状的第2绝缘膜43。
图12(e)中，在绝缘膜42和43上、以及磁铁心44的端部区域，采用溅射的方法形成厚度为1.5μm的软磁性膜，通过离子蚀刻处理形成第2磁铁心12和第1磁铁心45。
图12(f)中，在含有磁铁心12和45的衬底41的整个面采用溅射的方法形成厚度为3μm的SiO2膜。接着，通过离子蚀刻处理作成所希望的形状并形成保护膜51，同时设置图示中省略的端子等之后结束成膜工序。最后，切割、加工成所希望的形状，得到本实施例的磁检测元件。
衬底41使用含有镍、钛、镁的非磁性陶瓷。软磁性膜较佳的是使用在含有铁、钽、氮的合金的多层的各层之间夹有作为层间绝缘膜的SiO2膜叠层形成的膜。
图13(a)至(g)是表示图11(b)所示的磁检测元件的制造方法的各工序的剖面图。
图13(a)中，在陶瓷的衬底41上，采用溅射的方法形成厚度为3.0μm的软磁性膜，通过离子蚀刻处理形成所希望的形状的第1磁铁心44。
图13(b)中，遍及比用其后的工序形成的SiO2膜的区域稍大的范围进行离子蚀刻处理，由此将磁铁心44的中央部的区域的表面部分除去，形成深度为1.5μm的凹部46。
图13(c)中，在上述凹部46采用溅射形成厚度为0.1μm的SiO2，通过离子蚀刻处理作成所希望的形状以形成第1绝缘膜42。
图13(d)中，在绝缘膜42的中央区域采用溅射形成厚度为1.0μm的Cu膜，通过离子蚀刻处理作成所希望的形状以形成导线14。
图13(e)中，采用溅射形成覆盖导线14的厚度为0.1μm的SiO2膜，通过离子蚀刻处理作成所希望的形状并形成第2绝缘膜43。
图13(f)中，在绝缘膜42和43、以及磁铁心44的两端部区域采用溅射的方法形成厚度为1.5μm的软磁性膜。接着通过离子蚀刻处理作成所希望的形状并形成第2磁铁心12和第1磁铁心45。
图13(g)中，采用溅射在含有磁铁心12和45的整个面上形成厚度为3μm的SiO2膜，通过离子蚀刻处理作成所希望的形状并形成保护膜51。
最后，为得到所希望的形状，切割不要的部分(省略图示)，完成磁检测元件。
用于衬底41的陶瓷是含有镍、钛、镁的非磁性材料。软磁性膜较佳的是使用在含有铁、钽、氮的合金的多层的各层之间夹有作为层间绝缘膜的SiO2膜而叠层形成的膜。
还有，也可以在图13(a)的工序之后，采用溅射形成软磁性膜，通过离子蚀刻处理形成磁铁心45。
在图11(a)所示的磁检测元件中，如图14所示，在磁铁心44与磁铁心12之间也可以设置有绝缘膜42，使磁铁心44与磁铁心12绝缘。
图15是本实施例的其它示例的磁检测元件的剖面图。该磁检测元件中，在磁铁心11k的中央区域形成用于减小剖面积的凹部，在该处形成导线14。在磁铁心11k和导线14上形成有磁铁心12k。虽然图15的磁检测元件在其制造工序与图14的有所不同，但特性上几乎没有差别。
《第3实施例》参照图16(a)和(c)的剖面图来说明本发明的第3实施例的磁检测元件。图16(b)是用作比较说明的图。图16(a)，(b)和(c)中省略了图示于图10中的衬底41的图示。图16(a)和(c)所示的本实施例的磁检测元件具有与上述第1实施例的图1(b)所示的相类似的结构，具备软磁体的膜制成的第1和第2磁铁心11和12、夹在磁铁心11和12的中央部分的导体膜形成的导线14或34。本实施例与第1实施例的不同点在于，导线14或34的膜厚比第2磁铁心12的膜厚要厚。
图16(a)中，通过使导线14的膜厚比磁铁心12的膜厚要厚，用通过导线14的边缘部的点14a和点14b的虚线所示的路径71中，穿过磁铁心12的磁路12d的长度比穿过磁铁心11的磁路11d的长度要长。而且，由于导线14变厚，采用溅射成膜时磁铁心12的导线14的斜面部14c的厚度比其它部分要薄、剖面积比其它部分要小。在点14a的附近，由于路径短，从外部磁场100流入磁铁心12的磁通33的一部分向导磁率高的磁铁心11移动。即，磁力线通过更近的路径。从磁铁心12移到磁铁心11的磁通，与流入磁铁心11的磁通32合流穿过磁路11d。其结果磁路11d的磁通密度比磁路12d的磁通密度高，提高了外部磁场的检测灵敏度。
图16(b)是与上述第1实施例相同导线24的厚度为1μm(宽度10μm)、比磁铁心11、12的厚度1.5μm的要薄的示例。在该例中，在用点24a、24b之间的虚线所表示的路径73中，穿过磁铁心11的磁路和穿过磁铁心12的磁路之差不是很大。
图16(c)是导线34的厚度为2μm、宽度为5μm、磁铁心11，12的厚度为1.5μm的示例。导线24和34的剖面积相同，所以每单位长度的直流电阻相同。在图16(c)的例中，使导线34的厚度比磁铁心12的厚度大幅度增加并且缩短左右的宽度，所以在点34a和34b之间，穿过磁铁心12的磁路12c和穿过磁铁心11的磁路11c的长度之差变大。其结果，磁路11c的磁通密度远大于磁路12c的磁通密度。外部磁场产生的导线34的阻抗变化也比图16(a)的导线14的阻抗变化要大，能得到更高的检测灵敏度。
导线24和34的各自的电感与绕着导线24或34周围的全磁路的长度成反比。比较图16(b)的元件的全磁路与图16(c)的元件的全磁路，则图16(c)的全磁路较短，因此，导线34的电感比导线24的要大。在导线中流有高频电流时的外部磁场产生的导线的阻抗的变化远大于导线的电感，所以，从这一点也能提高图16(c)的磁检测元件的磁检测的灵敏度。
图17是表示以长方形的剖面具有一定剖面积的导线的周长(纵轴)和剖面的纵(a)横(b)的比b/a(横轴)之间的关系的曲线图。为了使导线的周长尽可能短，较佳的是比b/a为4左右。虽然周长在b/a为1时(正方形)最小，但这种情况下膜厚要增加，故成膜或蚀刻工序中需要很长时间，使制造成本上升。从以上的方面出发，希望导线14，34的膜厚(a)与长度(b)之比(厚度/长度)为1/4以上。使用本实施例的磁检测元件的磁检测器是采用图31的检测电路来构成，由于外加直流磁偏置，在导线上流有直流电流。
《第4实施例》参照图18至图20来说明本发明的第4实施例的磁检测元件。
图18(a)至(e)是本发明的第4实施例的磁检测元件的5个示例的剖面图。图18(a)是本实施例的第1例的磁检测元件的剖面图。图中，在第1磁铁心81的中央部的两面分别设置有导线84和85。在导线84和磁铁心81的上面形成第2磁铁心82，在导线85和磁铁心81的下面形成有第3磁铁心83。磁铁心81、82、83都是相同的材质，并为相同的厚度。本实施例的磁检测元件虽然没有如上述第1和第2实施例那样图示衬底41，但可将磁铁心82或83中的任何一个设置在衬底上。例如，在将电磁铁心83形成在衬底上的情况下，制作与凸部83p的形状相吻合的凹处，以便在衬底的面上磁铁心83的中央部的凸部83p嵌入。作为其它的方法，也可以在衬底上用非磁性的绝缘物形成具有与凸部83p相吻合的凹处的层。该点对于图18(b)至(e)的检测元件，也是相同情况。在不用衬底的情况下，磁铁心81、82、83及导线84、85由不需要衬底41的较厚的膜或薄膜等形成。图18(b)的磁检测元件中，导线84a、85a的剖面的纵横比约为1∶2。其它的结构与图18(a)的相同。
图18(c)的磁检测元件在第2和第3磁铁心82a和83a的导线84、85的边缘部附近形成用于减小剖面积的沟22。导线84、85与图18(a)的相同。
图18(d)的磁检测元件在第2和第3磁铁心82b、83b的中央部形成用于减小剖面积的凹部21。导线84、85与上述的图18(a)的相同。
图18(e)的磁检测元件在磁铁心81的两端部的两面设置磁铁心82c和83c。在磁铁心81的中央部的两面设置有导线84、85。与上述磁铁心82c之间保持间隙并形成磁铁心82d以覆盖导线84。设置磁铁心83d以覆盖导线85，该磁铁心83d与上述磁铁心83c间保持间隙并且具有沟23。
参照图19，以图18(c)为例来说明本实施例的磁检测元件的动作。图19(a)中，将本实施例的磁检测元件置于外部磁场100中时，用箭头91、92、93表示的大致同样密度的磁通(以下，称为磁通91、92、93)分别穿过磁铁心81、82、83。用导线84、磁铁心81和82构成与图2(b)所示的同等的磁检测元件。用导线85、磁铁心81和83构成另一个与图2(b)所示的同等的磁检测元件。
本实施例中，导线84与85串联连接并连接在图31所示的检测电路的端子134、137之间，从高频振荡器131在垂直于纸面的方向流有高频电流。图19(b)中，用虚线97、98表示的长圆表示因高频电流而出现在导线84和85的周围的交流磁场。图19(c)用箭头来表示在导线84、85流有与垂直于纸面方向互相反方向的直流电流并使得产生直流偏置磁场时的磁通。
本实施例中，由于导线84和85串联连接，则各导线84和85的两端子之间的载频信号电平相加，所以磁检测元件的灵敏度更高。
虽然导线84和85也可以并联连接，但在该情况下需要串联连接时的2倍的直流电流。因此，串联连接对省电是有效的。也可以不如上述那样串联连接导线84和85而将导线84和85连接到独立的各个直流电流。在该情况下，用导线84、磁铁心81、82构成的第1磁检测元件和用导线85、磁铁心81、83构成的第2磁检测元件能够用作独立的2个磁检测元件。
图20是本实施例的其它示例的磁检测元件的剖面图。在该例中，第1磁铁心81的厚度比第2和第3磁铁心82，83的厚度要薄。由磁铁心81、82和导线84构成与图4(a)所示的上述第1实施例的磁检测元件同等的元件。同样地，通过磁铁心81、83和导线85构成与图4(a)所示的同等的元件。该示例的磁检测元件也可以是将导线84和85串联连接构成磁检测元件。由此，在上述图4(a)的磁检测元件具有的效果之外，也能得到本实施例的上述导线84和85的串联连接所产生的效果。
《第5实施例》参照图21来说明本发明的第5实施例的磁检测元件。
图21(a)是本发明的第5实施例的磁检测元件105的平面图。图21(b)是为了容易理解图21(a)的磁检测元件105的结构的膜型的立体图。如图21(b)所示，导线122a至122e和123a至123d形成的螺旋状导体的、导线122a～122e的部分夹在磁铁心111和112之间。
图21(a)中，磁检测元件105在非磁体的衬底41的上具有分别由薄膜形成的磁铁心111和112。磁铁心111和112之间具有导线122a～122e。导线122a～122e通过导线123a～123d串联连接，形成检测部106。检测部106的、导线122a的端部连接到端子115，导线122e的端部连接到端子116。导线122a～122e、123a～123d和端子115、116都是由铜等薄膜形成的。磁铁心111、112是由软磁体的薄膜形成。
检测部106的用点划线107围成的部分(以下，称为检测单元107)由磁铁心111、112和导线112a构成，与图1所示的第1实施例的磁检测元件实质上相同。图21(a)的磁铁心111、112和导线122a至122e分别对应于图1(b)的磁铁心11、12和导线14。图21(a)的最上部的检测单元107中，穿通磁铁心111、112的直线状的导线122a的一端连接到端子115，另一端利用通过磁铁心112的上面的、大致呈Z字状的导线123a连接至其下的直线状的导线122b。同样，导线122b与122c利用导线123b连接，导线122c与122d利用导线123c连接。导线122d与122e通过导线123d连接，导线122c的端部连接至端子116。若用模型来表示图21(a)的结构，则如图21(b)的斜视图那样。
根据本实施例，串联连接多个(图21中为5个)相当于图1所示的磁检测元件的检测单元107，5个导线122a～122e串联连接。
使用本实施例的磁检测元件构成的磁检测器时，在图31的检测电路的端子134、137分别连接磁检测元件105的端子115、116。由高频振荡器131，从导线122a向122e流过高频电流时，由外部磁场100产生的导线122a至122e的阻抗变化、即端子115和116之间的阻抗变化是图1(b)的约5倍。因此，磁场的检测灵敏度也约为5倍。串联连接的检测单元107的个数不只限于5个，能为任意的个数。从导线122a至122e流过直流电流时，电流的方向从122a至122e都相同。因此，在各导线122a至122e的附近能够产生同方向的直流偏置磁场。为了降低端子115到端子116的直流电阻，较佳的是使得导线123a～123d的剖面积比导线122a～122e的剖面积大。
《第6实施例》参照图22的平面图来说明本发明的第6实施例的磁检测元件。图22中，在衬底41上面设置有4个图21(a)所示的检测部106，4个检测部106都用连接导线181串联连接。左端的检测部106的导线122a连接至端子115，右端的检测部106的导线122e连接至端子116。
构成使用本实施例的磁检测元件的磁检测器时，在图31的检测电路的端子134、137上分别连接磁检测元件的端子115、116。图31的放大器型的检测电路即使在导线的直流电阻大的情况下也进行工作，因此，也能够使用在如本实施例那样的导线直流电阻稍大的检测元件中。
在本实施例中，串联连接4个上述第5实施例的检测部106，因此，外部磁场产生的端子115和116之间的阻抗变化约为第5实施例的4倍。因此，磁场的检测灵敏度也约为4倍。
《第7实施例》参照图23的平面图来说明本发明的第7实施例的磁检测元件。图23中，用点划线107围成的部分是具有与图21所示的同样结构的检测单元107。检测部106a是由纵向连接5个检测单元107而构成。在衬底41上并列设置9个检测部106a。9个检测部106a的图中最上面横列的9个检测单元107的导线122a互相连结。从上开始的第2横列的9个检测单元107的导线122b互相连结。同样，从上开始的第3横列的9个检测单元107的导线122c连接，从上开始的第4横列的9个检测单元107的导线122d连接。最下面的横列的9个检测单元107的导线122e连接。导线122a的左端连接至衬底41上的端子115，导线122a的右端利用通过检测部106a上面的导线123连接至导线122b的左端。同样，导线122b的右端利用通过检测部106a的上面的导线123连接至导线122c的左端。导线122c的右端利用通过检测部106a上面的导线123连接至导线122d的左端。导线122d的右端利用通过检测部106a上面的导线123连接至导线122e的左端，导线122e的右端连接端子116。本实施例中，纵向为5个、横向为9个，合计45个检测单元107的导线122a至122e都为串联连接。因此，磁场100产生的端子115和116之间的阻抗变化约为1个检测单元107的情况时的45倍。由此磁场的检测灵敏度也约为45倍。在本实施例的结构中，相邻的检测部106a之间的间隔与图22的相比能做得更窄，因此衬底41上的检测单元107的配置密度变高。从而能够采用小型的衬底41作成高灵敏度的磁检测元件。上述实施例5至7的检测单元107不只限于图1(b)的结构和元件，也可以将上述实施例1至4的磁检测元件用于检测单元107。
《第8实施例》图24是本发明的第8实施例的磁检测元件的平面图。图24的检测单元107a，与第1磁铁心11由2个磁铁心44、45构成的图10所示的磁检测元件实质相同。其它的结构与图23的相同。检测单元107a的灵敏度比图23的检测单元107的灵敏度要高，所以本实施例的磁检测元件具有比上述图23的磁检测元件更高的检测灵敏度。
《第9实施例》参照图25的平面图来说明本发明的第9实施例的磁检测元件。图25中，检测单元107与图23的检测单元107相同。图25中，左右两端的检测部106c的纵向长度比其内侧的检测部106d的纵向长度要短。进一步，检测部106d的长度比中央部106e的长度106e的长度要短。以下详细说明由该结构得到的作用效果。
发明人发现，例如当将图23所示的磁检测元件置于用箭头100所示的方向的强度均匀的磁场中时，则穿过两端部的检测部106f的磁力线的数量比穿过中央部的检测部106g的磁力线的数量要多。即，穿过9个检测部106a的磁力线的磁通密度是不均匀的。因此，从导线122a至122e，在位于中央部的检测部106g的部分和位于端部的检测部106f的部分，磁场产生的阻抗变化量是不同的。由于该影响，将磁检测元件置于不均匀的磁场时，测量值随着磁检测元件的位置而变化，不能得到正确的测量值。
众所周知，一般将磁体置于均匀的磁场中时，沿着磁场方向长度较长的磁体的磁通密度，比长度较短的磁体的磁通密度更高。该现象是由在沿着磁场方向的方向上在磁体上产生的反磁性的作用而产生的。
本实施例中，由于如图25所示，使检测部106d的长度比中央部的检测部106e的要短，两端的检测部106c的长度比检测部106d更短，在均匀的磁场100中，检测部106c、106d和106e的磁通密度相等。由此，能够获得解决了上述图23所示的磁检测元件所具有的问题点的磁检测元件。
还有，使用上述第7、第8和第9实施例的磁检测元件构成磁检测器时，使用图31的检测电路。
《第10实施例》参照图26至图28来说明本发明的第10实施例的磁检测元件160。图26是磁检测元件160的平面图。图27是在图26中用点划线围成的检测单元150的XXVII-XXVII剖面图。图26所示的本实施例的磁检测元件将5个具有同样结构的上述检测单元150纵向连结，并将此称为检测部165。进一步，横向并行配置9个检测部165，由45个检测单元150构成本实施例的磁检测元件160。检测单元150的个数不只限于45个，该个数量仅仅是一个示例而已。在图27的检测单元150的剖面图中，在衬底41的上采用薄膜成形技术形成软磁性膜的第1磁铁151。在磁铁心151的一部分上隔着SiO2膜的绝缘膜152形成第1导线153a。在第1导线153a的上隔着SiO2膜的绝缘膜154形成第2导线155a。进一步，在第2导线155a的上形成SiO2膜的绝缘膜156。在绝缘膜156上以及磁铁心151上形成由软磁性膜的磁铁心158。磁铁心158成模为使其两斜面部158a的厚度比其它部分的要薄、斜面部158a的剖面积比其他部分的要小。在磁铁心158上形成SiO2膜的绝缘膜159，在绝缘膜159的上的右端部形成导体的连接线140a。
对于图26所示的磁检测元件160，首先来说明第1导线153a～153e的连接。图26的9个检测部165中，最上面横列的9个检测单元150的各导线153a串联连接。同样，从上开始的第2横列的9个检测单元150的各导线153b串联连接，从上开始的第3横列的9个检测单元150的各导线153c串联连接。从上开始的第4横列的9个检测单元150的导线153d串联连接，最下面的横列的9个检测单元150的各导线153e串联连接。导线153a的左端由横向通过9个检测部165上面的连接线140a连接至端子115。导线153a的右端由横向通过9个检测部165的上面的连接线140b连接至导线153b的左端。同样地，导线153b的右端由连接线140c连接至导线153c的左端，导线153c的右端由连接线140d连接至导线153d的左端。导线153d的右端由连接线140e连接至导线153e的左端，导线153e的右端由连接线140f连接至端子116。其结果，导线153a～153e在端子115、116之间串联连接。
接着说明第2导线155a～155e的连接。在9个检测部165的图中，最上面横列的9个检测单元150的各导线155a串联连接。同样地，从上开始第2横列的9个检测单元150的各导线155b串联连接。从上开始的第3横列的9个检测单元150的各导线155c串联连接。从上开始的第4横列的9个检测单元150的各导线155d串联连接。最下面的横列的9个检测单元150的各导线155e串联连接。导线155a的左端连接至端子135。导线155a的右端与导线155b的右端连接，导线155b的左端与导线155c的左端连接。导线155c的右端与导线155d的右端连接，导线155d的左端与导线155e的左端连接。导线155e的右端与端子136连接。其结果，导线155a～155e在端子135、136之间串联连接。将串联连接的导线155a～155e表示为导线155。
使用本实施例的磁检测元件构成磁检测器时，使用图28所示的振荡型检测电路。图28中，将磁检测元件160的端子115、116连接至串联连接阻抗180的磁偏置用直流电源185。端子135、136连接到振荡电路500的逆变器电路551的输出输入之间。电极端子135、136上连接电容552、554的各自的一端，电容552、554的另一端连接到电路接地G。正的直流电压(+V)外加于逆变器电路551的电源端子553。该振荡电路500与具有电感的导线155组合而构成作为LC振荡器的一种的科耳皮滋(Colpitts)型振荡电路。振荡电路500的振荡频率例如10MHz。
由于从直流电源185经阻抗180流过导线140的直流电流，在各检测单元150的磁铁心151、158产生图27中用箭头170表示的磁通(以下，称为偏置磁通170)。由该偏置通170形成偏置磁场。当将该状态的磁检测器置于图28所示的外部磁场100中时，则由与上述各实施例的情况相同的作用，导线155的电感随着外部磁场100的变化而变化。由于导线155的电感的变化，图28所示的检测电路的振荡电路500的振荡频率发生变化并输出频率调制(FM)信号。通过用FM解调电路561来解调振荡电路500的频率调制信号，能够将振荡频率的变化量作为输出电平的变化量输出。由于振荡频率的变化对应于外部磁场的强度以及方向的变化，故通过用磁场检测电路来检测FM解调电路561的输出，能够检测外部磁场的强度和方向。
根据本实施例，磁检测元件160具有45个检测单元150，所以外部磁场的检测灵敏度是仅具有1个检测单元150的大约45倍，能够实现高灵敏度的磁检测元件。
由于流有偏置磁场用的直流电流的导线140与流有高频电流的导线155电气绝缘，所以能够将电磁偏置用的直流电源185的电压和振荡电路500的电源端子553的电压分别选定为任意的值。
而且，由于用频率的变化来检测外部磁场100的变化，因此，不容易受到作为来自外部的主影响的AM调制的电气噪声影响。
上述的各实施例中，虽然作为软磁性膜使用了FeTaN，但只要是实际导磁率高的Fe系、Co系金属磁性体膜、氧化物磁性体膜等磁性体，都可使用。虽然作为导电性金属膜使用了铜，但也可使用电阻率小的Au、Ag等的金属膜。而且，虽然作为绝缘膜使用了SiO2，但也可使用铝、玻璃等无机质的介质膜。而且，虽然衬底是使用了NiTiMg的陶瓷衬底，但也可使用AlTiC等其它陶瓷、玻璃系材料、碳衬底。虽然，作为非磁体部的材料使用了SiO2，但也可使用其它非磁体。虽然作为保护膜使用了SiO2，但也可使用铝等的其它介质、树脂等。
在制造方法中，虽然作为蚀刻方法主要采用了离子蚀刻处理，但也可采用湿式蚀刻等其它的蚀刻方法。虽然作为成膜方法主要通过溅射来进行，但也可采用蒸发、电镀等的方法。
产业上的引用性本发明的磁检测元件采用薄膜成形技术形成构成磁检测元件的、软磁性膜的2个磁铁心和由设在2个磁铁心之间的导电膜构成的导线。通过成模时调节成膜条件，采用蚀刻等的膜加工技术，在磁铁心的一部分缩小垂直于磁路的剖面的面积(剖面积)。在剖面积小的部分中，通过利用导磁率随着磁通密度的增加而减小这一作用，能够得到具有高磁性灵敏度的磁检测器。由于用薄膜形成磁铁心和导线，能够低成本地制造小型轻量的磁检测元件。
权利要求
1.一种磁检测元件，其特征在于，具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在所述第1磁铁心的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着所述导线形成在所述第1磁铁心上并且垂直于磁路的剖面的面积部分地不同。
2.一种磁检测元件，其特征在于，具有垂直于磁路的剖面的面积部分地不同的软磁性膜的第1磁铁心；形成在所述第1磁铁心的一部分的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着所述导线形成在所述第1磁铁心形成上并且使垂直于所述导线的边缘部附近的磁路的剖面的面积比其它部分小。
3.一种磁检测元件，其特征在于，具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在所述第1磁铁心上的一部分上的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着所述导线夹形成在所述第1磁铁心上，并且厚度比所述第1磁铁心薄。
4.一种磁检测元件，其特征在于，具有软磁性膜的第1磁铁心；形成在所述第1磁铁心上的一部分的导线；以及软磁性膜的第2磁铁心，夹着所述导线形成在所述第1磁铁心上，并且厚度比所述第1磁铁心厚。
5.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1以及第2磁铁心的至少一个的宽度在所述导线的附近为窄。
6.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2磁铁心在包含所述导线的区域中具有用于减小垂直于第2磁铁心的磁路的剖面面积的凹部或孔。
7.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，所述导线隔着绝缘膜夹在所述第1和第2的磁铁心之间。
8.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1磁铁心和第2磁铁心的部分地不同的剖面积的、小的部分和大的部分之比为3∶4以下。
9.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，使得所述第1和第2磁铁心的至少一个在所述导线的附近厚度为薄。
10.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，使得所述第1磁铁心在所述导线的边缘部附近的厚度为薄。
11.如权利要求1、2、3、4中的任何一项所述的磁检测元，其特征在于，使得所述第1和第2磁铁心的至少一个的、包含所述导线的区域的厚度部分地为薄。
12.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，在所述导线的周围设置沟，以使得垂直于所述第2磁铁心的磁路的剖面的面积比其它的部分要小。
13.如权利要求1至4中的任何一项所述的磁检测元件，其特征在于，在包含所述导线的区域中，所述第1磁铁心和第2磁铁心通过绝缘层来绝缘。
14.如权利要求1或2所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1磁铁心的端部区域具有双层结构。
15.如权利要求1至4中的任何一项所述的磁检测元件，其特征在于，所述导线的厚度比所述第1磁铁心和第2磁铁心的任何一个的厚度都要厚。
16.如权利要求15所述的磁检测元件，其特征在于，所述导线的厚度比所述第2磁铁心的厚度要厚。
17.如权利要求15或16所述的磁检测元件，其特征在于，所述导线的厚度与同被检测磁场的方向平行的方向的长度之比(厚度/长度)为4分之1以上。
18.一种磁检测元件，其特征在于，具有第1导线，形成在软磁性膜的第1磁铁心的一个面的规定区域；第2导线，形成在所述第1磁铁心的另一个面的、与所述第1导线相对的区域；第2磁铁心，形成在所述第1磁铁心的所述一个面和所述第1导线上；以及第3磁铁心，形成在所述第1磁铁心的所述另一个面和所述第2导线上。
19.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，垂直于所述第2和第3磁铁心的磁路的各个剖面的面积部分地不同。
20.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1和第2导线经各自的绝缘膜与所述第1、第2，以及第3的各磁铁心连接。
21.如权利要求19所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2和第3磁铁心的、剖面积小的薄的部分的厚度与剖面积大的厚的部分的厚度之比为3∶4以下。
22.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2和第3磁铁心的、与所述第1和第2的导线的周边部分相对的部分附近比其它部分要薄。
23.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2和第3磁铁心的、与所述第1和第2导线部分相对部分的一部分比其它的部分要薄。
24.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2和第3磁铁心在与所述第1和第2导线相对的部分上具有沟。
25.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2和第3磁铁心除去了所述第1和第2导线的周边区域。
26.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1磁铁心比所述第2和第3磁铁心要薄。
27.如权利要求18所述的磁检测元件，其特征在于，所述第1和第2导线的厚度比所述第2和第3磁铁心的厚度要厚。
28.一种磁检测器，其特征在于，具有剖面积部分地不同的软磁性膜的第1磁铁心；形成在所述第1磁铁心的一部分上的导线；软磁性膜的第2磁铁心，夹着所述导线形成在所述第1磁铁心和导线形成，并且垂直于磁路的剖面的面积部分地不同；磁偏置手段，向所述第1和第2磁铁心提供与被检测磁场的方向平行的方向的偏置磁场；以及交流载频信号发生器，使得在所述导线中在与所述被检测磁场方向正交的方向上流过交流电流。
29.一种磁检测器，其特征在于，具有第1导线，形成在软磁性膜的第1磁铁心的一个面的规定区域；第2导线，形成在所述第1磁铁心的另一个面的、与所述第1导线相对的区域；软磁性膜的第2磁铁心，形成在所述第1磁铁心的所述一个面和第1导线上、与磁路垂直的剖面的面积部分地不同；软磁性膜的第3磁铁心，形成在所述第1磁铁心的所述另一面和所述第2导线上、与磁路垂直的剖面的面积部分地不同；磁偏置手段，向所述第1、第2，以及第3磁铁心提供与被检测磁场的方向平行的方向的偏置磁场；以及在交流载频信号发生器，使得在所述第1和第2导线中在与所述被检测磁场正交的方向上流过交流电流。
30.如权利要求29所述的磁检测器，其特征在于，在所述第1和第2导线流过相互同相的交流载频电流，在所述第1导线和第2导线流过相互反方向的直流电流并且提供直流偏置磁场。
31.如权利要求29所述的磁检测器，其特征在于，所述第1导线的一端连接所述第2导线的一端，形成包围第1磁铁心的线圈。
32.如权利要求29所述的磁检测器，其特征在于，在所述第1导线和第2导线中流过相互反相位的交流载频电流，在所述第1和第2导线流过互相反方向的直流电流并供给直流偏置磁场。
33.一种磁检测元件，其特征在于，具有第1磁铁心，形成在非磁性衬底上，大致呈长方形；第1导线，在所述第1磁铁心上，在与所述长方形的第1磁铁心的长度方向相正交的方向上隔开规定的间隔地形成；软磁性膜的第2磁铁，夹着所述第1导线形成在所述第1磁铁心上，并且与磁路垂直的剖面的面积部分地不同；以及多个第2导线，串联连接所述多个第1导线。
34.如权利要求33所述的磁检测元件，其特征在于，在所述长度方向并行排列具有下述单元的多个磁检测元件，即第1磁铁心，形成在非磁性衬底上，大致呈长方形；第1导线，在所述第1磁铁心上，在与所述长方形的第1磁铁心的长度方向相正交的方向上隔开规定的间隔地形成；软磁性膜的第2磁铁，夹着所述第1导线形成在所述第1磁铁心上，并且与磁路垂直的剖面的面积部分地不同；以及多个第2导线，串联连接所述多个第1导线，并且，各检测元件的第1和第2导线都串联连接。
35.一种磁检测元件，其特征在于，具有多个第1磁铁心，并行形成在非磁性衬底上，并且大致呈长方形；多个的第1导线，在所述第1磁铁心上，在垂直于所述多个第1磁铁心的长度方向的方向上以规定的间隔地形成；第2磁铁心，夹着所述第1导线形成在所述多个第1铁心线上，并且垂直于磁路的剖面的面积部分地不同；以及第2导线，串联连接所述多个第1导线的全部。
36.如权利要求35所述的磁检测元件，其特征在于，使所述第2磁铁心的、所述第1导线的附近的厚度变薄。
37.如权利要求35所述的磁检测元件，其特征在于，使得并行形成在所述非磁性衬底上的大致呈长方形的多个第1磁铁心和第2磁铁心的、两端部的长度短于中央部的长度。
38.如权利要求33至35中的任何一项所述的磁检测元件，其特征在于，所述第2导线是形成在所述第2磁铁心上的导电体膜。
39.如权利要求33至35中的任何一项所述的磁检测元件，其特征在于，在所述第1磁铁心与第1导线之间、所述第1导线与第2磁铁心之间、以及第2磁铁心与第2导线之间，具有绝缘膜。
40.一种磁检测元件的制造方法，其特征在于，具有将软磁体的膜在非磁体的衬底上成膜为所希望的图形，形成第1磁铁心的工序；将所希望的图形的导电体膜成膜在所述第1磁铁心的规定区域，形成导线的工序；将软磁性膜在所述第1磁铁心和导线上成膜成所希望的图形，形成第2磁铁心的工序；以及将所述第2磁铁心的规定部分的厚度减薄的工序。
41.一种磁检测元件的制造方法，其特征在于，具有将软磁体的膜在非磁体的衬底上成膜为所希望的图形，形成第1磁铁心的工序；将非磁性且绝缘性的膜在所述第1磁铁心上成膜为所希望的图形，形成第1绝缘膜的工序；将所希望的图形的导体的膜成膜在所述第1的绝缘膜的上，形成导线的工序；将非磁性并且绝缘性的膜的第2的绝缘膜形成在所述导线上的工序；将软磁性膜在所述第1绝缘膜和第2绝缘膜的上成膜为所希望的图形，并且形成剖面积部分地不同的第2磁铁心的工序；以及将软磁性膜形成在所述第1磁铁心的面的端部区域，并且将所述第1磁铁心的端部增厚的工序。
全文摘要
磁检测元件通过在软磁性膜的第1磁铁心与垂直于磁路的剖面积部分地为较小的第2磁铁心之间夹有导线而构成，在导线上流有产生直流偏置磁场的直流电流和高频载频信号。选定直流电流选定以使得上述第2磁铁心的剖面积小的部分为适当直流偏置磁场强度。当将该磁检测元件置于外部磁场中时，因外部磁场强度，直流偏置磁场强度发生变化，导线的载频信号电平也发生变化。以电气信号的变化来获取载频信号电平的变化，以检测磁场的强度和方向。
文档编号G01R33/02GK1643391SQ03807190
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月24日 优先权日2002年3月27日
发明者村松小百合, 高橘健, 戶崎善博, 村田明夫 申请人:松下电器产业株式会社