磁传感器的制作方法

1.本发明涉及磁传感器，特别涉及用于检测极微弱的磁场的磁传感器。


背景技术：

2.作为磁传感器，已知有如专利文献1中记载的那样，基于磁阻元件的电阻值变化检测磁场的朝向和强度的类型的磁传感器。专利文献1中记载的磁传感器通过将磁阻元件弯折成蜿蜒状来确保充分的电阻值，并且通过配置将磁阻元件分断的多个硬磁性体(磁铁)，对磁阻元件施加磁偏置(magnetic bias)。如果对磁阻元件施加磁偏置，则理想情况下磁阻元件被单磁畴化，因此能够降低与检测信号重叠的不规则噪声。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利第5066579号公报


技术实现要素：

发明所要解决的问题
4.但是，专利文献1中记载的磁传感器因为磁阻元件弯折成蜿蜒状，所以在磁阻元件的某个区间流动的电流的流向与在其它区间流动的电流的流向彼此相反。与此相对，磁偏置的方向在磁阻元件的全区间都相同，因此磁偏置的方向与电流的流动方向的关系因区间而异。其结果是，不能充分降低不规则噪声，难以检测极微弱的磁场。
5.因此，本发明的目的在于，在使用磁阻元件的磁传感器中，通过有效地降低不规则噪声，来检测极微弱的磁场。用于解决问题的方式
6.本发明的磁传感器的特征在于，具备：第一磁阻条，其由隔着赋予磁偏置的多个硬磁性体而在第一方向上排列的多个磁阻元件构成；第一和第二铁磁性膜，其隔着沿第一方向延伸的第一磁隙，而在与第一方向交叉的第二方向上排列；以及第一和第二端子电极，第一磁阻条通过配置在第一磁隙的附近，而沿第二方向被施加检测磁场，第一磁阻条的第一方向上的一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第一端子电极连接，第一磁阻条的第一方向上的另一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第二端子电极连接。
7.根据本发明，因为第一磁阻条具有无折返的直线的形状，所以磁偏置的方向与电流的流动方向的关系全区间恒定。由此，不因为不规则噪声大幅降低，所以能够检测极微弱的磁场。
8.在本发明中，也可以是，第一和第二铁磁性膜与多个磁阻元件和多个硬磁性体具有重叠。由此，能够更有效地对多个磁阻元件施加检测磁场。
9.本发明的磁传感器也可以是，还具备：第一端部硬磁性体，其配置在第一磁阻条的一端；以及第二端部硬磁性体，其配置在第一磁阻条的另一端，第一和第二铁磁性膜与第一
和第二端部硬磁性体不重叠。由此，由第一和第二铁磁性膜集磁的检测磁场不易被摄入第一和第二端部硬磁性体，因此能够进一步有效地对第一磁阻条施加检测磁场。
10.在本发明中，也可以是，第一磁阻条包含将多个磁阻元件相互连接，电阻值比磁阻元件和硬磁性体低的低电阻膜，低电阻膜的一部分配置在磁阻元件与硬磁性体之间。由此，即使在硬磁性体的电阻值高的情况下也能够确保第一磁阻条的导电性，并且使得硬磁性体与磁阻元件之间的电阻屏障变小，因此能够更有效地抑制电不规则噪声。
11.本发明的磁传感器也可以是，还具备：第二磁阻条，其由隔着赋予磁偏置的多个硬磁性体而在第一方向上排列的多个磁阻元件构成；第三铁磁性膜；以及第三端子电极，第一和第三铁磁性膜隔着沿第一方向延伸的第二磁隙而在第二方向上排列，第二磁阻条通过配置在第二磁隙的附近，而沿第二方向被施加检测磁场，第二磁阻条的第一方向上的一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第三端子电极连接，第二磁阻条的第一方向上的另一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第一端子电极连接，在第一和第二磁阻条流动的电流的方向彼此相同，施加于第一和第二磁阻条的磁偏置的方向彼此相同。由此，由第一和第二磁阻条构成半桥电路，因此能够进一步提高检测灵敏度。
12.本发明的磁传感器也可以是，还具备：补偿线圈，其对第一和第二磁阻条赋予抵消磁场，补偿线圈包含沿着第一磁阻条沿第一方向延伸的第一区间、和沿着第二磁阻条沿第一方向延伸的第二区间，在第一区间与第二区间流动的电流的方向彼此相反。由此，能够对第一和第二磁阻条进行闭环控制。
13.本发明的磁传感器也可以是，还具备：第三和第四磁阻条，其由隔着赋予磁偏置的多个硬磁性体而在第一方向上排列的多个磁阻元件构成；以及第四端子电极，第一和第二铁磁性膜还形成沿第一方向延伸的第三磁隙，第一和第三铁磁性膜还形成沿第一方向延伸的第四磁隙，第三磁阻条通过配置在第三磁隙的附近，而沿第二方向被施加检测磁场，第四磁阻条通过配置在第四磁隙的附近，而沿第二方向被施加检测磁场，第三磁阻条的第一方向上的一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第三端子电极连接，第三磁阻条的第一方向上的另一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第四端子电极连接，第四磁阻条的第一方向上的一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第二端子电极连接，第四磁阻条的第一方向上的另一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与第四端子电极连接，在第一至第四磁阻条中流动的电流的方向彼此相同，施加于第一至第四磁阻条的磁偏置的方向彼此相同。由此，由第一～第四磁阻条构成全桥电路，因此能够再进一步提高检测灵敏度。
14.本发明的磁传感器也可以是，还具备：补偿线圈，其对第一至第四磁阻条赋予抵消磁场，补偿线圈包含沿着第一磁阻条沿第一方向延伸的第一区间、沿着第二磁阻条沿第一方向延伸的第二区间、沿着第三磁阻条沿第一方向延伸的第三区间、和沿着第四磁阻条沿第一方向延伸的第四区间，在第一区间与第三区间流动的电流的方向彼此相同，在第二区间与第四区间流动的电流的方向彼此相同，在第一区间与第二区间流动的电流的方向彼此相反。由此，能够对第一～第四磁阻条进行闭环控制。发明的效果
15.这样，根据本发明，因为不规则噪声被大幅降低，所以能够检测极微弱的磁场。
附图说明
16.图1是用于说明本发明的第一实施方式的磁传感器1的结构的概略俯视图。图2的(a)是沿图1所示的a-a线的概略截面图，图2的(b)是沿图1所示的b-b线的概略截面图。图3是用于说明变形例的磁阻条s的结构的示意图，(a)是xy俯视图，(b)是yz截面图。图4是用于说明本发明的第二实施方式的磁传感器2的结构的概略截面图。图5是用于说明本发明的第二实施方式的磁传感器2的结构的概略俯视图。图6是用于说明磁阻条s1、s2和补偿线圈c与端子电极e11～e13、e15、e16的连接关系的示意图。图7是用于说明本发明的第三实施方式的磁传感器3的结构的概略俯视图。图8是用于说明磁阻条s1～s4和补偿线圈c与端子电极e11～e16的连接关系的示意图。
具体实施方式
17.以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施方式。
18.＜第一实施方式＞图1是用于说明本发明的第一实施方式的磁传感器1的结构的略俯视图。此外，图2的(a)是沿图1所示的a-a线的概略截面图，图2的(b)是沿图1所示的b-b线的概略截面图。
19.如图1和图2所示，第一实施方式的磁传感器1具备沿y方向延伸的磁阻条s和在x方向上排列的2个铁磁性膜m1、m2。磁阻条s隔着绝缘膜12在传感器基板11上形成，由隔着多个硬磁性体(磁铁)h而在y方向上排列的多个磁阻元件r构成。作为磁阻元件r的材料，只要是电阻值根据磁场的朝向和强度变化的材料就没有特别限定。磁阻元件r在y方向上被多个硬磁性体h隔断，通过由硬磁性体h被施加的磁偏置而实际上被单磁畴化。由此，起因于磁畴的紊乱的不规则噪声降低。为了将磁阻元件r可靠地单磁畴化，优选令各个磁阻元件r的y方向上的长度为几μm左右。
20.磁阻条s被保护膜13覆盖。而且，在保护膜13的表面设置有铁磁性膜m1、m2。铁磁性膜m1、m2隔着沿y方向延伸的磁隙g而在x方向上排列。在本实施方式中，在从z方向看的俯视图中，磁隙g与磁阻条s具有重叠。更具体而言，与磁阻条s的x方向上的宽度相比磁隙g的x方向上的宽度更窄，因此，从z方向看，铁磁性膜m1、m2与磁阻元件r和硬磁性体h具有部分重叠。由此，从铁磁性膜m1朝向铁磁性膜m2的检测磁场，或者从铁磁性膜m2朝向铁磁性膜m1的检测磁场，在x方向上施加于磁阻条s。不过，在本发明中，磁隙g与磁阻条s在z方向上具有重叠并非必须，只要在磁隙g的附近，即在由磁隙g形成的磁路上配置有磁阻条s，并且由此对磁阻条s施加有x方向的检测磁场，则磁隙g与磁阻条s的位置关系就无所谓。
21.如图1所示，磁阻条s的y方向上的一端与端子电极e1连接，另一端与端子电极e2连接。更具体而言，磁阻条s的y方向上的一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与端子电极e1连接，磁阻条s的y方向上的另一端不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地与端子电极e2连接。即，在本实施方式中，磁阻条s为不具有折返结构的直线的形状。端子电极e1、e2与未图示的检测电路连接，能够基于端子电极e1、e2间的电阻值，测定检测磁场。
22.这样，本实施方式的磁传感器1因为磁阻条s是不具有折返结构的直线的形状，所以与具有将磁阻条s呈蜿蜒状折返的形状的情况不同，磁偏置的方向d与电流的流动方向的关系在全区间恒定。由此，因为不规则噪声大幅降低，所以能够检测极微弱的磁场。
23.此外，在本实施方式中，磁阻条s的一端和另一端分别被端部硬磁性体h1、h2覆盖。端部硬磁性体h1、h2与其它硬磁性体h相比y方向上的尺寸较大。而且，铁磁性膜m1、m2设置在从z方向看与端部硬磁性体h1、h2不重叠的位置，因此由铁磁性膜m1、m2集磁的检测磁场不易被摄入端部硬磁性体h1、h2。由此，能够有效地对磁阻条s施加检测磁场。
24.图3是用于说明变形例的磁阻条s的结构的示意图，(a)是xy俯视图，(b)是yz截面图。
25.图3所示的磁阻条s进一步包括低电阻膜14。低电阻膜14由与磁阻元件r和硬磁性体h相比电阻值低的材料构成，通过将在y方向上相邻的磁阻元件r在绝缘膜12的表面部分相互连接，发挥使磁阻条s低电阻化的作用。由此，即使在硬磁性体h的电阻值高的情况下也能够确保磁阻条s的导电性。低电阻膜14是覆盖绝缘膜12的表面、磁阻元件r的侧面和上表面的薄膜。而且，在低电阻膜14的上表面部分埋入有硬磁性体h。由此，低电阻膜14的一部分介于磁阻元件r与硬磁性体h之间，因此磁阻元件r与硬磁性体h之间的电阻屏障变小，能够更有效地抑制电不规则噪声。
26.＜第二实施方式＞图4和图5分别是用于说明本发明的第二实施方式的磁传感器2的结构的概略截面图和概略俯视图。
27.如图4和图5所示，第二实施方式的磁传感器2具备在传感器基板21上依次叠层的绝缘膜22～25、设置在绝缘膜22的表面的补偿线圈c、设置在绝缘膜23的表面的2个磁阻条s1、s2、和设置在绝缘膜24的表面的3个铁磁性膜m11～m13。
28.磁阻条s1、s2均由隔着多个硬磁性体h而在y方向上排列的多个磁阻元件r构成。由硬磁性体h施加的磁偏置的方向d在磁阻条s1、s2相同。此外，铁磁性膜m11、m12隔着沿y方向延伸的磁隙g1而在x方向上排列，铁磁性膜m11、m13隔着沿y方向延伸的磁隙g2而在x方向上排列。而且，在与磁隙g1重叠的位置配置有磁阻条s1，在与磁隙g2重叠的位置配置有磁阻条s2。
29.进一步，本实施方式的磁传感器2具备设置在传感器基板21的上表面侧的外部磁性体26、和覆盖传感器基板21的背面和侧面的外部磁性体27。外部磁性体26、27由铁氧体等软磁性材料构成，发挥对z方向的检测磁场高效地集磁的作用。外部磁性体26设置在隔着绝缘膜25而覆盖铁磁性膜m11的位置，由此，由外部磁性体26集磁的z方向的检测磁场被摄入铁磁性膜m11，经由磁隙g1、g2而被分配至铁磁性膜m12、m13。而且，从铁磁性膜m11朝向铁磁性膜m12的检测磁场在-x方向上施加于磁阻条s1，从铁磁性膜m11朝向铁磁性膜m13的检测磁场在+x方向上施加于磁阻条s2。即，在磁阻条s1、s2，成为彼此反向地被施加检测磁场。
30.如图6所示，磁阻条s1的y方向上的一端与端子电极e11连接，另一端与端子电极e12连接。此外，磁阻条s2的y方向上的一端与端子电极e13连接，另一端与端子电极e11连接。由此，磁阻条s1、s2构成半桥电路。在本实施方式中，端子电极e11～e13与磁阻条s1、s2也不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地连接。由此，只要从端子电极e12向端子电极e13流动电流，则在磁阻条s1向以箭头i11表示的方向流动电流，在磁阻条s2向以箭头i12表
示的方向流动电流。也就是说，在磁阻条s1、s2，向彼此相同的方向流动电流。而且，在磁阻条s1、s2，因为检测磁场彼此反向地被施加，所以只要通过未图示的检测电路监视端子电极e11的电位，就能够测定检测磁场的朝向和强度。
31.进一步，如图6所示，补偿线圈c的一端与端子电极e15连接，补偿线圈c的另一端与端子电极e16连接。补偿线圈c为了对磁阻条s1、s2赋予抵消磁场而设置，由此能够进行所谓的闭环控制。补偿线圈c包含沿着磁阻条s1沿y方向延伸的区间c1和沿着磁阻条s2沿y方向延伸的区间c2。而且，当从端子电极e15向端子电极e16流动电流时，在区间c1向以箭头i21表示的方向流动电流，在区间c2向以箭头i22表示的方向流动电流。也就是说，在区间c1、c2，彼此反向地流动电流。由此，能够通过补偿线圈c抵消彼此反向地向磁阻条s1、s2施加的检测磁场。
32.这样，本实施方式的磁传感器2虽然具备2个磁阻条s1、s2，但是它们不采用折返结构，而以彼此向相同方向流动电流的方式接线。由此，磁偏置的方向与电流的流动方向的关系在磁阻条s1、s2的全区间恒定。其结果是，不规则噪声大幅下降，因此能够检测极微弱的磁场。
33.＜第三实施方式＞图7是用于说明本发明的第三实施方式的磁传感器3的结构的概略俯视图。
34.如图7所示，第三实施方式的磁传感器3与第二实施方式的磁传感器2不同之处在于，进一步形成有在铁磁性膜m11、m12间沿y方向延伸的磁隙g3，进一步形成有在铁磁性膜m11、m13间沿y方向延伸的磁隙g4，在与磁隙g3重叠的位置配置有磁阻条s3，在与磁隙g4重叠的位置配置有磁阻条s4。磁阻条s3、s4均由隔着多个硬磁性体h而在y方向上排列的多个磁阻元件r构成。由硬磁性体h施加的磁偏置的方向d与磁阻条s1～s4相同。
35.由此，经由外部磁性体26被摄入铁磁性膜m11的检测磁场经由磁隙g1～g4而被分配至铁磁性膜m12、m13。而且，从铁磁性膜m11朝向铁磁性膜m12的检测磁场在-x方向上施加于磁阻条s1、s3，从铁磁性膜m11朝向铁磁性膜m13的检测磁场在+x方向上施加于磁阻条s2、s4。也就是说，在磁阻条s1、s3与磁阻条s2、s4，成为彼此反向地被施加检测磁场。
36.如图8所示，磁阻条s1的y方向上的一端与端子电极e11连接，另一端与端子电极e12连接。此外，磁阻条s2的y方向上的一端与端子电极e13连接，另一端与端子电极e11连接。进一步，磁阻条s3的y方向上的一端与端子电极e13连接，另一端与端子电极e14连接。而且，磁阻条s4的y方向上的一端与端子电极e12连接，另一端与端子电极e14连接。由此，磁阻条s1～s4构成全桥电路。在本实施方式中，端子电极e11～e14与磁阻条s1～s4也不经由被施加检测磁场的其它的磁阻元件地连接。由此，只要从端子电极e11向端子电极e14流动电流，则在磁阻条s1～s4分别向以箭头i11～i14表示的方向流动电流。也就是说，在磁阻条s1～s4，向彼此相同的方向流动电流。而且，因为在磁阻条s1、s3与磁阻条s2、s4，彼此反向地被施加检测磁场，所以只要通过未图示的检测电路对端子电极e12、e13间的电压进行监视，就能够测定检测磁场的朝向和强度。
37.进一步，如图8所示，补偿线圈c的一端与端子电极e15连接，补偿线圈c的另一端与端子电极e16连接。补偿线圈c为了对磁阻条s1～s4赋予抵消磁场而设置，由此能够进行所谓的闭环控制。补偿线圈c包含沿着磁阻条s1沿y方向延伸的区间c1、沿着磁阻条s2沿y方向延伸的区间c2、沿着磁阻条s3沿y方向延伸的区间c3、和沿着磁阻条s4沿y方向延伸的区间
c4。而且，当从端子电极e15向端子电极e16流动电流时，在区间c1～c4分别向以箭头i21～i24表示的方向流动电流。也就是说，在区间c1、c3与区间c2、c4，彼此反向地流动电流。由此，能够通过补偿线圈c抵消彼此反向地施加于磁阻条s1、s3与磁阻条s2、s4的检测磁场。
38.这样，本实施方式的磁传感器3虽然具备4个磁阻条s1～s4，但是它们不采用折返结构，而以彼此向相同方向流动电流的方式接线。由此，磁偏置的方向与电流的流动方向的关系在磁阻条s1～s4的全区间恒定。由此，不规则噪声大幅下降，因此能够检测极微弱的磁场。
39.以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，不过本发明并不限定于上述的实施方式，而能够在不脱离本发明的主旨的范围进行各种各样的变更，这些变更当然也包含在本发明的范围内。符号的说明
40.1～3磁传感器11传感器基板12绝缘膜13保护膜14低电阻膜21传感器基板22～25绝缘膜26、27外部磁性体c补偿线圈c1～c4区间d磁偏置的方向e1、e2、e11～e16端子电极g、g1～g4磁隙h硬磁性体h1、h2端部硬磁性体m1、m2、m11～m13铁磁性膜r磁阻元件s、s1～s4磁阻条