专利名称：磁电变换元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件及其制造方法，尤其涉及一种能通过物品磁场变化而识别物品真伪的磁电变换元件及其制造方法。
背景技术：
目前，使用锑化铟材料InSb(简称InSb)等磁敏元件组成的磁电变换元件(也称为磁敏传感器)用于检测纸叶状媒体的磁性的手段是众所周知的。磁敏传感器是利用对磁场敏感的半导体InSb晶体(以后称MR芯片)做成的传感器，它可随磁场的变化而改变MR芯片的阻值，将磁场的变化或磁性体的有无检测出，用电压的形式输出。使用磁敏元件的磁敏传感器的一般构造如图1所示，由至少两个成对的磁敏元件11和12串联连接，磁敏元件11的另一端与电源相接，磁敏元件12的另一端与地相接，来构成分压电路。
另外，我们知道一般磁敏元件的磁通量密度在0.1T(特斯拉，磁通量单位)左右，对其施加此密度以上的磁通量时，磁敏传感器的线性越好，输出越高，则磁电变换元件的灵敏度越高。加于MR芯片的磁场过小时，其电阻的变化率也小，此时，为了提高传感器感度，通常的做法是通过用永久磁铁加偏磁，使传感器处于高感度状态，这样，传感器就可以检测磁性物质了。方法如图2所示，在由二个一对的磁敏元件11和12的附近且能产生垂直于磁敏元件11和12的磁场的地方粘接固定永久磁铁21，即可起到偏磁的作用。当导磁体接近此磁场时磁场发生变化，磁场大小变化了则磁敏元件11和12的阻值也变化，因此磁敏元件11和12的节点的电压值也随之变化，从而可得到输出电压。
如图3所示，公知的二个一对的磁敏元件11和12的制造方法是在用玻璃和软性铁氧体等素材作成的基板31的上面，利用蒸着或蚀刻法等来形成。基板31的平面度和平行度要求很高，而且要求是电阻率高的材料。基板31的上面被加工形成多组磁敏元件，然后用切割机沿X、Y切割线32连同基板一起切断，从而获得多个二个一对的磁敏元件11和12。每个被切割下来的由二个一对的磁敏元件11和12连同基板31、永久磁铁21以及外壳等构成磁电变换元件。如图4所示，隔着支撑磁敏元件11和12的基板31的下面固定着永久磁铁21。有时如图5所示，将永久磁铁21固定在电路基板51上。
对于上述的磁敏传感器来说，只有二个一对的磁敏元件11和12的两方获得的磁场强度越接近、其双方的电阻值越接近、磁电变换元件特性才越好。
一般磁敏传感器使用的永久磁铁是直径和高在4～5mm的圆柱体。其永久磁铁的磁通量密度如图6所示以中心位置为轴左右对称，随位置不同磁场强度有所不同。并有随离永久磁铁的表面距离的加大而磁通量密度衰减的趋势。正因为此原因、如图7，图8，图9所示，由二个一对的磁敏元件11和12连同基板31所构成的磁电变换元件与永久磁铁21的中心位置微有偏移71、或微有倾斜81，或产生不平行91等问题时、对二个一对的磁敏元件11和12来说、获得同等的磁通量是很困难的。为了减少微量偏移71、微量倾斜81、微量不平行91等方面的影响，常采用将永久磁铁的面积加大或把永久磁石表面与磁敏元件的距离稍稍加大等办法。不过，磁敏元件11和12与永久磁铁21的距离增大，则其得到的磁通密度变小，为此必须采用高价格的能获得高表面磁通量的永久磁铁或厚度大的永久磁铁来给与补偿。
实际上，以上的各种办法的采用，对磁敏元件11和12来说，要获得同等的磁通量还是不容易的，获得几乎有同等的电阻值这种特性好的磁电变换元件也是非常困难的。另外，因为磁敏元件11和12和永久磁铁21之间有粘接着许多中介部品的粘接层以及制造上的粘接工序的增多，很容易产生倾斜度91的问题。
同时，不仅仅二个一对的磁敏元件11和12连同基板31构成的磁电变换元件与永久磁铁21之间有微量偏移71、微量倾斜81、微量不平行91等，会造成两个成对的磁敏元件11和12的阻抗值有差异，并且随环境温度的变化也会造成这一对磁敏元件11和12的阻抗值变化率不一致，如图10所示。因此磁敏元件11和12相串联处的输出电压值(以下简称中点电压)、也会随环境温度的变化而波动。
即加工过程中基板31的平面度和平行度、基板31的材料、永久磁铁21的位置固定要求精度都很高。组装过程中产生的诸多不利的因素以及环境的温度都会影响产品的精度、对称性和抗干扰能力。
发明内容
为了克服现有的磁电变换元件结构的不足，本发明的一个目的在于提供一种制造工序大为减少，小型、精度高、价格低的磁电变换元件。
为了克服现有的磁电变换元件制造方法的不足，本发明的另一个目的在于提供一种小型、精度高、价格低的磁电变换元件的制造方法，其制造工序大为减少。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件，包括磁敏元件、永久磁铁、固定板、导线以及外壳，其特征在于所述磁敏元件为一对的磁敏元件组，并由树脂紧粘接在永久磁铁的上方；所述磁敏元件组和永久磁铁粘接并固定在固定板上方。
一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件的制造方法，其特征在于包含如下步骤1.将锑化铟材料InSb薄板加工形成多组成对的磁敏元件组；2.将上述多组成对的磁敏元件组与未磁化的永久磁铁素材用树脂粘接；
3.将成对的磁敏元件连同永久磁铁素材一起切断；4.对切断后的每一块单一的永久磁铁素材进行磁化成为永久磁铁；5.将被分割的成对的磁敏元件组连同永久磁铁一道粘接固定在固定板上。
本发明的有益效果是，磁电变换元件使用永久磁铁作为支撑随磁场变化而变化的磁敏元件的基板，同时替代了图4、图5所示现有技术中的基板31和作为偏磁的永久磁铁，结构简单。本发明的磁电变换元件，其磁敏元件11和12与永久磁铁21的偏移量和倾斜度小，磁敏元件11和12能获得同等的磁通量，其电阻值接近，随温度变化磁电变换元件的中点电压的波动也降低了。使用本发明的制造方法，减少了制造工序，提供了一种小型、精度高、价格低的磁电变换元件。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术中的磁敏元件的连接方法示意图；图2是现有技术中磁敏元件在加磁场情况下的模式图；图3是现有技术中磁电变换元件的制造方法示意图；图4是现有技术中磁电变换元件和永久磁铁固定的模式示意图；图5是现有技术中磁电变元件和永久磁铁以及电路基板的固定的模式示意图；图6是通常永久磁铁的垂直方向磁通量密度增减率示意图；图7是现有技术中磁敏元件对于永久磁铁中心的偏移现象示意图；图8是现有技术中磁敏元件对于永久磁铁的倾斜现象示意图；图9是现有技术中磁敏元件对于永久磁铁的不平行现象示意图；图10是磁敏元件随温度变化而电阻值变化率和中点电压变化率统计图；图11是本发明的磁电变换元件的磁敏元件制造方法示意图；图12是本发明的磁电变换元件的磁敏元件切割造成的切断粉吸附于永久磁铁上的示意图；图13是本发明的磁电变换元件相互间的吸着示意图；图14是本发明的磁电变换元件的切断方法示意图；图15是本发明的用磁电变换元件的磁电变换元件的模式图；图16是本发明的电路示意图；图17是现有技术中的磁电变换元件和本发明制作的磁电变换元件的中点电压比较图；图18是现有技术中的磁电变换元件和本发明制作的磁电变换元件的中点电压的变化量比较图。
附图符号的说明
11、12-磁敏元件；21-永久磁铁；22-磁力线；31-基板；32-切割线；51-固定板；71-磁电变换元件对于永久磁铁的偏移；81-磁电变换元件对于永久磁铁的倾斜度；91-磁电变换元件对于永久磁铁的不平行度；111-永久磁铁素材；112-粘接树脂；121-永久磁铁的切断粉；122-被磁化的永久磁铁；131-永久磁铁的吸引力；141-切割刀；151-外壳；152-金属线；153-垫片；154-导线；155-封装树脂；161-固定阻抗。
具体实施例方式
本发明的发明点在于，磁电变换元件使用小型永久磁铁作为支撑随磁场变化而变化的磁敏元件的基板，替代了图4、图5所示现有技术中的基板31，小型永久磁铁不仅起到基板的作用，同时又可以起到偏磁的作用。
用本发明制作的磁电变换元件，其结构和位置关系如图15所示，11和12为一对被分割的磁敏元件，所述磁敏元件可采用锑化铟材料；磁敏元件11和12用树脂112粘接在小型永久磁铁122上方。被分割的二个一对的磁敏元件11、12和永久磁铁122粘接固定在固定板51上。固定板51和磁电变换元件由金属线152进行电气连接。为使外壳151的内侧留有一定的间距，将垫片153放入磁敏元件11、12两侧，并与磁敏元件11、12保持适当间距，所述垫片153下端固定在固定板51上，上端可用来支撑外壳151。外壳151的内部用环氧树脂155来封装。固定板51的导线154连接固定板51，并从磁电变换元件下方引出。所述外壳可以为金属壳，所述固定板51可以为电路板。
由于，磁敏元件11和12与永久磁铁122相邻设置，即距离减小，则其得到的磁通密度变大，为此不必采用高价格的能获得高表面磁通量的永久磁铁或厚度大的永久磁铁，仅仅小型永久磁铁即可发挥作用，在此，大大降低了制造和物料成本。
以下为本发明磁电变换元件的制造方法的详细说明以前的磁电变换元件，是在玻璃和软性铁氧体等素材做成的基板31上加工形成多个磁敏元件，然后用切割机切断下来。而本发明如图11所示，在未磁化的永久磁铁素材111上面加工形成出许多磁敏元件11和12，利用可控制在微米内的切割机精确地将磁敏元件11和12连同永久磁铁素材111一起切断，然后再对切断后的每一块单一的永久磁铁素材111进行磁化后作为磁电变换元件的永久磁铁。如果不这样，而是将永久磁铁111磁化后再切断的话、则产生图12表示的情况即永久磁铁122被切断后，会产生磁粉121，这个磁粉吸附在小型永久磁铁122表面会影响永久磁铁素材的特性。更不利的是如图13所示磁化后的小型永久磁铁122被切断后，其相互之间被吸引力131相互吸着，会使磁敏元件11和12破损。
本发明使二个一对的磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁铁122的中心可以很精确地保证一致，磁敏元件11和12可获得同等的磁通量。同时，制造粘接工序因为采用了永久磁铁素材111与被加工形成的多个成对的磁敏元件11和12粘接在1块薄板上的方法、虽然这种粘接方法也会稍稍产生倾斜度，但是1块直径50mm以上的薄板，切断后的磁敏元件仅1mm左右，与以前的一个一个粘接的制造方法相比，倾斜度减小。同时制造上也没有其他粘接工序了、不发生倾斜度的累积。
按图顺来阐述本发明的具体实施过程。所要阐述的内容是在永久磁铁素材111上粘接通过蚀刻法加工形成的磁敏元件11和12形成磁电变换元的制造过程。图11所示的是在1块InSb薄板上，通过蚀刻法来加工形成多个磁敏元件11和12。将此薄板上与经研磨后具有高平行度和高表面精度的永久磁铁素材111用树脂112粘接。为了提高永久磁铁素材111的平面度和表面精度，可以采取平面研磨加工。为了提高永久磁铁素材111和磁敏抗素子11和12的电气绝缘性，作为粘接用树脂112，要用体积阻抗率×1015Ω·cm以上的粘接用树脂。作为永久磁铁素材111，要在体积阻抗率×104Ω·cm以上，可以选择永久磁铁素材中体积阻抗率高的铁氧系来作为永久磁铁素材，如果选用能保持充分绝缘的其他永久磁铁素材也可以。
这之后请看如图14。用切割机141沿着切割线32精确地切割，分割成多个二个一对的磁敏元件。因为这时永久磁铁素材111没被磁化，所以不会有磁粉吸着问题。当然被切割后的由成对的磁敏元件所构成的磁电变换元件，因为不产生吸引力，所以永久磁铁素材111也就不会互相吸引，磁敏元件11和12的排列与被分割前一样不会改变，所以也不会被损坏。这样切断后的由二个一对的磁敏元件11和12所构成的磁电变换元件的中心和永久磁铁素材111的中心是一致的。另外，从图6上也可以看到永久磁铁的垂直方向的磁通量密度以永久磁铁的中心距离0为轴来看左右是对称的，二个一对的磁敏元件11和12的中心和永久磁铁21以及被磁化的小型永久磁铁122的中心如果一致，磁敏元件11和12所通过的磁通量会一样的，那么磁敏元件11和12也可以有几乎相等的电阻值。
如图15所示，将被分割的二个一对的磁敏元件11和12粘接固定在固定板51上。固定板51和由二个一对的磁敏元件11和12所构成的磁电变换元件用金属线152进行电气连接。此后为使外壳151的内侧留有一定的间距，将垫片153放入后固定。外壳151的内部用环氧树脂155来封装。使用冲磁机对被固定在外壳151里面的小型永久磁铁122进行磁化后作为永久磁铁。另外，在被切割机分割分离后、一个一个对小型永久磁铁122进行磁化也可。
用这种方法制作的磁电变换元件，每对磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁铁122的中心一致，对于每对磁敏元件11和12来说，基本上能通过同等的磁通量。同时，不用像以前那样在磁敏元件11和12和永久磁铁之间粘接用作支撑磁敏元件的用玻璃和软件铁素体等作成的基板以及在其之间也不用粘接固定板，所以这些中介部件的粘接所产生的不平行91的情况也就没有了。这样，加工出来的磁电变换元件的磁敏元件11和12的电阻值几乎相等，从而使由于温度变化引起的中点电压的波动大大减小。
综上，本发明的一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件的制造方法，可归纳为如下步骤6.将InSb薄板加工形成多个磁敏元件组11和12；7.将上述多个磁敏元件组11和12与未磁化的永久磁铁素材111用树脂112粘接；8.将磁敏元件11和12连同永久磁铁素材111一起切断；9.对切断后的每一块单一的永久磁铁素材111进行磁化成为永久磁铁122；10.将被分割的磁敏元件组11和12连同永久磁铁122粘接固定在固定板51上；11.用金属线152对固定板51和磁敏元件组11和12进行电气连接；12.将垫片153放入并固定；13.用环氧树脂155封装外壳151的内部。
用本发明技术制作的5个磁电变换元件(发明_no1～no5)和用现有技术制作的5个磁电变换元件(旧方法_no1～no5)，每一个都按图16构成的桥式电路，测量其不平衡电压，测试结果如图17所示。与用现有技术制作的磁电变换元件(旧方法_no1～no5)相比，用本发明制作的传感器(发明_no1～no5)的不平衡电压小，证明了每对磁敏元件11和12的电阻值接近一致。
另外，将用本发明制作的5个磁电变换元件(本发明_no1～no5)和用现有技术制作的5个磁电变换元件(旧方法_no1～no5)都放进环境实验装置中，改变环境实验温度、对每个磁电变换元件都按图16所示的桥式电路对不平衡电压的变动进行了测量，其结果如图18所示。用现有技术制作的磁电变换元件(旧方法_no1～no5)和用本发明制作的磁电变换元件(本发明_no1～no5)相比较，用本发明制作的5个传感器(本发明_no1～no5)随温度变化的不平衡电压的变化量小。从这个结果中可以看出随温度的变化、其中点电压的变化值小，理解本发明的优越性。
另外，关于由二个一对的磁敏元件11和12和被磁化的小型永久磁铁122的距离、本发明比以前的要小得多，因此永久磁铁21不需使用高价格高表面磁通量密度的永久磁铁素材了。同时，因为二个一对的磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁铁122的中心一致，使用小的永久磁铁、磁敏元件11和12也可以得到同等的磁通量。还有，为了减少制造工序，小型、精度高、价格低的磁电变换元件的提供也将成为可能。
用本发明制作的磁电变换元件最广泛的用途就是识别磁性印刷图形，所谓磁性印刷就是用配有磁粉的油墨进行的印刷，我们身边最常见的磁性印刷物是纸币，如日元、美元、人民元等。但是磁性印刷物上附着物非常少，所以无法用磁铁吸附起一张纸币，而一般肉眼是无法识别印刷物上是否附着有磁粉的。用本发明制作的磁电变换元件，当磁性印刷的通过MR传感器的检测面时，MR传感器的输出端的电压波形即发生变化，虽然磁性印刷物上的磁性非常微小，MR传感器却能清楚得地检测出来。
用本发明制作的磁电变换元件，MR传感器是由InSb单结晶制成，感度高，SN比好，同时还具有如下优点·被检体不必紧密接触传感器也可以检测；·输出电压值与磁性体的移动速度无关；·被检部是纯电阻，抗诱导干扰能力强；·体积小，安装方便。
权利要求
1.一种随磁场变化而电阻值发生变化的磁电变换元件，包括磁敏元件、永久磁铁、固定板以及外壳，其特征在于所述磁敏元件为一对磁敏元件组，所述磁敏元件组由树脂紧粘接在永久磁铁上方；所述磁敏元件组和永久磁铁粘接并固定在固定板上方。
2.根据权利要求1所述的一种磁电变换元件，其特征在于所述磁敏元件可采用锑化铟材料，所述固定板为电路板。
3.根据权利要求1或2所述的一种磁电变换元件，其特征在于所述磁电变换元件还包括垫片，所述垫片放置在所述磁敏元件组的两侧，与磁敏元件组保持适当间距，所述垫片下端固定在固定板上，上端支撑外壳。
4.根据权利要求3所述的一种磁电变换元件，其特征在于所述固定板和磁电变换元件内的其他组件由金属线进行电气连接，所述固定板的导线一端连接固定板，另一端从磁电变换元件下方引出。
5.根据权利要求1、2或4中任何一项所述的一种磁电变换元件，其特征在于外壳的内部用环氧树脂来封装。
6.一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件的制造方法，其特征在于包含如下步骤1.将锑化铟材料InSb薄板加工形成多组成对的磁敏元件组；2.将上述多组成对的磁敏元件组与未磁化的永久磁铁素材用树脂粘接；3.将成对的磁敏元件连同永久磁铁素材一起切断；4.对切断后的每一块单一的永久磁铁素材进行磁化成为永久磁铁；5.将被分割的成对的磁敏元件组连同永久磁铁一道粘接固定在固定板上。
7.根据权利要求6所述的磁电变换元件的制造方法，其特征在于所述永久磁铁素材经研磨后具有高平行度和高表面精度。
8.根据权利要求7或8所述的磁电变换元件的制造方法，其特征在于所述粘接用树脂，为体积阻抗率×1015Ω·cm以上的粘接用树脂。
9.根据权利要求7或8所述的磁电变换元件的制造方法，其特征在于所述永久磁铁素材为体积阻抗率高的铁氧系。
10.根据权利要求7所述的磁电变换元件的制造方法，其特征在于还包括如下步骤6.用金属线对固定板和磁敏元件组进行电气连接；7.将垫片放入并固定；8.用环氧树脂封装金属壳的内部。
全文摘要
一种随磁场变化而电阻值变化的磁电变换元件，使用永久磁铁作为支撑随磁场变化而变化的磁敏元件的基板，两个作为一对的磁敏元件组具有同等的磁场，和大体相同的的电阻值；所述磁电变换元件的制造方法是未磁化的永久磁铁素材上面形成多个磁敏元件组，通过切割机很精度地连同永久磁铁素材一起切断，被切断的每一对磁敏元件挨个地取出对永久磁铁素材进行磁化后作为永久磁铁，磁化后的永久磁铁素材的中心和磁敏元件组的中心大体上一致、磁敏元件组内双方能获得同等的磁通量。
文档编号H01L43/00GK1532958SQ200410006598
公开日2004年9月29日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月19日
发明者菊田秀一, 中户辰康, 前田修, 康 申请人:尼科希株式会社