磁传感器的制作方法

本实用新型涉及磁传感器，特别地，涉及包含磁阻元件的磁传感器。

背景技术：

作为公开了一种磁传感器的构成的在先文献，存在日本特开平5-341026号公报(专利文献1)。专利文献1所述的磁传感器具备：磁传感器元件，构成电桥电路的多个磁阻元件形成于基板的上表面；和偏置磁铁，向磁传感器元件施加偏置磁场。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-341026号公报

在专利文献1所述的磁传感器中，偏置磁铁被配置于磁传感器元件的基板的下表面一侧。因此，在多个磁阻元件与偏置磁铁之间，产生相当于基板的厚度的间隙。由于该间隙，分别施加于多个磁阻元件的偏置磁场衰减。在分别施加于多个磁阻元件的偏置磁场的强度较低的情况下，磁传感器的输出的线性降低。

在为了维持分别施加于多个磁阻元件的偏置磁场的强度而使用了较大的偏置磁铁的情况下，会妨碍磁传感器的小型化。

技术实现要素：

本实用新型鉴于上述的问题点而作出，其目的在于，提供一种输出的线性良好的小型的磁传感器。

基于本实用新型的磁传感器具备：磁传感器元件，构成电桥电路的多个磁阻元件形成于基板的上表面；和一个偏置磁铁，被固定在磁传感器元件上，以便多个磁阻元件位于所述偏置磁铁与上述基板的上表面之间。偏置磁铁被配置为基于偏置磁铁的磁化方向相对于磁传感器元件的磁场检测方向以90°以外的角度交叉。

在本实用新型的一方式中，多个磁阻元件之中的、具有在与磁传感器元件的磁场检测方向正交的方向上延伸的易磁化轴的第1磁阻元件的易磁化轴与基于偏置磁铁的磁化方向所成的角度为29°以上且34°以下。

在本实用新型的一方式中，偏置磁铁的外形是圆柱状或者圆环状。在本实用新型的一形态中，偏置磁铁是各向同性磁铁。

在本实用新型的一方式中，磁传感器元件与偏置磁铁通过接合材料而被相互固定。

根据本实用新型，能够使磁传感器的输出的线性良好并且使磁传感器小型化。

附图说明

图1是表示本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器的构成的立体图。

图2是从箭头II方向来观察图1的磁传感器的俯视图。

图3是从箭头III方向来观察图1的磁传感器的侧视图。

图4是本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件的俯视图。

图5是本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件中设置的电桥电路的等效电路图。

图6是表示本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件的层叠构造的剖视图。

图7是表示实验例1的结果的图。

图8是用于对磁传感器的输出的误差率进行说明的图。

图9是表示实验例2中在第1实验条件下进行解析的结果的图。

图10是表示实验例2中在第2实验条件下进行解析的结果的图。

图11是表示偏置磁铁的外形是圆柱状的第1变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。

图12是表示偏置磁铁的外形是圆环状的第2变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。

图13是表示偏置磁铁的外形是棱柱状的第3变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。

图14是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器的外观的立体图。

图15是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器中树脂密封前的状态的外观的立体图。

图16是从箭头XVI方向来观察图15的磁传感器的俯视图。

图17是从箭头XVII方向来观察图16的磁传感器的侧视图。

图18是从箭头XVIII方向来观察图16的磁传感器的主视图。

-符号说明-

10磁场检测方向，20磁化方向，30易磁化轴，100、100a、100b、100c、200磁传感器，110磁传感器元件，111基板，112磁性体层，113导电层，114保护层，114h开口部，120、120a、120b、120c偏置磁铁，130接合材料，210框架，220密封树脂，230导线，GND接地端子，MR1第1磁阻元件，MR2第2磁阻元件，MR3第3磁阻元件，MR4第4磁阻元件，V+第1输出端子，V-第2输出端子，Vcc电源端子。

具体实施方式

以下，参照附图来对本实用新型的各实施方式所涉及的磁传感器进行说明。在以下的实施方式的说明中，对图中的相同或者相当部分付与同一编号，不重复其说明。

(实施方式1)

图1是表示本实用新型所涉及的实施方式1的磁传感器的构成的立体图。图2是从箭头II方向来观察图1的磁传感器的俯视图。图3是从箭头III方向来观察图1的磁传感器的侧视图。

如图1～3所示，本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器100具备：磁传感器元件110、和被固定在磁传感器元件110上的一个偏置磁铁120。俯视下，偏置磁铁120被配置成基于偏置磁铁120的磁化方向20相对于磁传感器元件110的磁场检测方向10以90°以外的角度交叉。磁传感器元件110与偏置磁铁120通过接合材料130而被相互固定。在图1～3中，将磁传感器元件110的宽度方向表示为X轴方向，将长度方向表示为Y轴方向，将厚度方向表示为Z轴方向。

图4是本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件的俯视图。图5是本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件中设置的电桥电路的等效电路图。图6是表示本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器具备的磁传感器元件的层叠构造的剖视图。

如图4～6所示，在磁传感器元件110中，构成电桥电路的4个磁阻元件形成于基板111的上表面。在基板111上，形成电源端子Vcc、接地端子GND、第1输出端子V+以及第2输出端子V-。4个磁阻元件被相互电连接来构成惠斯通电桥型的电桥电路。

具体而言，第1磁阻元件MR1以及第2磁阻元件MR2的串联连接体、和第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4的串联连接体在电源端子Vcc与接地端子GND之间并联连接。在第1磁阻元件MR1与第2磁阻元件MR2的连接点连接第1输出端子V+。在第3磁阻元件MR3与第4磁阻元件MR4的连接点连接第2输出端子V-。

第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4分别是AMR(Anisotropic Magneto Resistance，各向异性磁阻)元件。

基板111由Si等构成，在表面设置SiO₂层或者Si₃N4层等。4个磁阻元件是设置于基板111的上表面的由包含Ni和Fe的合金构成的磁性体层112通过利用离子铣削法等进行图案化来形成的。

在基板111上，由Au或者Al等构成的导电层113通过利用湿式蚀刻进行图案化来形成。导电层113形成于磁性体层112的上表面。另外，导电层113的一部分也可以设置于基板111的上表面。电源端子Vcc、接地端子GND、第1输出端子V+以及第2输出端子V-分别由导电层113构成。

磁性体层112以及导电层113被由SiO₂构成的保护层114覆盖。在保护层114，在位于电源端子Vcc、接地端子GND、第1输出端子V+以及第2输出端子V-各自的上方的部分，设置外部连接用的开口部114h。也可以在开口部114h形成焊锡凸块。

分别构成第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4的磁性体层112被设置为曲折状，外形是大致矩形形状。第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4整体大致为正方形。

在分别构成第1磁阻元件MR1以及第4磁阻元件MR4的磁性体层112，在X轴方向延伸的多个长边部与在Y轴方向延伸的多个短边部串联连接，具有在X轴方向延伸的易磁化轴30。

在分别构成第2磁阻元件MR2以及第3磁阻元件MR3的磁性体层112，在Y轴方向延伸的多个长边部与在X轴方向延伸的多个短边部串联连接，具有在Y轴方向延伸的易磁化轴。

第1磁阻元件MR1以及第4磁阻元件MR4各自的易磁化轴30与磁传感器元件110的磁场检测方向10所成的偏置角度θ根据磁传感器100的用途，能够在5°以上且85°以下的范围内进行设定。如下面所述，从磁传感器100的输出的线性的观点出发，优选偏置角度θ是29°以上且34°以下，更优选是31°。

在本实施方式中，磁传感器元件110具有长方体状的外形，例如，宽度为0.2mm，长度为0.45mm，厚度为0.3mm。

偏置磁铁120具有长方体状的外形，例如，宽度为0.3mm，长度为0.3mm，厚度为0.15mm。偏置磁铁120是各向同性磁铁。作为各向同性磁铁，存在：各向同性铝镍钴、各向同性铬钴、各向同性钡铁氧体、各向同性氧化物系粘结磁铁以及各向同性稀土类钴系粘结磁铁等。

作为接合材料130，能够使用环氧树脂系粘合剂、银糊膏等导电性粘合剂、或者，贴片膜(die attach film)等。接合材料130将磁传感器元件110的保护层114与偏置磁铁120接合。偏置磁铁120通过接合材料130而被固定在磁传感器元件110上，以使得4个磁阻元件位于磁传感器元件110的基板111的上表面与偏置磁铁120之间。

这里，对实验例1进行说明，该实验例1通过模拟解析验证了通过将偏置磁铁配置于磁传感器元件的基板的上表面一侧，与将偏置磁铁配置于磁传感器元件的基板的下表面一侧的情况相比，能够维持施加于磁阻元件的偏置磁场的强度并且使偏置磁铁小型化。

在实验例1中，针对实施例1以及比较例1～3这4种磁传感器进行了解析。在实施例1所涉及的磁传感器中，具有与实施方式1所涉及的磁传感器同样的构成，将基板111的厚度设为0.1mm，将接合材料130的层的厚度设为0.03mm。

在比较例1～3分别涉及的磁传感器中，将偏置磁铁配置于磁传感器元件的基板的下表面一侧，将接合材料130的层的厚度设为0.03mm。关于基板111的厚度，比较例1设为0.1mm，比较例2设为0.2mm，比较例3设为0.3mm。

因此，关于磁阻元件与偏置磁铁之间的Z方向的距离，实施例1为0.03mm，比较例1为0.13mm，比较例2为0.23mm，比较例3为0.33mm。

在实施例1以及比较例1～3分别涉及的磁传感器中，对为了施加于磁阻元件的偏置磁场的强度为155mT所需的偏置磁铁的最小体积进行计算。

图7是表示实验例1的结果的图。在图7中，纵轴表示偏置磁铁的最小体积(mm³)，横轴表示磁阻元件与偏置磁铁之间的Z方向的距离(mm)。

如图7所示，关于偏置磁铁的最小体积，实施例1为0.0135mm³，比较例1为0.108mm³，比较例2为0.54mm³，比较例3为1.62mm³。

根据实验例1的结果能够确认，通过将偏置磁铁120配置于磁传感器元件110的基板111的上表面一侧，能够维持施加于磁阻元件的偏置磁场的强度并且使偏置磁铁120小型化。基板111的一般厚度为0.2mm左右，与具有比一般厚度薄的基板的比较例1所涉及的磁传感器相比，实施例1所涉及的磁传感器也能够使偏置磁铁小型化到1/8的大小。

这里，关于基于偏置磁场的磁化方向与磁传感器的输出的线性的关系，针对进行了模拟解析的实验例2进行说明。首先，对磁传感器的输出的线性误差率进行定义。图8是用于对磁传感器的输出的误差率进行说明的图。在图8中，纵轴表示输出电压(V)，横轴表示外部磁场的磁通密度(mT)。在图8中，通过实现来表示实测输出电压，通过双点划线来表示虚拟输出电压。

虚拟输出电压是对外部磁场的测定预定范围中的实测输出电压进行直线近似而求出的。具体而言，虚拟输出电压是使用最小二乘法来利用1次函数对输入磁通密度以及实测输出电压进行近似而求出的。

将实测输出电压与虚拟输出电压的差相对于磁传感器中的外部磁场的测定预定范围所对应的输出电压的最大值与最小值之间的间隔即输出电压的满量程的比率定义为磁传感器的输出的线性误差率。

例如，磁传感器中的外部磁场的测定预定范围是±20mT，若将外部磁场的磁通密度为20mT时的虚拟输出电压设为2.0V、将外部磁场的磁通密度为-20mT时的虚拟输出电压设为-2.0V，则输出电压的满量程为4.0V。在外部磁场的磁通密度为15mT时，实测输出电压是1.5V、虚拟输出电压是1.48V的情况下，磁传感器的输出的线性误差率为(1.5-1.48)/4.0×100＝0.5％。

如上述那样定义的磁传感器的输出的线性误差率根据基于偏置磁场的磁化方向以及偏置磁场的强度而变化。优选磁传感器的输出的线性误差率为±2.0％以内。

在实验例2中，作为第1实验条件，将电源端子Vcc的电位设为5V，将偏置磁场的磁通密度设为90mT，作为基于偏置磁场的磁化方向，将上述的偏置角度θ设定为20°、25°、30°、35°、40°以及45°这6种。外部磁场在磁传感器元件的磁场检测方向被施加。

图9是表示实验例2中在第1实验条件下进行解析的结果的图。在图9中，纵轴表示线性误差率(％)，横轴表示外部磁场的磁通密度(mT)。

如图9所示，线性误差率在外部磁场的磁通密度为0mT以及±20mT时较大，在外部磁场的磁通密度为±12mT时大致为0％。在偏置角度θ为30°时，线性误差率最小。

接下来，作为实验例2的第2实验条件，将电源端子Vcc的电位设为5V，将偏置磁场的磁通密度设定为90mT、100mT、150mT、200mT以及250mT这5种，作为基于偏置磁场的磁化方向，将上述的偏置角度θ在25°以上且35°以下的范围为设定为1°间隔的11种。外部磁场在磁传感器元件的磁场检测方向被施加。

图10是表示实验例2中在第2实验条件下进行解析的结果的图。在图10中，纵轴表示线性误差率(％)，横轴表示偏置角度(°)。

如图10所示，随着偏置磁场的强度变大，线性误差率变小。在偏置角度θ为29°以上且34°以下的范围内，通过偏置磁场的磁通密度为90mT以上，线性误差率是2.0％以下。在偏置角度θ为31°时，线性误差率最小。

根据实验例2的结果能够确认，通过将偏置角度θ设为31°，能够使磁传感器的输出的线性最良好，通过将偏置角度θ设为29°以上且34°以下，能够使磁传感器的输出的线性良好。

根据上述的实验例1以及实验例2的结果可知，在本实施方式所涉及的磁传感器100中，通过使偏置磁铁120接近于多个磁阻元件而配置，能够抑制偏置磁场的衰减，有效地将偏置磁场分别施加于多个磁阻元件。其结果，能够使磁传感器100的输出的线性良好并且使偏置磁铁120小型化，并且能够使磁传感器100小型化。此外，通过将偏置角度设为29°以上且34°以下，也能够使磁传感器100的输出的线性良好。

虽然在本实施方式所涉及的磁传感器100的磁传感器元件110中，由第1磁阻元件MR1、第2磁阻元件MR2、第3磁阻元件MR3以及第4磁阻元件MR4构成全桥电路，但磁传感器元件110的构成并不局限于上述，也可以由第1磁阻元件MR1以及第2磁阻元件MR2构成半桥电路。在该情况下，在磁传感器元件110中未设置第3磁阻元件MR3、第4磁阻元件MR4以及第2输出端子V-。

虽然在本实施方式中，偏置磁铁120的外形是长方体状，但偏置磁铁120的外形并不局限于长方体状，也可以是棱柱状、圆柱状或者圆环状等。图11是表示偏置磁铁的外形为圆柱状的第1变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。图12是表示偏置磁铁的外形为圆环状的第2变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。图13是表示偏置磁铁的外形为棱柱状的第3变形例所涉及的磁传感器的构成的立体图。

如图11所示，第1变形例所涉及的磁传感器100a具备：磁传感器元件110、和固定在磁传感器元件110上的一个偏置磁铁120a。偏置磁铁120a的外形是圆柱状。

如图12所示，第2变形例所涉及的磁传感器100b具备：磁传感器元件110、和固定在磁传感器元件110上的一个偏置磁铁120b。偏置磁铁120b的外形是圆环状。

如图13所示，第3变形例所涉及的磁传感器100c具备：磁传感器元件110、和固定在磁传感器元件110上的一个偏置磁铁120c。偏置磁铁120c的外形是棱柱状。具体而言，偏置磁铁120c的外形是八棱柱状。

在第1变形例所涉及的磁传感器100a中，偏置磁铁120a的外形是圆柱状，不具有形状各向异性。此外，偏置磁铁120a的材料是各向同性。因此，能够高精度地控制偏置磁铁120a的磁化方向。其结果，能够高精度地维持偏置角度θ，使磁传感器100a的输出的线性良好。进一步地，由于将偏置磁铁120a固定在磁传感器元件110上之后对偏置磁铁120a进行磁化，因此将偏置磁铁120a配置在磁传感器元件110上时不需要固定偏置磁铁120a的朝向，磁传感器的组装比较容易。

在第2变形例所涉及的磁传感器100b中，也能够得到与第1变形例所涉及的磁传感器100a同样的效果。在第3变形例所涉及的磁传感器100c中，通过增多角的数目，能够抑制偏置磁铁120c的碎裂的产生，其结果，能够抑制产生偏置磁铁120c的碎裂所导致的偏置磁场的干扰。

(实施方式2)

以下，对本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器进行说明。另外，本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器仅在被安装于框架的状态下被封装这方面与本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器不同，因此针对与本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器同样的构成，不重复说明。

图14是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器的外观的立体图。图15是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器中树脂密封前的状态的外观的立体图。图16是从箭头XVI方向来观察图15的磁传感器的俯视图。图17是从箭头XVII方向来观察图16的磁传感器的侧视图。图18是从箭头XVIII方向来观察图16的磁传感器的主视图。

如图14～18所示，本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器200具备：磁传感器元件110、固定在磁传感器元件110上的一个偏置磁铁120、安装有磁传感器元件110的框架210、和覆盖磁传感器元件110、偏置磁铁120以及框架210的密封树脂220。磁传感器200具有长方体状的外形。磁传感器200例如宽度为2mm，长度为2mm。

框架210包含：载置磁传感器元件110的平板部、和位于与平板部隔开间隔的多个端子部。多个端子部相互隔开间隔地排列。多个端子部的各自的一部分未被密封树脂220覆盖，在磁传感器200的外表面露出。框架210是在导电材料的表面实施镀金而构成的。框架210的厚度例如为0.1mm。

在磁传感器元件110中，电源端子Vcc、接地端子GND、第1输出端子V+以及第2输出端子V-通过导线230来分别与框架210的多个端子部任意一个连接。导线230的材料例如是金。导线230的直径例如为0.08mm。

作为密封树脂220，例如，使用在环氧树脂等矩阵树脂中填充二氧化硅填充物而得到的热固化性树脂。

在本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器200中，由于磁传感器200的机械性强度提高，因此能够通过自动机来安装磁传感器200。

在上述的实施方式的说明中，也可以将能够组合的构成相互组合。

应当认为，这次公开的实施方式在所有方面都是示例，并不是限制性的。本实用新型的范围并不是上述的说明，而是通过权利要求书所示，意图包含与权利要求书均等的意思以及范围内的全部变更。