磁传感器的制作方法

本发明涉及一种磁传感器，特别是涉及一种具备抵消施加于磁敏元件的磁通的补偿线圈的磁传感器。

背景技术：

在磁传感器中，存在一种通过设置抵消施加于磁敏元件的磁通的补偿线圈，来进行闭环控制的类型的磁传感器。例如，专利文献1中公开的磁传感器具备：磁敏元件、屏蔽作为测量对象的磁场的磁屏蔽、以及配置于磁屏蔽与磁敏元件之间的补偿线圈。磁屏蔽起到衰减施加于磁敏元件的磁场的作用，由此，即使在作为测量对象的磁场强的情况下，也可以将流通于补偿线圈的电流抑制得较小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5572208号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，专利文献1中公开的磁传感器，由于被磁屏蔽体衰减了作为测量对象的磁场，因此存在当作为测量对象的磁场微弱时难以测量的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种即使作为测量对象的磁场微弱，也能够通过闭环控制检测磁场的磁传感器。

解决问题的手段

根据本发明的磁传感器，其特征在于，具备：第一和第二磁性体层，其经由第一磁隙而互相相对；第一磁敏元件，其配置于由第一磁隙形成的磁路上；以及补偿线圈，其抵消施加于第一磁敏元件的磁通。

根据本发明，由于作为磁轭发挥功能的第一和第二磁性体层中流通的磁通施加于磁敏元件，因此即使作为测量对象的磁场微弱，也能够进行检测。此外，由于具备抵消磁通的补偿线圈，因此也能够进行闭环控制。

在本发明中，可以是：第一磁性体层配置于在俯视时与补偿线圈的内径区域重叠的位置，第二磁性体层配置于在俯视时与补偿线圈的外侧区域重叠的位置。由此，通过使电流流通于补偿线圈，能够经由第一磁隙而从第一磁性体层向第二磁性体层，或者经由第一磁隙而从第二磁性体层向第一磁性体层使抵消磁场产生。

根据本发明的磁传感器可以是：还具备将作为测量对象的外部磁通聚磁于第一磁性体层的外部磁性体层。由此，能够将外部磁通有效地聚磁于第一磁性体层。

根据本发明的磁传感器可以是：还具备：第三磁性体层，其经由第二磁隙而与第一磁性体层相对；以及第二磁敏元件，其配置于由第二磁隙形成的磁路上，补偿线圈抵消施加于第二磁敏元件的磁通，第三磁性体层配置于在俯视时与补偿线圈的外侧区域重叠的位置。由此，由于对第一磁敏元件和第二磁敏元件赋予了互为相反方向的磁场，因此能够通过桥连接第一磁敏元件与第二磁敏元件，从而得到更高的检测灵敏度。

在本发明中，可以是：第一至第三磁性体层、第一和第二磁敏元件、以及补偿线圈均集成于传感器基板上。由此，仅通过在传感器基板上配置外部磁性体，即能够构成具有高的检测灵敏度的磁传感器。

在本发明中，可以是：第一和第二磁敏元件在传感器基板上的层叠方向上，形成于补偿线圈与第一至第三磁性体层之间。由此，可以缩短第一至第三磁性体层与第一和第二磁敏元件的距离，并且能够减小在外部磁性体与第一磁性体层之间形成的磁隙。

在本发明中，可以是：第一至第三磁性体层在传感器基板上的层叠方向上，形成于补偿线圈与第一和第二磁敏元件之间。由此，由于可以缩短第一至第三磁性体层与第一和第二磁敏元件的距离，并且可以缩短补偿线圈与第一至第三磁性体层的距离，因此能够进一步减小流通于补偿线圈的电流。

在本发明中，可以是：补偿线圈遍及传感器基板上的多个配线层而卷绕。由此，可以提高构成补偿线圈的导体图案的布局自由度。

发明效果

如上所述，根据本发明，即使作为测量对象的磁场微弱，也能够通过闭环控制高灵敏度地检测磁场。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的优选实施方式的磁传感器10的结构的大致俯视图。

图2是沿图1所示的a-a线的大致截面图。

图3是用于说明补偿线圈60的形状的大致俯视图。

图4是用于说明端子电极51～56、磁敏元件r1～r4以及补偿线圈60之间的连接关系的电路图。

图5是用于说明外部磁通与抵消磁通之间的关系的模式图。

图6是示出根据第一变形例的磁传感器11的主要部的结构的大致截面图。

图7是用于说明由下层的导体图案60a和上层的导体图案60b构成的补偿线圈60的形状的大致俯视图。

图8是示出根据第二变形例的磁传感器12的主要部的结构的大致截面图。

图9是示出根据第三变形例的磁传感器13的主要部的结构的大致截面图。

符号说明

10～13磁传感器

20传感器基板

20a元件形成面

21～23绝缘膜

31～33外部磁性体

41第一磁性体层

42第二磁性体层

43第三磁性体层

51～56端子电极

60补偿线圈

60a导体图案

60b导体图案

60a内径区域

61～64导体图案

71差分放大器

72检测电路

g1～g4磁隙

m1～m3主区域

r1～r4磁敏元件

s1～s8聚束区域

外部磁通

抵消磁通

具体实施方式

在下文中，一边参照附图，一边对本发明的优选实施方式进行详细地说明。

图1是用于说明根据本发明的优选实施方式的磁传感器10的结构的大致俯视图。另外，图2是沿图1所示的a-a线的大致截面图。

如图1和图2所示，根据本实施方式的磁传感器10具备传感器基板20和外部磁性体31～33。传感器基板20是具有大致长方体形状的芯片部件，并且在其元件形成面20a，设置有磁敏元件r1～r4、磁性体层层41～43、端子电极51～56以及补偿线圈60。端子电极51～56经由接合线(bondingwire)而连接于未图示的电路基板。

在本实施方式中，在元件形成面20a上，依次层叠有补偿线圈60、磁敏元件r1～r4以及磁性体层41～43。并且，补偿线圈60与磁敏元件r1～r4被绝缘膜21分离，磁敏元件r1～r4与磁性体层41～43被绝缘膜22分离。

外部磁性体31～33是由铁氧体等的磁导率高的软磁性材料构成的块(block)。外部磁性体31配置于元件形成面20a的大致中央部，并且具有在z方向上突出的形状。相对于此，外部磁性体32、33分别配置于传感器基板20的x方向上的两侧，并且它们的顶端弯曲成l字状并覆盖元件形成面20a。

在传感器基板20的绝缘膜22上形成有第一～第三磁性体层41～43。第一磁性体层41位于元件形成面20a的大致中央，并且在其x方向上的两侧配置有第二和第三磁性体层42、43。尽管没有特别限制，但是作为磁性体层41～43可以是由磁性填料分散于树脂材料的复合磁性材料构成的膜，也可以是由镍或坡莫合金等的软磁性材料构成的薄膜或箔，也可以是由铁氧体等构成的薄膜或块状薄片。

第一磁性体层41包含位于中央，并且被外部磁性体31覆盖的主区域m1、以及y方向上的宽度随着从主区域m1向x方向离开而变窄的聚束区域s1～s4。如图1所示，聚束区域s1、s3相对于主区域m1位于x方向负侧(左侧)，聚束区域s2、s4相对于主区域m1位于x方向正侧(右侧)。第一磁性体层41与外部磁性体31可以直接接触，也可以在两者间介有薄的绝缘膜或粘接层。

另一方面，第二磁性体层42包含被外部磁性体32覆盖的主区域m2、以及y方向上的宽度随着从主区域m2向x方向(正侧)离开而变窄的聚束区域s5、s7。同样地，第三磁性体层43包含被外部磁性体33覆盖的主区域m3、以及y方向上的宽度随着从主区域m3向x方向(负侧)离开而变窄的聚束区域s6、s8。

外部磁性体31起到吸收z方向的外部磁通的作用。经由外部磁性体31而吸收的磁通入射于第一磁性体层41的主区域m1，并且相对于聚束区域s1～s4大致均匀地分配。到达聚束区域s1～s4的磁通分别经由沿y方向延伸的磁隙g1～g4而供给于聚束区域s5～s8。到达聚束区域s5、s7的磁通经由主区域m2而被外部磁性体32回收。同样地，到达聚束区域s6、s8的磁通经由主区域m3而被外部磁性体33回收。

如图1所示，在由磁隙g1～g4形成的磁路上，分别配置有以y方向为长边方向的磁敏元件r1～r4。磁敏元件r1～r4可以配置于磁隙g1～g4内，但是即使在磁隙g1～g4外，也只要配置于由该磁隙形成的磁路上便足够。另外，磁隙g1～g4的宽度方向可以是x方向，并且只要能够对磁敏元件r1～r4施加x方向分量的磁通即可，磁隙g1～g4的宽度方向可以具有z方向分量。

磁敏元件r1～r4只要是物理特性根据磁通而变化的元件，则没有特别限制，但是优选电阻根据磁场的方向而变化的磁阻元件。在本实施方式中，磁敏元件r1～r4的磁敏方向(固定磁化方向)全部对齐于图1的箭头p所示的方向(x方向的正侧)

根据该结构，经由外部磁性体31而会聚于第一磁性体层41的主区域m1的磁通经由磁敏元件r1～r4大致均匀地分配。因此，在磁敏元件r1、r3以及磁敏元件r2、r4赋予互为相反方向的磁通。如上所述，由于磁敏元件r1～r4的磁化固定方向指向箭头p所示的x正方向，因此对磁通的x方向的分量具有灵敏度。

此外，在磁敏元件r1～r4的下方，设置有补偿线圈60。补偿线圈60以通过抵消施加于磁敏元件r1～r4的磁通来进行闭环控制而设置。

图3是用于说明补偿线圈60的形状的大致俯视图。

如图3所示，补偿线圈60由5匝的导体图案构成，并且具有沿y方向延伸的导体图案61、62、以及沿x方向延伸的导体图案63、64。另外，补偿线圈60的一端连接于端子电极51，补偿线圈60的另一端连接于端子电极52。但是，补偿线圈60的匝数不限于此。

俯视图中的补偿线圈60与第一～第三磁性体层41～43的位置关系如图1所示。即，第一磁性体层41在俯视时配置于与补偿线圈60的内径区域60a重叠的位置，第二和第三磁性体层42、43在俯视时配置于与补偿线圈60的外侧区域重叠的位置。另外，磁隙g1、g3、以及磁敏元件r1、r3在俯视时配置于与补偿线圈60的导体图案61重叠的位置，磁隙g2、g4、以及磁敏元件r2、r4在俯视时配置于与补偿线圈60的导体图案62重叠的位置。

图4是用于说明端子电极51～56、磁敏元件r1～r4以及补偿线圈60之间的连接关系的电路图。

如图4所示，磁敏元件r1连接于端子电极53、56间，磁敏元件r2连接于端子电极53、54间，磁敏元件r3连接于端子电极54、55间，磁敏元件r4连接于端子电极55、56间。对端子电极56赋予电源电位vcc，对端子电极54赋予接地电位gnd。并且，由于磁敏元件r1～r4全都具有相同的磁化固定方向，因此在从外部磁性体31观察位于一侧的磁敏元件r1、r3的电阻变化量与从外部磁性体31观察位于另一侧的磁敏元件r2、r4的电阻变化量之间产生差。由此，磁敏元件r1～r4构成差分桥电路，并且根据磁通密度的磁敏元件r1～r4的电阻变化出现于端子电极53、55。

从端子电极53、55输出的差分信号输入于设置于安装有根据本实施方式的磁传感器10的安装基板的差分放大器71。差分放大器71的输出信号反馈于端子电极52。如图4所示，在端子电极51与端子电极52之间连接有补偿线圈60，由此，补偿线圈60产生对应于差分放大器71的输出信号的抵消磁场。通过该结构，当根据外部磁通的磁通密度的磁敏元件r1～r4的电阻的变化出现于端子电极53、55时，对应于此的电流流通于补偿线圈60，并且产生反方向的磁通。由此，抵消了外部磁通。并且，当通过检测电路72将从差分放大器71输出的电流进行电流电压转换时，则能够检测外部磁通的强度。

图5是用于说明外部磁通与抵消磁通之间的关系的模式图。

在图5所示的例子中，z方向的外部磁通被外部磁性体31吸收，并且经由第一磁性体层41而左右分配。然后，分配于左侧的磁通经由磁隙g1、g3而流向第二磁性体层42，分配于右侧的磁通经由磁隙g2、g4而流向第三磁性体层43。此时，经由磁隙g1、g3而流动的磁通的一部分施加于磁敏元件r1、r3，经由磁隙g2、g4而流动的磁通的一部分施加于磁敏元件r2、r4。由此，如使用图4所说明的，通过由磁敏元件r1～r4构成的差分桥接电路，在端子电极53、55出现电位差。

端子电极53、55的电位差反馈于端子电极52，由此电流流通于补偿线圈60。在图5所示的例子中，在补偿线圈60的导体图案61产生以中心向右旋转(顺时针旋转)的抵消磁通在补偿线圈60的导体图案62产生以中心向左旋转(逆时针旋转)的抵消磁通抵消磁通经由g1、g3而从第二磁性体层42向第一磁性体层41流通，从而抵消了外部磁通同样地，抵消磁通经由磁隙g2、g4而从第三磁性体层43向第一磁性体层41流通，从而抵消了外部磁通

由于通过这样的闭环控制，抵消了外部磁性体31中吸收的外部磁通因此通过监视流通于补偿线圈60的电流，即，出现于检测电路72的电压，从而能够检测外部磁通的强度。

并且，在本实施方式中，由于补偿线圈60、磁敏元件r1～r4以及磁性体层41～43依次层叠于传感器基板20上，因此可以缩短磁性体层41～43与磁敏元件r1～r4的z方向上的距离。由此，由于通过磁隙g1～g4的磁通被有效地施加于磁敏元件r1～r4，因此能够获得高的检测灵敏度。此外，由于可以减小在外部磁性体31与第一磁性体层41之间形成的磁隙，因此能够有效地将被外部磁性体31吸收的外部磁通供给于第一磁性体层41。

如以上所说明的，由于根据本实施方式的磁传感器10在由磁隙g1～g4形成的磁路上配置有磁敏元件r1～r4，因此即使作为测量对象的磁场微弱，也能够高灵敏度地进行检测。此外，由于不仅将磁敏元件r1～r4以及磁性体层41～43集成于传感器基板20上，也将补偿线圈60集成于传感器基板20上，因此仅通过在传感器基板20上配置外部磁性体31，即能够构成具有高的检测灵敏度的磁传感器。

图6是示出根据第一变形例的磁传感器11的主要部的结构的大致截面图。

图6所示的磁传感器11在补偿线圈60遍及多个配线层而卷绕的方面，与根据上述实施方式的磁传感器10不同。具体地，补偿线圈60由下层的导体图案60a和上层的导体图案60b构成。下层的导体图案60a被绝缘膜21覆盖，上层的导体图案60b被绝缘膜22覆盖，磁敏元件r1～r4被绝缘膜23覆盖。由此，能够提高构成补偿线圈60的导体图案的布局自由度。例如，如图7所示，当将下层的导体图案60a与上层的导体图案60b的卷绕方向设定为互为相反，并且连接彼此的内周端时，则能够将补偿线圈60的两端容易地连接于端子电极51、52。此外，在图7所示的例子中，当电流从端子电极51向端子电极52流动时，电流逆时针旋转(向左旋转)流动，但是与图3所示的例子同样地，可以以电流顺时针旋转(向右旋转)流动的方式卷绕。

图8是示出根据第二变形例的磁传感器12的主要部的结构的大致截面图。

图8所示的磁传感器12在下层的导体图案60a与上层的导体图案60b之间层叠有磁敏元件r1～r4的方面，与根据第一变形例的磁传感器11不同。在此，下层的导体图案60a被绝缘膜21覆盖，磁敏元件r1～r4被绝缘膜22覆盖，上层的导体图案60b被绝缘膜23覆盖。如此，在将补偿线圈60遍及多个配线层而卷绕的情况下，可以设定为通过补偿线圈60在层叠方向夹持磁敏元件r1～r4的结构。

图9是示出根据第三变形例的磁传感器13的主要部的结构的大致截面图。

图9所示的磁传感器13在磁敏元件r1～r4与磁性体层41～43的位置关系反转的方面，与根据上述实施方式的磁传感器10不同。在此，补偿线圈60被绝缘膜21覆盖，磁性体层41～43被绝缘膜22覆盖，磁敏元件r1～r4被绝缘膜23覆盖。由此，由于可以缩短补偿线圈60与磁性体层41～43的z方向上的距离，因此能够进一步减小流通于补偿线圈60的电流。

在上文中，已经对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述的实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种修改，不用说这些修改也包含在本发明的范围内。