磁场量測方法以及电子罗盘装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁场量测技术领域，且特别涉及一种使用二维磁阻感测装置来量 测三维磁场的磁场量测方法以及使用此方法的电子罗盘装置。
【背景技术】
[0002] 由于消费电子产品如手机、电子罗盘的出现，再加上马达、制动器等传统产品，使 磁阻式磁感测装置（简称磁阻感测装置）的需求日益增加。尤其是三维磁阻感测装置，可感 测出互为正交的X、Y、Z三轴的磁场变化，而电子罗盘便是利用三维磁阻感测装置，精准的 量测出地球磁场。
[0003] 目前三维式磁阻传感器的技术已相当成熟。然而，现有技术是采用多芯片或具有 立体结构的磁阻感测组件，分别量测平行基材水平面的X轴和Y轴以及垂直基材水平面Z 轴方向的磁场变化。
[0004] 但是多芯片或立体结构的磁阻感测组件，不仅结构较为复杂，制程成本较高，加上 半导体组件关键尺寸日益缩小，更不利于多芯片或立体结构的磁阻感测组件进行封装，使 制程合格率不易提升。再者，由于X轴、Y轴和Z轴方向的磁场变化，必须通过多个灵敏度不 同的磁阻感测单元分别量测，所量测数值必须进一步加以标准化，间接地扩大量测误差值， 影响量测品质。
[0005] 有鉴于此，有需要提供一种先进的磁场量测方法，解决现有技术所面临的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提供一种磁场量测方法，其包含下述步骤：首先在基材平面 上提供磁阻传感器，其中基材平面具有彼此垂直的X轴和Y轴，以及垂直X轴和Y轴的Z轴。 当外加磁场分别与X轴和Y轴夹第一倾斜角度（θ )和第二倾斜角度(0)时，分别量测出平 行X轴的第一磁场量测值（Xsms)和平行Y轴的第二磁场量测值（Ysms)。之后，定义虚拟平 面，使外加磁场垂直虚拟平面的磁场分量为零。再以此虚拟平面为基准，调校第一倾斜角度 (Θ)和第二倾斜角度(0)。然后，根据调校后的第一倾斜角度（Θ)和调校后的第二倾斜角 度（0)以及第一磁场量测值（Xsms)和第二磁场量测值（Ysms)，分别估算外加磁场平行X轴 的X轴磁场分量（Xfield)、平行Y轴的Y轴磁场分量（Yfield)以及平行Z轴的Z轴磁场分量 (Zfield) °
[0007] 根据上述实施例，本发明是采用平面磁阻感测组件，来量测平行基材平面的二维 磁场量测值，进而估算出基材平面上方三维空间的磁场分量。由于，不需额外采用多芯片或 具有立体结构的磁阻感测组件，即可估算垂直基材平面的磁场分量。因此，本发明的实施例 所使用的磁场量测装置，结构相对单纯，不仅可大幅降低制作成本。更可解决因半导体组件 关键尺寸缩小，造成磁场量测装置制程良率不佳的问题。另外，由于垂直基材平面的磁场分 量，是由平行基材平面的二维磁场量测值所直接推估而得，并不需对量测的数值进行额外 的标准化处理，可降低量测误差，达到上述发明的目的。
[0008] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举数个较佳实施例，并配合附图，详细说明。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明一实施例的磁阻感测组件结构俯视图。
[0010] 图2是本发明另一实施例的磁阻感测组件布线示意图。
[0011] 图3是本发明一较佳实施例的磁场量测装置来量测外加磁场的方法示意图。
[0012] 图4是本发明一较佳实施例的定义虚拟平面的方法示意图。
[0013] 图5是本发明另一实施例的磁场量测装置结构俯视图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的目的，是提供一种磁场量测方法，可采用平面磁阻感测装置，来量测平行 基材平面的二维磁场量测值，进一步估算出基材平面上方三维空间的磁场分量。为让本发 明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附图式， 其详细说明如下：
[0015] 有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目 的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说 明之用，并非用来对本发明加以限制。
[0016] 其中磁场量测方法包含下述步骤：首先提供磁阻传感器。请参照图1，图1是本 发明一实施例的磁阻感测组件结构俯视图。其中，磁阻感测组件100,至少包含形成于基材 101上的第一磁阻感测单元102和第二磁阻感测单元103。
[0017] 基材101可为表层覆盖绝缘材料的硅基板，或是具有前段逻辑晶体管组件的硅芯 片。基材101具有基材平面101a，包含彼此垂直的X轴和Y轴，以及垂直X轴和Y轴的Z 轴。
[0018] 第一磁阻感测单元102,较佳是采用现有的结构设计，其包含磁性层1021以及多 个电极（例如电极 1022a、1022b、1022c和 1022d)。其中，电极 1022a、1022b、1022c和 1022d， 位于基材101的基材平面IOla上，且彼此分离。磁性层1021，也位于基材平面IOla上，且磁 性层1021的长轴方向，垂直基材平面IOla的X轴，并与电极1022a、1022b、1022c和1022d 接触。
[0019] 在本发明的一些实施例之中，电极1022a、1022b、1022c和1022d，是由相同或不同 的图案化金属层所构成。而构成磁性层1021的材料，可为铁磁材料、反铁磁材料、非铁磁性 金属材料、穿隧氧化物材料之一或其组合（但不以此为限），可使电极1022a、1022b、1022c 和1022d彼此导通。流经磁性层102的电流，会分别在导通两相邻电极102的部分磁性层 1021中，定义出多条电阻最小的电流导通路径11。
[0020] 另外，当外加磁场为零时，磁性层1021受形状异向性的作用，具有平行其磁性层 膜面的磁化方向Ml。当电极1022a、1022b、1022c和1022d彼此导通时，磁性层1021的电 流导通路径II，会与磁化方向Ml夹一个特定角度δ 1，在外加磁场为零的情况下，角度δ I 较佳为45°。当磁阻感测单元102受到实质上平行磁性层102的外加磁场作用时，随着外 加磁场强度改变，磁化方向Ml将受到带动产生相对变化。若电流导通方向固定，则角度δ 1 的数值也会跟着改变，进而造成磁阻值也随之上升或下降，可用来感测垂直Y轴方向的磁 场变化
[0021] 第二磁阻感测单元103也采螺旋条纹结构设计，其包含一磁性层1031以及多个电 极（例如电极 1032a、1032b、1032c 和 1032d)。其中，电极 1032a、1032b、1032c 和 1032d，位 于基材101的基材平面101a上，且彼此分离。磁性层1031，也位于基材平面101a上，且磁 性层1031的长轴方向，垂直基材平面IOla的Y轴，并与电极1032a、1032b、1032c和1032d 接触。
[0022] 在本发明的一些实施例之中，电极1032a、1032b、1032c和1032d，是由相同或不同 的图案化金属层所构成。而构成磁性层1031的材料，可为铁磁材料、反铁磁材料、非铁磁性 金属材料、穿隧氧化物材料之一或其组合（但不以此为限），可使电极1032a、1032b、1032c 和1032d彼此导通。流经磁性层103的电流，会分别在导通两相邻电极的部分磁性层1031 中，定义出多条电阻最小的电流导通路径12。
[0023] 另外，当外加磁场为零时，磁性层1031受形状异向性的作用，具有平行其磁性层 膜面的磁化方向M2。当电极1032a、1032b、1032c和1032d彼此导通时，磁性层1031的电 流导通路径12,会与磁化方向M2夹一个特定角度δ 2,在外加磁场为零的情况下，角度δ 2 较佳为45°。当磁阻感测单元103受到实质上平行磁性层103的外加磁场作用时，随着外 加磁场强度改变，磁化方向M2将受到带动产生相对变化。若电流导通方向