一种推挽式x轴磁电阻传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及磁性传感器领域，特别涉及一种推挽式X轴磁电阻传感器。
【背景技术】
[0002]在两轴和三轴磁性罗盘芯片设计过程中，需要同时用到高灵敏度的X轴和Y轴磁敏传感器，对于磁电阻类型的传感单元，一般具有单一的敏感磁场方向，所形成的磁电阻传感单元电桥结构，要求在X方向磁场作用时，所述电桥随磁场变化产生响应，而当Y方向磁场作用时，所述电桥不产生响应，为了提高磁场灵敏度，通常采用推挽式电桥，其中推臂和腕臂采用分立制造的形式，即将其中的一个相对于另一个相对旋转180度，而后在推臂和腕臂的切片之间采用飞线的形式进行连接。
[0003]以上提出的Y轴磁电阻传感器主要存在如下问题:推臂和腕臂无法实现集成制造的工艺，采用分立切片飞线连接的工艺，同样增加了工艺的复杂性，影响传感器的测量精度。
【发明内容】
[0004]为了解决以上存在的问题，本实用新型提出了一种推挽式X轴磁电阻传感器，采用错列U形、H形或者U、H混合形软磁通量集中器来实现磁路的改变，实现将X外磁场转变成具有X磁场敏感方向的X方向推臂和-X方向挽臂之间具有相反磁电阻变化的增强外磁场作用，而当Y方向外磁场作用时，则推臂X磁场分量包含具有相反磁场变化的磁电阻传感单元，最终平均磁场变化为0，而挽臂则包含具有随磁场变化磁电阻变化非常小的特征，从而实现一种等效的挽臂式磁电阻传感单元电桥，实现X磁场信号的增强输出和对Y磁场的屏蔽作用。
[0005]本实用新型所提出的一种推挽式X轴磁电阻传感器，其特征在于，包括:衬底、位于衬底之上的错列软磁通量集中器阵列和推挽式磁电阻传感单元电桥；
[0006]所述错列软磁通量集中器阵列包括至少两个软磁通量集中器，所述每个软磁通量集中器均包含矩形正X向barl长条、负X向bar2长条以及一个O磁阻桥，所述barl长条和bar2长条长轴平行于Y轴方向且短轴平行于X轴方向，所述O磁阻桥长轴平行于X轴方向、短轴平行于Y轴方向且长轴两端分别与barl长条和bar2长条互联，所述软磁通量集中器之间形成错列结构，并在X方向形成错列间隙GapXl和未错列间隙GapX2 ;
[0007]所述推挽式磁电阻传感单元电桥至少包括一个推臂和一个挽臂，所述推臂包括至少一个推磁电阻传感单元串，所述挽臂包括至少一个挽磁电阻传感单元串，所述推、挽磁电阻传感单元串均分别包括多个互联磁电阻传感单元，所述推磁电阻传感单元串位于所述错列间隙GapXl处，所述挽磁电阻传感单元串位于所述未错列间隙GapX2处，且所述磁电阻传感单元的磁场敏感方向为X方向。
[0008]所述推挽式X轴磁电阻传感器还包括校准线圈和/或重置线圈；所述校准线圈包括平行于所述推、挽磁电阻传感单元串的推校准直导线和挽校准直导线，当校准电流通过所述校准线圈时，分别在所述推磁电阻传感单元串处和所述挽磁电阻传感单元串处产生沿X和-X方向的幅度相同的校准磁场分量；
[0009]所述重置线圈包括垂直于所述磁电阻传感单元串的重置直导线，当重置线圈通重置电流时，在所有磁电阻传感单元处沿Y方向产生幅度相同的重置磁场分量。
[0010]所述软磁通量集中器为U形或H形，所述U形软磁通量集中器的所述barl长条和bar2长条的正Y端对齐或者负Y端对齐，并连接到所述O磁阻桥上，所述barl长条和bar2长条之间形成U间隙，所述H形软磁通量集中器的所述O磁阻桥连接所述barl长条和所述bar2长条中点，所述barl长条和bar2长条之间形成H间隙，所述H间隙根据Y轴方向分为正H间隙和负H间隙。
[0011 ] 所述错列软磁通量集中器阵列由所述U形软磁通量集中器或者所述H形软磁通量集中器或者所述U形软磁通量集中器与H形软磁通量集中器组成，且沿X方向形成I个错列间隙列，任一个所述软磁通量集中器，至少存在一个其他所述软磁通量集中器与之形成错列结构，且正X向长条barl和负X向长条bar2的长轴在Y方向跨越所有所述错列间隙。
[0012]所述错列软磁通量集中器阵列由所述U和H形软磁通量集中器、或者仅由所述H软磁通量集中器组成，且形成M行N列所述错列间隙阵列，其中，Y方向，第I列和第N列所述错列间隙为所述H、U形软磁通量集中器之间的所述错列间隙或所述H软磁通量集中器之间的所述错列结构，当N为大于等于3的整数时，中间第2列到第N-1列所述错列间隙均对应所述H软磁通量集中器之间的所述错列结构；
[0013]X方向，每列均包括M个所述错列间隙，其中，最上端的所有所述软磁通量集中器正X向长条barl和最下端的所有所述软磁通量集中器负X向长条bar2分别合并成一个Dl和D2端长条，所述Dl和D2端长条长轴在Y方向跨越所有所述错列间隙；M、N为大于等于2的整数。
[0014]所述错列间隙列中所述软磁通量集中器总数量K为奇数时，所述错列间隙和未错列间隙的数字标号所构成的奇间隙集A为:
[0015]A=[-(nl+0.5)，_nl,…，—1.5，—I, 0，1，1.5，…，nl, nl+0.5]；
[0016]奇错列间隙集:Al=[-nl,…，-1，1，…，nl]；
[0017]奇未错列间隙集:
[0018]Α2=[-(η1+0.5)，…，—1.5，1.5，…，nl+0.5]；
[0019]所述软磁通量集中器数量K为偶数时，偶间隙集B为:
[0020]B= [- (n2+0.5)，~η2,…，_1，-0.5，O, 0.5，I,…，n2, (n2+0.5)] ； (n2 为大于等于 O
的整数)
[0021]偶错列间隙集:Bl=[-n2,…，_1，I,...，n2];
[0022]偶未错列间隙集:B2=[-n2-0.5，…，-0.5，0.5，n2+0.5]；
[0023]其中O对应中间间隙标号，正整数和正分数分别对应所述正X向错列间隙和未错列间隙标号，负整数和负分数分别对应所述负X向错列间隙和未错列间隙标号；
[0024]当K为奇数时，奇推臂集:
[0025]All=[l, 2, 3, —,nl]和 A12=[_l, _2，_3，— , -nl]
[0026]其中所述错列间隙处的所述磁电阻传感单元串构成所述推臂集；
[0027]奇挽臂集:
[0028]A21=[l.5，2.5，3.5，…，nl+0.5]和 Α22=[_1.5，_2.5，_3.5，…，_(η1+0.5)]；
[0029]其中所述未错列间隙处的所述磁电阻传感单元串构成所述挽臂集；
[0030]当K为偶数时，偶推臂集:
[0031]Bll=[l，2，3,…，η2]和 B12=[-l，-2，-3,...，-η2]；
[0032]其中所述错列间隙处的所述磁电阻传感单元串构成所述推臂集；
[0033]而偶挽臂集:
[0034]Β21=[0.5，1.5，2.5，…，(η2+0.5)]和 Β22=[_0.5，-1.5，-2.5，...，-(η2+0.5)];
[0035]其中所述未错列间隙处的所述磁电阻传感单元串构成所述挽臂集；
[0036]所述nl= (K-1) /2，所述 n2= (K-2) /2。
[0037]所述任一第J个错列间隙列中，所述奇或者偶推臂集Al I (J)或Bll (J)中任意选择nj个元素:nl彡J彡I或n2彡J彡1，nj彡I ;
[0038]Blj, a2J, a3J,…，anJ,其中相邻两个元素的差值大于2，则存在:
[0039]aIlJ-aIJ i I，a21J_a2J 土 I，a31J_a3J 土 I，...，anlJ_anJ 土 I
[0040]构成Push (J)集:
[0041 ] Push (J) — La1J, anj, a2j, a21j, a3J, a31J,...，anj, anlJ]
[0042]和 I^a1 j, _anj, _a2j, _a22j, _a3J, _a31J,...，_anJ, _anlJ],
[0043]且存在&1j—aiji0.5，^i1J-aIiJi0.5，a2。厂a2】土0.5，a21。厂a21】i0.5，a3。厂a3】土0.5，a31厂 a3ij土0.5，...，an0j- anj土0.5，anl。厂 anlj土0.5
[0044]构成PulI (J)集:
[0045]Pull (J) -[a10j, a110j, a20j, a210j, a30J, a310J,…，an0j, anl0J]
[0046]和[-a10j, _a110j, _a20j, _a210j, _a30j, _a310j,...，_an0j, _anl0J]，
[0047]所述Pul I (J)集中的所述推磁电阻传感单元串构成所述第J个所述错列间隙列的所述推磁电阻传感单元串，所述Pull (J)集中的所述挽磁电阻传感单元串构成所述第J个所述错列间隙列的所述挽磁电阻传感单元串。
[0048]所述错列软磁通量集中器阵列由M个所述错列间隙列组成时，对于第J个错列间隙列，存在一个所述PulI (J)和Push (J)，构成Pull集:
[0049]Pull= {Pull (I )，Pull (2)，Pull (3)，…，Pull (M)}，以及 Push 集:
[0050]Push= {Push (I), Push (2), Push (3),…，Push (M)}，
[0051]则推挽式X轴磁电阻传感器的所述推臂为所述各J列所对应Push (J)集所对应所述推磁电阻传感单元串之间的串联连接，所述挽臂为所述各J列所对应Pull (J)集所对应的所述挽磁电阻传感单元串之间的串联连接。
[0052]当两个电阻相同的磁电阻传感单元串同时位于一个由两个H形软磁通量集中器所构成的第一类未错列间隙处时，所述磁电阻传感单元串合并成一个磁电阻传感单元串，其电阻两倍于所述位于所述两个磁电阻传感单元串中的任一个。
[0053]所述推挽式桥式传感器可以连接成半桥、全桥或者准桥结构。
[0054]所述磁电阻传感单元为GMR自旋阀或者TMR传感单元，所述钉扎层方向平行于X轴方向，所述自由层方向为平行于Y轴方向。
[0055]有外加磁场时，所述磁电阻传感单元通过永磁偏置、双交换作用、形状各向异性或者他们的任意结合来使磁性自由层磁化方向来与磁性钉扎层磁化方向垂直。
[0056]所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感单元的数量相同。
[0057]所述校准线圈包括推校准直导线和挽校准直导线，所述推校准直导线和所述推磁电阻传感单元串之间的位置关系与所述挽校准直导线与所述挽磁电阻传感单元串之间的位置关系相同，所述位置关系为所述直导线位于对应磁电阻传感单元串正上方