磁传感器及其磁检测方法技术

本发明专利技术涉及一种至少将与基板垂直的磁场和与基板平行的磁场进行混合并能够以可将各磁场分量分离的状态检测各磁场分量的磁传感器及其磁检测方法。磁传感器的一个实施方式为对正交的3轴磁场进行检测的磁传感器，该磁传感器具备：磁检测部(50a或者50b)，其具有对第一方向的磁场分量进行检测的磁感应构件；以及磁场方向变换部(60a、60b)，其将与第一方向正交的第二方向的磁场分量以及与第一和第二方向均正交的第三方向的磁场分量变换为第一方向的磁场分量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁传感器及其磁检测方法
本专利技术涉及一种磁传感器及其磁检测方法，更详细地说，涉及一种至少将与基板垂直的磁场和与基板平行的磁场混合并能够以可将各磁场分量分离的状态检测各磁场分量的磁传感器及其磁检测方法。
技术介绍
通常，众所周知一种检测是否存在磁的巨磁阻(GiantMagnetResistance；GMR)元件。将施加磁场时电阻率增加的现象称为磁阻效应，但是在通常的物质中变化率为百分之几，但是在该GMR元件中达到百分之几十，因此广泛使用于硬盘磁头。图1是用于说明以往的GMR元件的动作原理的立体图，图2是图1的局部截面图。在图中，附图标记1表示反铁磁性层，附图标记2表示钉扎层(固定层)，附图标记3表示Cu层(分隔层)，附图标记4表示自由层(自由旋转层)。在磁性材料的磁化方向上电子的自旋散射发生变化而电阻发生变化。也就是说，用ΔR＝(RAP-RP)RP(RAP：为上下磁化方向反平行时，RP：为上下磁化方向平行时)来表示。通过与反铁磁性层1之间的磁耦合，固定层2的磁矩的方向被固定。当磁化自由旋转层4的磁矩的方向由于漏磁场而发生变化时，流过Cu层3的电流发生变化而能够读取漏磁场的变化。图3是用于说明以往的GMR元件的层叠结构的结构图，在图中，附图标记11表示绝缘膜，12表示自由层(自由旋转层)，13表示导电层，14表示钉扎层(固定层)，15表示反铁磁性层，16表示绝缘膜。自由层(自由旋转层)12为磁化方向自由旋转的层，由NiFe或者CoFe/NiFe构成，导电层13为流过电流而产生自旋散射的层，由Cu构成，钉扎层(固定层)14为磁化方向被固定为固定方向的层，由CoFe或者CoFe/Ru/CoFe构成，反铁磁性层15为用于固定钉扎层14的磁化方向的层，由PtMn或者IrMn构成，绝缘膜11、16由Ta、Cr、NiFeCr或AlO构成。另外，钉扎层14也可以不使用反铁磁性层而使用自偏压结构。图4是用于说明以往的GMR元件的图案形状的俯视图。GMR元件在钉扎层14的磁化方向上具有灵敏度轴。在无磁场时，GMR元件的自由层的磁化方向朝向GMR元件的长边方向，当从灵敏度轴的方向输入磁场时，与此相应地，自由层的磁化方向发生变化，GMR元件的电阻发生变化。近年来，广泛使用于便携式电话机等的电子罗盘具备将地磁场分解为正交的3轴分量的磁信号而输出的磁传感器，通过对从该磁传感器得到的三个输出信号进行运算，来正确地求出地磁场的方向。在此，对于将地磁场分解为正交的3轴分量的磁信号而输出的磁传感器，例如提出了专利文献1所记载的磁传感器。该磁传感器具备2轴磁传感器部和聚磁板，该2轴磁传感器部在设定为与基板表面平行且相互正交的2轴(X、Y轴)方向上检测地磁场分量，该聚磁板被配置于2轴磁传感器部之上，使与包含上述2轴的面垂直的方向(Z轴)的磁场汇聚，该磁传感器在磁阻元件上形成线圈，通过电流流过线圈而产生的磁场来控制磁化方向，通过聚磁板改变磁场方向，从而在同一基板上检测X、Y、Z的磁场。另外，对于广泛使用于便携式电话机等的开闭检测、旋转检测，例如提出了专利文献2所记载的技术，使用磁传感器和磁体，通过将铰链机构设为非磁性材料来防止磁传感器的误检测。另外，例如专利文献3的记载涉及一种使用了GMR元件的磁记录系统，是具有使自由铁磁性体层的静磁耦合最小的改良的固定铁磁性体层的自旋阀磁阻(MR)传感器，记载了具有自由铁磁性体层和固定铁磁性体层的层叠结构。另外，作为用于检测三维磁矢量的地磁传感器，提出一种使用了霍尔元件的磁传感器。这种霍尔元件能够检测与元件面垂直的方向的磁场，在以平面方式配置元件的情况下能够检测Z方向的磁场。例如在专利文献4中示出了以下内容：在圆形聚磁板的下部，配置相对于对称中心而上下、左右呈十字形状的霍尔元件，利用水平方向的磁场在聚磁板的端被变换为Z轴方向这一情况，不仅检测作为霍尔元件的磁感应方向的Z方向的磁场，还检测水平方向的磁场，由此能够检测同一基板上的X、Y、Z轴方向的磁场。另外，例如专利文献5的记载涉及一种具有在一个基板上以三维方向交叉的方式配置的磁阻效应元件的磁传感器，是使用了构成为包含钉扎层和自由层的磁阻元件的磁传感器。而且在专利文献5中，记载了一种对与磁传感器的表面垂直的方向的磁场进行测量的高灵敏度的磁传感器，提出了以下内容：使用对水平方向的磁场进行检测的磁阻元件，通过在倾斜的斜面上形成来对本来无法检测的施加到垂直方向的Z磁场进行矢量分解，由此能够以同一基板检测X、Y、Z的磁场。另外，例如专利文献6的记载涉及一种GMR元件，该GMR元件以相对于GMR芯片上呈一条折线状的图案形成。专利文献1：日本特开2006-3116号公报专利文献2：日本特开2006-10461号公报专利文献3：日本特开平7-169026号公报专利文献4：日本特开2002-71381号公报专利文献5：日本特开2004-6752号公报专利文献6：日本特开2003-282996号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，当不局限于目前的常识而转换想法来考虑时，专利技术者们发现了以下情况：不将正交的3轴磁信号分离而保持混合状态输出的磁传感器并不限定于确定磁场的方向而能够感应任意方向的磁场，因此在响应于磁的很多用途中是有用的。在某特定方向产生磁的用途中，例如在使用仅在1个轴方向上具有灵敏度轴的磁传感器对由流过导体的电流产生的磁场进行检测的情况下，当将磁传感器配置成磁传感器的灵敏度轴与由电流产生的磁场的方向一致时，高灵敏度地得到与电流的大小成正比的输出信号。但是，导体与磁传感器的安装位置受到限制，在不能配置成磁传感器的灵敏度轴与由电流产生的磁场的方向一致的情况下，如果是感应任意方向的磁场的磁传感器，则灵敏度对磁传感器的安装方式的依赖性降低，能够得到与电流的大小成正比的输出信号。因此，这种磁传感器能够扩大设备的设计自由度。在上述专利文献2中，磁传感器对1个轴方向的磁场进行检测，因此必须将磁传感器配置成磁传感器的灵敏度轴与磁体所产生的磁场的方向一致。也就是说，以往的磁传感器必须分别配置成磁感应方向与各磁体所产生的磁场的方向一致，因此需要多个磁传感器。相对于近年来呈现的便携式电话机等显著高密度化，从设备的小型化、壳体内的节省空间化这种观点来看，这种磁传感器不能充分满足。另外，上述专利文献1的磁传感器能够感应3轴分量，但是使用线圈而大型，因此难以安装到便携式设备等。总之，上述专利文献1至6所记载的技术无法在小型的同时感应正交的3轴的磁并且不分离3轴分量而保持混合状态输出。另一方面，从设备的小型化、壳体内的节省空间化这种观点来看，还需要如下一种磁传感器，在小型的同时能够感应与基板垂直的轴和与基板平行的轴这两个轴的磁或者感应正交的3轴的磁并分离2轴分量或者3轴分量。图5是表示以往的3芯片型的3轴磁传感器与本专利技术的一个实施方式所涉及的1芯片型的3轴磁传感器的区别的图。以往的3芯片型的3轴磁传感器在基板21上搭载了X轴传感器22X、Y轴传感器22Y、Z轴传感器22Z以及信号处理电路。在该3芯片型磁传感器中传感器面积增加，在实现小型化方面存在问题。因此，期望开发出一种实现小型化且同时获取3轴传感器信号的磁传感器。本专利技术的一个实施方式所涉及的1芯片型的3轴磁传感器能够同时获取3轴传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器，具备：多个聚磁部，其与基板大致平行且相互大致平行，配置成邻接的两个聚磁部中的一方的聚磁部相对于另一方的聚磁部在长边方向上错开；以及多个磁检测部，其与上述多个聚磁部大致平行，俯视观察时配置在上述多个聚磁部的邻接的两个聚磁部之间，其中，上述多个磁检测部包含第一磁检测部和第二磁检测部，俯视观察时该第一磁检测部和第二磁检测部配置成分别靠近上述多个聚磁部中的邻接的两个聚磁部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.26 JP 2013-064646;2013.07.09 JP 2013-143431.一种磁传感器，具备：多个聚磁部，其与基板平行且相互平行，配置成邻接的两个聚磁部中的一方的聚磁部相对于另一方的聚磁部在长边方向上错开；以及多个磁检测部，其与上述多个聚磁部平行，俯视观察时配置在上述多个聚磁部的邻接的两个聚磁部之间，其中，上述多个磁检测部包含第一磁检测部和第二磁检测部，俯视观察时该第一磁检测部和第二磁检测部配置成分别靠近上述多个聚磁部中的邻接的两个聚磁部，俯视观察时上述第一磁检测部配置成与上述多个聚磁部中的邻接的两个聚磁部中的一方的聚磁部相比更靠近另一方的聚磁部，俯视观察时上述第二磁检测部配置成与上述另一方的聚磁部相比更靠近上述一方的聚磁部，上述多个聚磁部由三个以上的聚磁部构成，配置成一个聚磁部相对于两个聚磁部在长边方向上错开，俯视观察时上述两个聚磁部隔着上述一个聚磁部相对置。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，上述多个聚磁部的各边缘间距离分别相等。3.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，俯视观察时上述多个聚磁部配置成上述多个聚磁部各自的重心形成锯齿状。4.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，俯视观察时上述多个聚磁部以隔一个聚磁部的方式相对置配置。5.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，在上述多个聚磁部的端部设置有聚磁部件。6.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，上述多个聚磁部与上述聚磁部件一起构成T字型、Y字型或者L字型的聚磁部。7.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，还具备第三磁检测部，俯视观察时该第三磁检测部配置成被上述多个聚磁部中的一个聚磁部覆盖。8.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，上述多个聚磁部以隔一个聚磁部的方式通过上述聚磁部件进行连接。9.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，还具备第三磁检测部和第四磁检测部，俯视观察时该第三磁检测部和第四磁检测部配置在上述多个聚磁部中的配置于端的聚磁部的外侧。10.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，俯视观察时上述多个聚磁部中的配置于端的聚磁部与上述聚磁部件一起构成T字型、Y字型或者L字型的聚磁部，上述多个聚磁部中的除了配置于上述端的聚磁部以外的聚磁部以隔一个聚磁部的方式通过上述聚磁部件进行连接。11.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述多个磁检测部的感磁轴为同一第一轴方向。12.根据权利要求11所述的磁传感器，其特征在于，还具备运算部，该运算部根据上述多个磁检测部各自的输出来运算并求出第二轴方向的磁场和第三轴方向的磁场。13.根据权利要求12所述的磁传感器，其特征在于，上述运算部根据上述多个磁检测部各自的电阻值来求出上述第二轴方向的磁场和上述第三轴方向的磁场。14.根据权利要求7所述的磁传感器，其特征在于，上述多个磁检测部和上述第三磁检测部的感磁轴为同一第一轴方向。15.根据权利要求14所述的磁传感器，其特征在于，还具备运算部，该运算部根据上述多个磁检测部和上述第三磁检测部各自的输出来运算并求出第二轴方向的磁场和第三轴方向的磁场。16.根据权利要求15所述的磁传感器，其特征在于，上述运算部根据上述多个磁检测部和上述第三磁检测部各自的电阻值来求出上述第二轴方向的磁场和上述第三轴方向的磁场。17.根据权利要求9所述的磁传感器，其特征在于，上述多个磁检测部以及上述第三磁检测部和上述第四磁检测部的感磁轴为同一第一轴方向。18.根据权利要求17所述的磁传感器，其特征在于，还具备运算部，该运算部根据上述多个磁检测部以及上述第三磁检测部和上述第四磁检测部各自的输出来运算并求出第二轴方向的磁场和第三轴方向的磁场。19.根据权利要求18所述的磁传感器，其特征在于，上述运算部根据上述多个磁检测部以及上述第三磁检测部和上述第四磁检测部各自的电阻值来求出上述第二轴方向的磁场和上述第三轴方向的磁场。20.根据权利要求13、16或者19所述的磁传感器，其特征在于，上述运算部通过求解与上述各自的电阻值有关的联立方程式来求出上述第二轴方向的磁场和上述第三轴方向的磁场。21.根据权利要求12～13、15～16、18～19中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，上述第一轴方向是与上述基板平行的方向，上述第二轴方向是与上述基板平行且与上述第一轴方向正交的方向，上述第三轴方向是与上述基板正交的方向。22.一种磁传感器，具备：磁检测部，其具有检测第一方向的磁场分量的磁感应构件；以及磁场方向变换部，其将与上述第一方向正交的第二方向的磁场分量以及与上述第一方向和上述第二方向均正交的第三方向的磁场分量变换为上述第一方向的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下昌哉，山县曜，田中健，御子柴宪彦，
申请(专利权)人：旭化成微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP