磁传感器及其磁检测方法技术

本发明专利技术涉及磁传感器及其磁检测方法。该磁传感器对2轴方向或者3轴方向的磁进行检测，其具备配置图案，该配置图案由相对于基板平面分别平行地配置的三个以上的磁检测部以及相对于基板平面分别平行地配置的第一聚磁部至第三聚磁部构成，第一聚磁部至第三聚磁部配置成在沿第二聚磁部的长边方向输入磁场时，从第二聚磁部至第一聚磁部形成磁通分量的磁路以及从第二聚磁部至第三聚磁部形成磁通分量的磁路，三个以上的磁检测部具备一方的磁检测部群和另一方的磁检测部群，一方的磁检测部群配置在第二聚磁部与第一聚磁部之间，另一方的磁检测部群配置在第二聚磁部与第三聚磁部之间。该磁传感器能够以可将各磁场分量分离的状态检测各磁场分量。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2014年3月24日、国家申请号为201480000756.4、专利技术名称为“磁传感器及其磁检测方法”的PCT申请(国际申请号为PCT/JP2014/001676)的分案申请。
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(Giant Magnet Resistance；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以及信号处理电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器，对2轴方向或者3轴方向的磁进行检测，具备配置图案，该配置图案包括相对于基板平面分别平行地配置的三个以上的磁检测部以及相对于上述基板平面分别平行地配置的第一聚磁部至第三聚磁部，上述第一聚磁部至上述第三聚磁部配置成在沿上述第二聚磁部的长边方向输入磁场时，从上述第二聚磁部至上述第一聚磁部形成磁通分量的磁路以及从上述第二聚磁部至上述第三聚磁部形成磁通分量的磁路，上述三个以上的磁检测部具备一方的磁检测部群和另一方的磁检测部群，该一方的磁检测部群配置在上述第二聚磁部与上述第一聚磁部之间，该另一方的磁检测部群配置在上述第二聚磁部与上述第三聚磁部之间。

【技术特征摘要】
2013.03.26 JP 2013-064646;2013.07.09 JP 2013-143431.一种磁传感器，对2轴方向或者3轴方向的磁进行检测，具备配置图案，该配置图案包括相对于基板平面分别平行地配置的三个以上的磁检测部以及相对于上述基板平面分别平行地配置的第一聚磁部至第三聚磁部，上述第一聚磁部至上述第三聚磁部配置成在沿上述第二聚磁部的长边方向输入磁场时，从上述第二聚磁部至上述第一聚磁部形成磁通分量的磁路以及从上述第二聚磁部至上述第三聚磁部形成磁通分量的磁路，上述三个以上的磁检测部具备一方的磁检测部群和另一方的磁检测部群，该一方的磁检测部群配置在上述第二聚磁部与上述第一聚磁部之间，该另一方的磁检测部群配置在上述第二聚磁部与上述第三聚磁部之间。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，上述三个以上的磁检测部均在与上述基板平面平行的第一轴方向上具有感磁轴，上述2轴为与上述基板平面平行且与上述第一轴垂直的第二轴以及与上述基板平面垂直的第三轴，上述3轴为上述第一轴至上述第三轴。3.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，在上述三个以上的磁检测部的各磁检测部中，从上述第一聚磁部与上述第二聚磁部之间的第一虚拟中线至上述一方的磁检测部群的各磁检测部的长边方向的中线为止的中线间距离以及从上述第二聚磁部与上述第三聚磁部之间的第二虚拟中线至上述另一方的磁检测部群的各磁检测部的长边方向的中线为止的中线间距离相互为0.7倍以上且1.3倍以下。4.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，各上述中线间距离相互相等。5.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述第二聚磁部相对于上述第一聚磁部和第三聚磁部配置成在上述第二聚磁部的长边方向上错开。6.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，俯视观察时上述第二聚磁部的重心不在连结上述第一聚磁部的重心和
\t上述第三聚磁部的重心的虚拟线上。7.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述第一聚磁部与上述第二聚磁部的边缘间距离同上述第二聚磁部与上述第三聚磁部的边缘间距离相互为0.7倍以上且1.3倍以下。8.根据权利要求7所述的磁传感器，其特征在于，各上述边缘间距离相等。9.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，还具备第四聚磁部和/或第五聚磁部，该第四聚磁部配置于该第四聚磁部与上述第二聚磁部夹持上述第一聚磁部的位置，该第五聚磁部配置于该第五聚磁部与上述第二聚磁部夹持上述第三聚磁部的位置。10.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，在上述聚磁部的端部设置有聚磁部件而该聚磁部构成T字型、Y字型或者L字型的聚磁部。11.根据权利要求10所述的磁传感器，其特征在于，上述T字型、Y字型或者L字型的聚磁部的聚磁部件相互具有空隙部。12.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述三个以上的磁检测部的沿长边方向的一部分隔着上述基板平面被上述第一聚磁部至上述第三聚磁部中的某一个覆盖。13.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述配置图案除了具备上述三个以上的磁检测部以外，还具备辅助磁检测部，该辅助磁检测部被聚磁部覆盖。14.根据权利要求13所述的磁传感器，其特征在于，上述三个以上的磁检测部为四个磁检测部。15.根据权利要求13所述的磁传感器，其特征在于，上述辅助磁检测部被上述第一聚磁部至上述第三聚磁部中的某一个覆盖。16.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，具有多个上述配置图案。17.根据权利要求16所述的磁传感器，其特征在于，在多个上述配置图案中，各配置图案中的上述第三聚磁部兼作邻接的后级的配置图案中的上述第一聚磁部。18.根据权利要求13所述的磁传感器，其特征在于，具有多个上述配置图案，在重复多个的上述配置图案中，各配置图案中的上述三个以上的磁检测部和/或上述辅助磁检测部与邻接的后级的配置图案中的上述三个以上的...

【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