一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，该传感器包括两个基片、磁电阻传感元件以及推臂衰减器和挽臂衰减器。同一基片上磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向相同，不同基片上的磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向相反，其中一个基片上的磁电阻传感元件相互电连接构成推挽电桥的推臂，另一个基片上的磁电阻传感元件相互电连接构成推挽电桥的挽臂。推、挽臂上磁电阻传感元件成列排布于推臂衰减器和挽臂衰减器的上方或下方。此传感器可在准桥、半桥、全桥三种电桥结构上得到实现。其具有以下优点：功耗低、偏移量小、线性度好、工作范围宽以及能在高强度磁场中工作等，并且其灵敏度能达到单芯片参考桥式磁传感器的最大灵敏度的2倍。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器
本专利技术涉及磁传感器
，特别涉及一种用于高强度磁场中的推挽桥式磁传 感器。
技术介绍
磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方 向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场及其他参数，例如霍 尔(HalI)元件,各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)元件或巨磁电阻 (Giant Magnetoresistance, GMR)元件为敏感元件的磁传感器。霍尔磁传感器虽然能在高强度磁场中工作，但灵敏度很低、功耗大、线性度差等缺 点。AMR磁感器虽然灵敏度比霍尔传感器高，但其制造工艺复杂，功耗高，并且不适用于高强 度磁场。GMR磁传感器相比霍尔磁传感器有更高的灵敏度，但其线性范围偏低，并且也不适 用于高强度磁场。TMR (Tunnel MagnetoResistance)磁传感器是近年来开始工业应用的新型磁电阻 效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，其相对于霍 尔磁传感器、AMR磁传感器以及GMR磁传感器具有更高的灵敏度、更低的功耗、更好的线性 度以及更宽的工作范围。但现有的TMR磁传感器仍然不适用于高强度磁场中工作，并且线 性范围也不够宽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的以上问题，提供一种适用于高强度磁场 中的推挽桥式磁传感器。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术提供了一种用于高强度磁场的 推挽桥式磁传感器，该传感器包括推臂基片和挽臂基片；至少一个由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成的推臂和至少一个由一个或多个 磁电阻传感元件电连接构成的挽臂；至少一个推臂衰减器和至少一个挽臂衰减器；所述推臂和所述推臂衰减器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂衰减器沉积 在所述挽臂基片上；所述推臂衰减器和所述挽臂衰减器的长轴方向为Y轴方向，短轴方向为X轴方向；所述推臂中的磁电阻传感元件成列排布于所述推臂衰减器的上方或下方，所述挽臂中 的磁电阻传感元件成列排布于挽臂衰减器的上方或下方；同一基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相同，所述推臂基片与所述挽 臂基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相反；所述推臂基片和所述挽臂基片上的磁电阻传感元件的敏感方向均为X轴方向。优选的，每个所述推臂衰减器和每个所述挽臂衰减器的上方或下方各自分别最多对应一列所述磁电阻传感元件，同一基片上的所述推臂衰减器或所述挽臂衰减器的个数与 所述磁电阻传感元件的列数之间的关系如下:NA>=NS+2i，其中NA为推臂衰减器或挽臂衰 减器的个数，NS为磁电阻传感元件的列数，i为非负整数。优选的，所述磁电阻传感元件为GMR或者TMR传感元件。优选的，对于所述推臂基片和所述挽臂基片，其中一个基片上的所述磁电阻传感 元件的钉扎层的磁化方向为X轴正方向，另一个基片上的所述磁电阻传感元件的钉扎层的 磁化方向为X轴负方向。优选的，在没有外加磁场时，所述磁电阻传感元件可以通过片上永磁体、片上线 圈、双交换作用、形状各向异性中的任意一种或者至少两种的结合来偏置磁性自由层的磁 化方向，其中，所述片上永磁体和片上线圈所产生的交叉偏置场的方向为Y轴方向。优选的，所述推臂和所述挽臂电连接构成的电桥为半桥、全桥或准桥。优选的，所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件的数量相同并且相互平行。优选的，所述推臂衰减器和所述挽臂衰减器的数量相同并且相互平行。优选的，所述推臂衰减器和所述挽臂衰减器均为细长条形阵列，其组成材料为软 铁磁合金，含有N1、Fe、和Co中的一种元素或至少两种元素。优选的，所述推臂和所述挽臂上磁电阻传感元件处的磁场的增益系数Asns〈l。优选的，所述推臂基片和所述挽臂基片包括了集成电路，或与包括了集成电路的 其它基片相连接。优选的，所述集成电路为CMOS、BiCMOS、Bipolar、BCDMOS或者S0I，所述推臂直接沉积在所述推臂基片上的集成电路上，所述挽臂直接沉积在所述挽臂基片上的集成电路 上。优选的，所述基片为ASIC芯片，其包含有偏移电路、增益(gain)电路、校准电 路、温度补偿电路和逻辑(logic)电路中的任一种或几种应用电路。优选的，所述逻辑电路为数字开关电路或者旋转角度计算电路。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:功耗低、偏移量小、线性度好、工作范 围宽以及适用于高强度磁场，此外，该设计的灵敏度能达到单芯片参考桥式设计的最大灵 敏度的2倍。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中 所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。图1为现有技术中推挽桥式磁传感器的结构示意图。图2为本专利技术中的推挽桥式磁传感器的结构示意图。图3为磁电阻传感元件周围的磁场分布图。图4为磁电阻传感元件所在位置与相对应的增益系数之间的关系曲线。图5为磁电阻传感元件的响应曲线。图6为本专利技术中推挽桥式磁传感器有无衰减器的转换特性曲线。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术的
技术实现思路
作进一步的描述。图1为现有技术中专利申请201310325337.5所公开的单芯片推挽桥式磁传感器 的结构示意图。该传感器包括基片1，用于输入输出的焊盘6-9，多个倾斜设置在基片I上 面的推臂通量集中器12和挽臂通量集中器13，以及分别位于相邻两个推臂通量集中器之 间的间隙14和相邻两个挽臂通量集中器之间的间隙15处的磁电阻传感元件10和11。磁 电阻传感元件10和11的钉扎层的磁化方向相同。该传感器容易饱和，不能用于高强度的 磁场当中。实施例图2为本专利技术中的推挽桥式磁传感器的一种结构示意图。该传感器包括推臂基 片20，挽臂基片21，多个磁电阻传感元件22，42，多个推臂衰减器23、挽臂衰减器41，焊盘 24-39。其中，磁电阻传感元件22、推臂衰减器23、焊盘24-31沉积于推臂基片20上，磁电 阻传感元件42、挽臂衰减器41、焊盘32-39沉积于挽臂基片21上，推臂基片20和挽臂基片 21除了方向不同之外，其它都相同。推臂衰减器23和挽臂衰减器41的长轴方向为Y轴方 向，短轴方向为X轴方向。焊盘24，25，36，37分别作为电源供应端VBias，接地端GND，电压输 出端V+，V-，焊盘26-29分别与焊盘34、35、38、39电连接。磁电阻传感元件22，42分别相互 电连接形成推臂和挽臂，并成列排布于推臂衰减器23、挽臂衰减器41的下方，但并不限于 以上位置。每个推臂衰减器和每个挽臂衰减器的下方各自分别至多排布有一列磁电阻传感 元件。每一列磁电阻传感元件可以含有一个或至少两个磁电阻传感元件，图2中每一列含 有6个磁电阻传感元件。推臂基片20和挽臂基片21的两侧各自分别有两个推臂衰减器23 和挽臂衰减器41下方没有排布磁电阻传感元件22，42，这是为了使磁电阻传感元件22，42 处的磁场分布更加均匀。当然根据需要，可以设置更多的推臂衰减器和/或挽臂衰减器的 下方不排布磁电阻传感元件。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于：该传感器包括推臂基片和挽臂基片；至少一个由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成的推臂和至少一个由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成的挽臂；至少一个推臂衰减器和至少一个挽臂衰减器；所述推臂和所述推臂衰减器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂衰减器沉积在所述挽臂基片上；所述推臂衰减器和所述挽臂衰减器的长轴方向为Y轴方向，短轴方向为X轴方向；所述推臂中的磁电阻传感元件成列排布于所述推臂衰减器的上方或下方，所述挽臂中的磁电阻传感元件成列排布于挽臂衰减器的上方或下方；同一基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相同，所述推臂基片与所述挽臂基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相反；所述推臂基片和所述挽臂基片上的磁电阻传感元件的敏感方向均为X轴方向。

【技术特征摘要】
1.一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于:该传感器包括推臂基片和挽臂基片；至少一个由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成的推臂和至少一个由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成的挽臂；至少一个推臂衰减器和至少一个挽臂衰减器；所述推臂和所述推臂衰减器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂衰减器沉积在所述挽臂基片上；所述推臂衰减器和所述挽臂衰减器的长轴方向为Y轴方向，短轴方向为X轴方向；所述推臂中的磁电阻传感元件成列排布于所述推臂衰减器的上方或下方，所述挽臂中的磁电阻传感元件成列排布于挽臂衰减器的上方或下方；同一基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相同，所述推臂基片与所述挽臂基片上的磁电阻传感元件的磁性钉扎层的磁化方向相反；所述推臂基片和所述挽臂基片上的磁电阻传感元件的敏感方向均为X轴方向。2.根据权利要求1所述的用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于，每个所述推臂衰减器和每个所述挽臂衰减器的上方或下方各自分别最多对应一列所述磁电阻传感元件，同一基片上的所述推臂衰减器或所述挽臂衰减器的个数与所述磁电阻传感元件的列数之间的关系如下:NA>=NS+2i，其中NA为推臂衰减器或挽臂衰减器的个数，NS为磁电阻传感元件的列数，i为非负整数。3.根据权利要求1所述的用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于，所述磁电阻传感元件为GMR或者TMR传感元件。4.根据权利要求1或3所述的 用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于，对于所述推臂基片和所述挽臂基片，其中一个基片上的所述磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向为X轴正方向，另一个基片上的所述磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向为X轴负方向。5.根据权利要求4所述的用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器，其特征在于，在没有外加磁场时，所述磁电阻传感元件可以通过片上永磁体、片上线圈、双交换作用、形状各向...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：