一种高灵敏度推挽桥式磁传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度推挽桥式磁传感器，该传感器包括两个基片、磁电阻传感元件、推臂通量集中器以及挽臂通量集中器。同一基片上磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向相同，但与相邻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电桥的挽臂。推、挽臂上磁电阻传感元件分别成列排布于相邻两个推臂通量集中器和相邻两个挽臂通量集中器之间的间隙处。此传感器可在准桥、半桥、全桥这三种电桥结构上得到实现。该传感器具有以下优点：偏移小、灵敏度高、线性度好、噪声小等。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度推挽桥式磁传感器
本专利技术涉及磁传感器
，特别涉及一种高灵敏度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。霍尔磁传感器虽然适用于高强度的磁场中，但其灵敏度很低、功耗大、线性度差。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。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。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。相比单电阻、参考桥式磁传感器，推挽桥式磁传感器具有更高的灵敏度、偏移低，同时具有温度补偿功能，能够抑制温度漂移的影响。但现有的推挽桥式磁传感器的灵敏度不够高、噪声也不是很小。
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，提供一种高灵敏度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； 至少两个推臂通量集中器和至少两个挽臂通量集中器； 所述推臂通量集中器和所述挽臂通量集中器的长轴方向均为Y轴方向，短轴方向均为X轴方向； 所述推臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻推臂通量集中器之间的间隙处，所述挽臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻挽臂通量集中器之间的间隙处； 所述推臂和所述推臂通量集中器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂通量集中器沉积在所述挽臂基片上； 所述推臂和所述挽臂相互电连接以形成电桥； 在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；； 所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件的敏感方向均为X轴方向。优选的，每两个相邻所述推臂通量集中器之间的间隙处和每两个相邻所述挽臂通量集中器之间的间隙处各自分别最多对应一列所述磁电阻传感元件。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、形状各向异性或者至少两种的结合来偏置磁性自由层的磁化方向，所述片上永磁体和所述片上线圈所产生的交叉偏置场的方向为Y轴方向。优选的，所述电桥为半桥、全桥或者准桥。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，所述推臂通量集中器和所述挽臂通量集中器的数量相同并且相互平行。优选的，所述推臂通量集中器和所述挽臂通量集中器均为细长条形阵列，组成材料均为软铁磁合金，所述软铁磁合金含有N1、Fe和Co中的一种或多种元素。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，所述集成电路是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面，所述挽臂直接沉积在所述挽臂基片上的集成电路上面。优选的，所述基片为ASIC芯片，其含有偏移电路、增益电路、校准电路、温度补偿电路和逻辑电路中的任一种或多种应用电路。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:偏移小、线性度好、灵敏度高、噪声小。【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为现有技术中常用的推挽桥式磁传感器的结构示意图。图2为现有技术中另一种推挽桥式磁传感器的结构示意图。图3为本专利技术中的推挽桥式磁传感器的结构示意图。图4为磁电阻传感元件周围的磁场分布图。图5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6为本专利技术中推挽桥式磁传感器有无通量集中器的转换特性曲线。【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为现有技术中常用的推挽桥式磁传感器的结构示意图。该传感器的结构为GMR元件构成的惠斯通全桥，相邻桥臂中GMR元件的钉扎层的磁化方向相反，相对桥臂中GMR元件的钉扎层的磁化方向相同，如图中的103、104所示。该传感器包括基片50、GMR元件电连接构成的电阻Rl、Rl’、R2、R2’，用于输入输出的焊盘51-54。该传感器采用两次成膜工艺，即分两次分别沉积钉扎层方向相反的GMR元件，这使得其制作工艺复杂，并且第二次工艺退火时会影响第一次沉积的薄膜，这使得前后两次成膜的一致性差，从而影响传感器的整体性能。图2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，并且灵敏度也不足够闻。实施例图3为本专利技术中的推挽桥式磁传感器的结构示意图。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，多个推臂通量集中器23、挽臂通量集中器41，焊盘24-39。其中，磁电阻传感元件22、推臂通量集中器23、焊盘24-31沉积于推臂基片20上，磁电阻传感元件42、挽臂通量集中器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。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，并分别成列排布于相邻两个推臂通量集中器23之间的间隙处和相邻两个挽臂通量集中器41之间的间隙处。每两个相邻的推臂通量集中器23之间的间隙处和每两个相邻的挽臂通量集中器41之间的间隙处各自分别至多排布有一列磁电阻传感兀件，每一列磁电阻传感兀件可以含有一个或至少两个磁电阻传感兀件，图3中每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推挽桥式磁传感器，其特征在于：该传感器包括位于XY平面内的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；至少两个推臂通量集中器和至少两个挽臂通量集中器；所述推臂通量集中器和所述挽臂通量集中器的长轴方向均为Y轴方向，短轴方向均为X轴方向；所述推臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻推臂通量集中器之间的间隙处，所述挽臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻挽臂通量集中器之间的间隙处；所述推臂和所述推臂通量集中器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂通量集中器沉积在所述挽臂基片上；所述推臂和所述挽臂相互电连接以形成电桥；所述推臂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；所述推臂和所述挽臂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】
1.一种推挽桥式磁传感器,其特征在于:该传感器包括 位于XY平面内的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； 至少两个推臂通量集中器和至少两个挽臂通量集中器； 所述推臂通量集中器和所述挽臂通量集中器的长轴方向均为Y轴方向，短轴方向均为X轴方向； 所述推臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻推臂通量集中器之间的间隙处，所述挽臂上的磁电阻传感元件位于两个相邻挽臂通量集中器之间的间隙处； 所述推臂和所述推臂通量集中器沉积在所述推臂基片上，所述挽臂和所述挽臂通量集中器沉积在所述挽臂基片上； 所述推臂和所述挽臂相互电连接以形成电桥； 所述推臂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； 所述推臂和所述挽臂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 所述的推挽桥式磁传感器，其特征在于，每两个相邻所述推臂通量集中器之间的间隙处和每两个相邻所述挽臂通量集中器之间的间隙处各自分别最多排布有一列所述磁电阻传感元件。3.根据权利要求1所述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...

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