一種單芯片z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器，該傳感器包括基片、磁電阻傳感元件以及通量引導(dǎo)件，磁電阻傳感元件相互電連接形成電橋的推臂和挽臂，推臂和挽臂相間隔排列，并且推、挽臂上的磁電阻傳感元件分別位于通量引導(dǎo)件下方的兩側(cè)，各磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向相同，均沿X軸方向。Z軸方向的外加磁場(chǎng)通過(guò)通量引導(dǎo)件轉(zhuǎn)變?yōu)閄軸方向的磁場(chǎng)分量，位于通量引導(dǎo)件下方的磁電阻傳感元件便能檢測(cè)到此分量。該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、制作簡(jiǎn)單、便于封裝、靈敏度高、線(xiàn)性度好、工作范圍寬、低偏移、溫度補(bǔ)償功能好以及適用于高強(qiáng)度磁場(chǎng)等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著磁傳感器技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，磁傳感器被大量應(yīng)用于手機(jī)和其他用作電子羅盤(pán)的移動(dòng)設(shè)備當(dāng)中，而此類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)對(duì)成本十分敏感，而且還要求較小的封裝尺寸。對(duì)于XY平面內(nèi)的二維磁場(chǎng)，可以通過(guò)將兩個(gè)傳感器正交來(lái)實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)磁場(chǎng)Χ、y分量的測(cè)量，但對(duì)于Z軸方向磁場(chǎng)的測(cè)量，目前主要存在以下解決方案:
(I)將一個(gè)分立單軸平面磁阻傳感器相對(duì)于二軸平面?zhèn)鞲衅鞔怪卑惭b，但這種方式存在以下不足之處:
①x、Y二軸磁阻傳感器和Z軸磁阻傳感器在安裝之前為各自為分立元件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)三軸磁阻傳感器的集成制造，從而增加了制造工藝的復(fù)雜程度；
②相對(duì)于集成制造系統(tǒng)，采用組裝方法制造的三軸磁阻傳感器系統(tǒng)內(nèi)各元件的位置精度降低，影響傳感器的測(cè)量精度；
③由于Z軸磁阻傳感器敏感軸垂直于Χ，Υ二軸磁阻傳感器，因此三軸磁阻傳感器Z向尺寸增加，從而增加了器 件尺寸和封裝難度。
[0003](2 )米用通量集中器將Z軸方向磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閄、Y軸方向的磁場(chǎng)分量,例如申請(qǐng)?zhí)枮?01110098286.8的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種單芯片三軸AMR傳感器，該傳感器通過(guò)在水平傳感器上方放置一個(gè)通量集中器來(lái)實(shí)現(xiàn)Z軸方向磁場(chǎng)的測(cè)量。但通量集中器并未完全覆蓋住所有水平傳感器，這使得Z軸方向的磁場(chǎng)并未完全轉(zhuǎn)化為Χ、Υ軸方向上的分量。此外，該申請(qǐng)公開(kāi)的傳感器設(shè)計(jì)不能密集封裝水平傳感器來(lái)減小噪聲，其溫度補(bǔ)償和偏移量也不容易控制。另外，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201310202801.1公開(kāi)了一種三軸數(shù)字指南針，該指南針利用通量集中器對(duì)磁場(chǎng)的扭曲作用，將垂直于平面的Z軸磁場(chǎng)分量轉(zhuǎn)變成XY平面內(nèi)磁場(chǎng)分量，然后通過(guò)采用一定的算法將X、Y、Z軸磁場(chǎng)分量從混合信號(hào)中分離出來(lái)，并將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸出。此設(shè)計(jì)需要通過(guò)特定的算法計(jì)算才能得到Z軸方向磁場(chǎng)的數(shù)字信號(hào)，這使得傳感器設(shè)計(jì)更加復(fù)雜化，并且其采用的是參考橋式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的傳感器輸出不對(duì)稱(chēng)，從而造成傳感器輸出產(chǎn)生了偏移量。
[0004](3)基片微機(jī)械化來(lái)形成一傾斜面，在此傾斜面上沉積有可部分感應(yīng)Z軸方向磁場(chǎng)的傳感器。這一過(guò)程很復(fù)雜，空間利用率低，在傳感器的沉積和布局中還會(huì)造成一些遮蔽效應(yīng)，這降低了傳感器性能。
[0005](4)通過(guò)利用磁性材料的垂直磁各向異性來(lái)測(cè)量Z軸方向磁場(chǎng)，例如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US20130168787A1公開(kāi)了一種磁傳感器，該傳感器通過(guò)利用垂直磁各向異性來(lái)測(cè)量外磁場(chǎng)的Z軸分量，但垂直磁各向異性材料的矯頑力很高，這種方法還會(huì)降低磁阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種體積小、成本低、靈敏度高、線(xiàn)性度好、制作簡(jiǎn)單、適用于高強(qiáng)度磁場(chǎng)的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，該傳感器包括:
沉積有電橋的基片；
所述電橋由相交錯(cuò)排列的推臂與挽臂電連接構(gòu)成；
所述推臂和挽臂各自均包含有至少一個(gè)相互電連接的磁電阻傳感元件，以檢測(cè)磁場(chǎng)在X軸方向上的分量；
至少一個(gè)通量弓I導(dǎo)件，所有所述通量弓I導(dǎo)件的集合覆蓋住整個(gè)所述電橋；
所述通量引導(dǎo)件的長(zhǎng)軸與Y軸平行，所述通量引導(dǎo)件的短軸與X軸平行。
[0008]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件為GMR或者TMR傳感元件，所述GMR或者TMR傳感元件的釘扎層的磁化方向相同。
[0009]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)度與寬度之間的比值大于I。
[0010]優(yōu)選的，在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與Y軸平行，釘扎層的磁化方向與X軸平行。
[0011]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件通過(guò)永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者所述永磁偏置、雙交換作用和形狀各向異性中至少兩個(gè)的結(jié)合使磁性自由層的磁化方向與Y軸平行。
[0012]優(yōu)選的，通過(guò)形狀各向異性來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性自由層的磁化方向與Y軸平行，并且釘扎層的磁化方向與X軸平行時(shí)，所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)度與寬度之間的比值大于3。
[0013]優(yōu)選的，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件的數(shù)量相同，并且所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)軸與Y軸平行。
[0014]優(yōu)選的，所述電橋?yàn)榘霕颉⑷珮蚧蛘邷?zhǔn)橋。
[0015]優(yōu)選的，所述通量引導(dǎo)件為長(zhǎng)條形陣列，其長(zhǎng)度Ly大于寬度Lx，也大于厚度Lz，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S不小于寬度Lx，所述通量引導(dǎo)件的材料為軟鐵磁合金，其含有N1、Fe、Co和Al中的一種或幾種元素。
[0016]優(yōu)選的，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S取值范圍為2Lx?3Lx。
[0017]優(yōu)選的，所述電橋用引線(xiàn)連接于半導(dǎo)體封裝引線(xiàn)框，封裝在塑料中以形成一標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝。
[0018]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體封裝的方法包括焊盤(pán)引線(xiàn)鍵合、倒裝芯片、球柵陣列封裝(BGA )、晶圓級(jí)封裝(WLP )以及板上芯片封裝(C0B )。
[0019]優(yōu)選的，所述基片包含有一集成電路，所述集成電路與所述電橋相電連接。
[0020]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件，位于所述通量引導(dǎo)件的下方邊緣至所述通量引導(dǎo)件的中心處之間的任意位置。
[0021]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件位于相對(duì)于所述通量引導(dǎo)件的邊緣的下方的以外的兩側(cè)。
[0022]優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件位于從所述通量引導(dǎo)件的邊緣到其中心線(xiàn)的距離的1/3處至2/3處之間的任意位置并包括所述1/3和2/3處。
[0023]優(yōu)選的，移動(dòng)所述磁電阻傳感元件靠近所述通量引導(dǎo)件的下方邊緣，或者增大所述通量引導(dǎo)件的厚度Lz，或者減小所述通量引導(dǎo)件的寬度Lx處均，以增加所述單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的靈敏度。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)采用多個(gè)細(xì)長(zhǎng)條形通量引導(dǎo)件，能使傳感器具有低磁滯、良好的線(xiàn)性度和高靈敏度，也使得傳感器的輸出不容易達(dá)到飽和狀態(tài)，從而增大了傳感器工作的動(dòng)態(tài)范圍；
(2)所有的磁電阻傳感元件均位于通量引導(dǎo)件的下方，這有利于屏蔽面內(nèi)的磁場(chǎng)分量，直接檢測(cè)到的便是所需測(cè)的Z軸方向磁場(chǎng)，無(wú)需通過(guò)算法計(jì)算；
(3)本發(fā)明中的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的工作磁場(chǎng)能達(dá)到200高斯以上；
(4)本發(fā)明中的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器無(wú)需刻槽，也無(wú)需傾斜封裝，其制作簡(jiǎn)單，便于封裝，還能實(shí)現(xiàn)完全集成制造。
[0025]
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明中的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為Z軸方向磁場(chǎng)在通量引導(dǎo)件周?chē)植嫉钠拭鎴D。
[0029]圖3為本發(fā)明中的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的電路原理示意圖。
[0030]圖4為X軸方向磁場(chǎng)在通量引導(dǎo)件周?chē)植嫉钠拭鎴D。
[0031]圖5為Y軸方向磁場(chǎng)在通量引導(dǎo)件周?chē)植嫉钠拭鎴D。
[0032]圖6為傳感器的輸出電壓與X、Y和Z軸方向磁場(chǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)。
[0033]圖7為相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距為5微米時(shí)，所檢測(cè)到的X、Z軸方向的磁場(chǎng)分量與磁電阻傳感元件所在位置的關(guān)系曲線(xiàn)。
[0034]圖8為相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距為15微米時(shí)，所檢測(cè)到的X、Z軸方向的磁場(chǎng)分量與磁電阻傳感元件所在位置的關(guān)系曲線(xiàn)。
[0035]
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例
[0037]圖1為本發(fā)明中的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可以看出，該傳感器包括基片1，多個(gè)磁電阻傳感元件2和3，多個(gè)通量引導(dǎo)件4，電連接導(dǎo)體5以及焊盤(pán)6-9。焊盤(pán)6-9分別作為電源供應(yīng)端VBias，接地端GND，電壓輸出端V+，V-。磁電阻傳感元件2和3分別位于通量引導(dǎo)件4下方的長(zhǎng)軸兩側(cè)，通量引導(dǎo)件4能將所有磁電阻傳感元件完全覆蓋。當(dāng)然，磁電阻傳感元件2和3也可以分別位于通量引導(dǎo)件4下方的長(zhǎng)軸兩側(cè)邊緣的外側(cè)。在本實(shí)施例中，雖然左右兩側(cè)最外圍以及中間的三個(gè)通量引導(dǎo)件下方?jīng)]有放置磁電阻傳感元件，但如有需要，所有通量引導(dǎo)件下方都可以放置磁電阻傳感元件。所有磁電阻傳感元件2相互電連接構(gòu)成了電橋的推臂，所有磁電阻傳感元件3相互電連接構(gòu)成了電橋的挽臂，推臂與挽臂相間隔排列，推臂、挽臂以及焊盤(pán)6-9之間通過(guò)電連接導(dǎo)體5連接形成電橋。一種可能的實(shí)施例是，當(dāng)磁電阻傳感元件沿通量引導(dǎo)件的短軸方向即X軸方向，位于通量引導(dǎo)件的下方邊緣至通量引導(dǎo)件的中心處之間的任意位置時(shí)，包括其中心處，均能增加單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的線(xiàn)性工作范圍。
[0038]磁電阻傳感元件2和3可以為GMR或者TMR傳感元件，在本實(shí)施例中采用的是TMR傳感元件。磁電阻傳感元件2和3的形狀可以為方形、菱形或者橢圓形，但不限于以上形狀，其長(zhǎng)、寬比值大于I，在本實(shí)例中，長(zhǎng)度為15微米，寬度為1.5微米。磁電阻傳感元件2和3的個(gè)數(shù)相同并且其長(zhǎng)軸方向與Y軸平行，這些磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向相同，均為110。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí),磁電阻傳感兀件2和3通過(guò)永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結(jié)合來(lái)使磁性自由層的磁化方向111與Y軸平行，釘扎層的磁化方向110與X軸平行，磁化方向110與111相互垂直，用于檢測(cè)Z軸方向的外加磁場(chǎng)在X軸方向上分量的差值。當(dāng)選擇通過(guò)形狀各向異性來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直時(shí)，磁電阻傳感元件2、3的長(zhǎng)度與寬度之間的比值均大于3。
[0039] 通量引導(dǎo)件4為長(zhǎng)條形陣列，但不限于以上形狀，其長(zhǎng)度Ly大于寬度Lx，也大于厚度Lz，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S不小于寬度Lx，優(yōu)選地，間距S的取值為2Lx~3Lx。它們的組成材料為選自N1、Fe、Co和Al中的一種或幾種元素組成的軟鐵磁合金，但不限于以上材料。優(yōu)選地，其寬度Lx為1~20微米，長(zhǎng)度Ly為10-?000微米，厚度Lz為1~20微米，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S為f 60微米。
[0040]本實(shí)施例中是采用焊盤(pán)來(lái)進(jìn)行輸入輸出連接以及傳感器芯片與封裝引出端之間的電連接，也可以采用倒裝芯片、球柵陣列封裝、晶圓級(jí)封裝以及板上芯片封裝等半導(dǎo)體封裝方法。此外，基片I上也還可以包含一集成電路，該集成電路與電橋相互電連接。
[0041]圖2為Z軸方向的外加磁場(chǎng)100在通量引導(dǎo)件4周?chē)植嫉钠拭鎴D。從圖中磁力線(xiàn)的分布情況可以看出，外加磁場(chǎng)在通量引導(dǎo)件4附近產(chǎn)生扭曲，從而產(chǎn)生了 X軸方向的磁場(chǎng)分量，位于通量引導(dǎo)件4下方的磁電阻傳感元件2和3正好能檢測(cè)到此分量，但二者所檢測(cè)到的磁場(chǎng)分量的方向相反，分別為101和102。通過(guò)所檢測(cè)到的X軸磁場(chǎng)分量，便能得知所施加的外加磁場(chǎng)的大小。由于通過(guò)通量引導(dǎo)件4的外加磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度的幅度會(huì)大幅衰減，所以即使施加高強(qiáng)度的外加磁場(chǎng)(例如200高斯)，只要在該傳感器工作磁場(chǎng)的范圍內(nèi)，該傳感器都能正常工作。
[0042]磁電阻傳感元件的理想位置取決于預(yù)期的應(yīng)用。明確來(lái)說(shuō)，本發(fā)明中提供的傳感器的靈敏度主要取決于以下幾個(gè)因素:通量引導(dǎo)件4的寬度Lx、厚度Lz、長(zhǎng)度Ly以及磁電阻傳感元件2、3距離通量引導(dǎo)件4下方邊緣的距離Ledge。當(dāng)磁電阻傳感元件2、3遠(yuǎn)離通量引導(dǎo)件4的邊緣或者接近通量引導(dǎo)件4的中心時(shí)，傳感器的靈敏度就會(huì)降低，但是該傳感器的飽和磁場(chǎng)卻會(huì)增大，例如，此時(shí)傳感器能在500高斯以上的磁場(chǎng)中正常工作。磁電阻傳感元件2、3越靠近通量引導(dǎo)件4下方的邊緣處，或者增大通量引導(dǎo)件4的厚度Lz或者減小寬度Lx，均能提高傳感器的靈敏度。本發(fā)明提供的傳感器無(wú)需修改整個(gè)光刻掩膜組，就能很容易應(yīng)用于各種應(yīng)用中。
[0043]圖3為對(duì)應(yīng)圖2的電路原理示意圖。若干個(gè)磁電阻傳感元件2電連接構(gòu)成等效磁電阻R2和R2’，若干個(gè)磁電阻傳感元件3電連接構(gòu)成兩個(gè)等效磁電阻R3和R3’，這四個(gè)磁電阻連接構(gòu)成全橋。當(dāng)施加Z軸方向的外磁場(chǎng)時(shí)，磁電阻R2、R2’和R3、R3’的阻值變化情況會(huì)相反，從而構(gòu)成推挽輸出。一般來(lái)說(shuō)，R2’=R2，R3’=R3。從圖3中可以得到，該電路的輸出電壓:
圖4為X軸方向的外加磁場(chǎng)104在通量引導(dǎo)件4周?chē)植嫉钠拭鎴D。從圖中可以看出，磁電阻傳感元件2和3所檢測(cè)到的磁場(chǎng)相同，這樣就會(huì)導(dǎo)致磁電阻R2、R2’和R3、R3’的阻值變化情況相同，從而不能形成推挽輸出，這樣傳感器就不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。從傳感器本身結(jié)構(gòu)上解釋來(lái)說(shuō)，推臂和挽臂相間隔排列，這使得電橋起到了一個(gè)十分良好的平衡梯度儀的作用，從而使得傳感器對(duì)X軸方向的交叉磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。
[0044]圖5為Y軸方向的外加磁場(chǎng)103在通量引導(dǎo)件4周?chē)植嫉钠拭鎴D。從圖中可以看出，通量引導(dǎo)件4將Y軸方向的外加磁場(chǎng)完全屏蔽，并且磁電阻傳感元件對(duì)Y軸方向的磁場(chǎng)不敏感，所以磁電阻傳感元件沒(méi)有檢測(cè)到任何磁場(chǎng)分量，從而傳感器也不會(huì)產(chǎn)生任何響應(yīng)。
[0045]圖6為傳感器的輸出電壓與X、Y和Z軸方向磁場(chǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)。圖中曲線(xiàn)上的數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。從圖6中可以看出，當(dāng)施加X(jué)、Y軸方向的磁場(chǎng)時(shí)，傳感器的輸出電壓均為0，這與從圖4、圖5中所得到的結(jié)論一致。當(dāng)施加Z軸方向的磁場(chǎng)時(shí)，在-200-200高斯的磁場(chǎng)范圍內(nèi)，傳感器所產(chǎn)生的輸出電壓與外加磁場(chǎng)的大小近似成線(xiàn)性關(guān)系，可見(jiàn)該傳感器的線(xiàn)性度十分良好。
[0046]圖7為相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距為5微米時(shí)，所檢測(cè)到的X、Z軸方向的磁場(chǎng)分量與磁電阻傳感元件所在位置的關(guān)系曲線(xiàn)。所施加的外磁場(chǎng)大小均為10高斯，曲線(xiàn)16為Z軸方向的外加磁場(chǎng)與磁電阻傳感元件所在位置的關(guān)系曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)16可以看出，進(jìn)入通量引導(dǎo)件的外磁場(chǎng)會(huì)很大幅度衰減，位于通量引導(dǎo)件下方的磁電阻元件2和3所檢測(cè)到的磁場(chǎng)分別為 Bx+=2.5G，Bx_=-2.5G，則增益系數(shù)Axz=Bx/Bz=( Bx+- BxJ /Bz=0.5，曲線(xiàn) 17對(duì)應(yīng)于X軸方向的外加磁場(chǎng)，通過(guò)曲線(xiàn)17可以得到增益系數(shù)Axx= ( Bx+- BxJ/Bx= (-6+6)/10=0。
[0047]圖8為相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距為15微米時(shí)，所檢測(cè)到的Z、X軸方向的磁場(chǎng)分量與磁電阻傳感元件所在位置的關(guān)系曲線(xiàn)18、19。所施加的外磁場(chǎng)仍為10高斯。從曲線(xiàn) 18、19 上可以得到增益系數(shù) Axz=( Bx+- Bx_)/Bz= (4+4)/10=0.8, Axx= ( Bx+- BxJ/Bx= (-2.5+2.5)/10=0。
[0048]通過(guò)對(duì)比圖7和圖8所得到的結(jié)果可知，增益系數(shù)Axz與相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距有關(guān)，間距越大，Axz的值越大，所以設(shè)計(jì)中，間距一般要大于通量引導(dǎo)件4寬度的兩倍。
[0049]以上討論的是電橋?yàn)槿珮虻那樾?，由于半橋和?zhǔn)橋的工作原理與全橋相同，在此就不再贅述，上述所得到的結(jié)論也同樣適用于半橋和準(zhǔn)橋結(jié)構(gòu)的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器。
[0050]以上所述僅為 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，該磁電阻傳感器包括: 沉積有電橋的基片； 所述電橋由相交錯(cuò)排列的推臂與挽臂電連接構(gòu)成； 所述推臂和挽臂各自均包含有至少一個(gè)相互電連接的磁電阻傳感元件，以檢測(cè)磁場(chǎng)在X軸方向上的分量； 至少一個(gè)通量引導(dǎo)件，所有所述通量引導(dǎo)件的集合覆蓋住整個(gè)所述電橋； 所述通量引導(dǎo)件的長(zhǎng)軸與Y軸平行，所述通量引導(dǎo)件的短軸與X軸平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件為GMR或者TMR傳感元件,所述GMR或者TMR傳感元件的釘扎層的磁化方向相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)度與寬度之間的比值大于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與Y軸平行，釘扎層的磁化方向與X軸平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件通過(guò)永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者所述永磁偏置、雙交換作用和形狀各向異性中至少兩個(gè)的結(jié)合使磁性自由層的磁化方向與Y軸平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，通過(guò)形狀各向異性來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性自由層的磁化方向與Y軸平行，并且釘扎層的磁化方向與X軸平行時(shí)，所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)度與寬度之間的比值大于3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件的數(shù)量相同，并且所述磁電阻傳感元件的長(zhǎng)軸與Y軸平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述電橋?yàn)榘霕?、全橋或者?zhǔn)橋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述通量引導(dǎo)件為長(zhǎng)條形陣列，其長(zhǎng)度Ly大于寬度Lx，也大于厚度Lz，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S不小于寬度Lx，所述通量引導(dǎo)件的材料為軟鐵磁合金，其含有N1、Fe、Co和Al中的一種或幾種元素。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻電傳感器，其特征在于，相鄰兩個(gè)通量引導(dǎo)件之間的間距S取值范圍為2LX~3LX。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述電橋用引線(xiàn)連接于半導(dǎo)體封裝引線(xiàn)框，封裝在塑料中以形成一標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體封裝的方法包括焊盤(pán)引線(xiàn)鍵合、倒裝芯片、球柵陣列封裝(BGA)、晶圓級(jí)封裝(WLP)以及板上芯片封裝(COB)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器，其特征在于，所述基片包含有一集成電路，所述集成電路與所述電橋相電連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件，位于所述通量引導(dǎo)件的下方邊緣至所述通量引導(dǎo)件的中心處之間的任意位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件位于相對(duì)于所述通量引導(dǎo)件的邊緣的下方的以外的兩側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁電阻傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件位于從所述通量引導(dǎo)件的邊緣到其中心線(xiàn)的距離的1/3處至2/3處之間的任意位置并包括所述1/3和2/3處。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器，其特征在于，移動(dòng)所述磁電阻傳感元件靠近所述通量引導(dǎo)件的下方邊緣，或者增大所述通量引導(dǎo)件的厚度Lz，或者減小所述通量引導(dǎo)件的寬度Lx處均，以增加所述單芯片Z軸線(xiàn)性磁阻傳感器的靈敏度。
【文檔編號(hào)】G01R33/09GK103901363SQ201310409446
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】詹姆斯·G·迪克 申請(qǐng)人:江蘇多維科技有限公司