磁場量測方法以及電子羅盤裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁場量測技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種使用二維磁阻感測裝置來量 測三維磁場的磁場量測方法以及使用此方法的電子羅盤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于消費電子產(chǎn)品如手機、電子羅盤的出現(xiàn)，再加上馬達、制動器等傳統(tǒng)產(chǎn)品，使 磁阻式磁感測裝置（簡稱磁阻感測裝置）的需求日益增加。尤其是三維磁阻感測裝置，可感 測出互為正交的X、Y、Z三軸的磁場變化，而電子羅盤便是利用三維磁阻感測裝置，精準的 量測出地球磁場。
[0003] 目前三維式磁阻傳感器的技術(shù)已相當成熟。然而，現(xiàn)有技術(shù)是采用多芯片或具有 立體結(jié)構(gòu)的磁阻感測組件，分別量測平行基材水平面的X軸和Y軸以及垂直基材水平面Z 軸方向的磁場變化。
[0004] 但是多芯片或立體結(jié)構(gòu)的磁阻感測組件，不僅結(jié)構(gòu)較為復雜，制程成本較高，加上 半導體組件關(guān)鍵尺寸日益縮小，更不利于多芯片或立體結(jié)構(gòu)的磁阻感測組件進行封裝，使 制程合格率不易提升。再者，由于X軸、Y軸和Z軸方向的磁場變化，必須通過多個靈敏度不 同的磁阻感測單元分別量測，所量測數(shù)值必須進一步加以標準化，間接地擴大量測誤差值， 影響量測品質(zhì)。
[0005] 有鑒于此，有需要提供一種先進的磁場量測方法，解決現(xiàn)有技術(shù)所面臨的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種磁場量測方法，其包含下述步驟：首先在基材平面 上提供磁阻傳感器，其中基材平面具有彼此垂直的X軸和Y軸，以及垂直X軸和Y軸的Z軸。 當外加磁場分別與X軸和Y軸夾第一傾斜角度（θ )和第二傾斜角度(0)時，分別量測出平 行X軸的第一磁場量測值（Xsms)和平行Y軸的第二磁場量測值（Ysms)。之后，定義虛擬平 面，使外加磁場垂直虛擬平面的磁場分量為零。再以此虛擬平面為基準，調(diào)校第一傾斜角度 (Θ)和第二傾斜角度(0)。然后，根據(jù)調(diào)校后的第一傾斜角度（Θ)和調(diào)校后的第二傾斜角 度（0)以及第一磁場量測值（Xsms)和第二磁場量測值（Ysms)，分別估算外加磁場平行X軸 的X軸磁場分量（Xfield)、平行Y軸的Y軸磁場分量（Yfield)以及平行Z軸的Z軸磁場分量 (Zfield) °
[0007] 根據(jù)上述實施例，本發(fā)明是采用平面磁阻感測組件，來量測平行基材平面的二維 磁場量測值，進而估算出基材平面上方三維空間的磁場分量。由于，不需額外采用多芯片或 具有立體結(jié)構(gòu)的磁阻感測組件，即可估算垂直基材平面的磁場分量。因此，本發(fā)明的實施例 所使用的磁場量測裝置，結(jié)構(gòu)相對單純，不僅可大幅降低制作成本。更可解決因半導體組件 關(guān)鍵尺寸縮小，造成磁場量測裝置制程良率不佳的問題。另外，由于垂直基材平面的磁場分 量，是由平行基材平面的二維磁場量測值所直接推估而得，并不需對量測的數(shù)值進行額外 的標準化處理，可降低量測誤差，達到上述發(fā)明的目的。
[0008] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉數(shù)個較佳實施例，并配合附圖，詳細說明。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明一實施例的磁阻感測組件結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明另一實施例的磁阻感測組件布線示意圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明一較佳實施例的磁場量測裝置來量測外加磁場的方法示意圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明一較佳實施例的定義虛擬平面的方法示意圖。
[0013] 圖5是本發(fā)明另一實施例的磁場量測裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的目的，是提供一種磁場量測方法，可采用平面磁阻感測裝置，來量測平行 基材平面的二維磁場量測值，進一步估算出基材平面上方三維空間的磁場分量。為讓本發(fā) 明之上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉數(shù)個實施例，并配合所附圖式， 其詳細說明如下：
[0015] 有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過【具體實施方式】的說明，當可對本發(fā)明為達成預(yù)定目 的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說 明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
[0016] 其中磁場量測方法包含下述步驟：首先提供磁阻傳感器。請參照圖1，圖1是本 發(fā)明一實施例的磁阻感測組件結(jié)構(gòu)俯視圖。其中，磁阻感測組件100,至少包含形成于基材 101上的第一磁阻感測單元102和第二磁阻感測單元103。
[0017] 基材101可為表層覆蓋絕緣材料的硅基板，或是具有前段邏輯晶體管組件的硅芯 片。基材101具有基材平面101a，包含彼此垂直的X軸和Y軸，以及垂直X軸和Y軸的Z 軸。
[0018] 第一磁阻感測單元102,較佳是采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其包含磁性層1021以及多 個電極（例如電極 1022a、1022b、1022c和 1022d)。其中，電極 1022a、1022b、1022c和 1022d， 位于基材101的基材平面IOla上，且彼此分離。磁性層1021，也位于基材平面IOla上，且磁 性層1021的長軸方向，垂直基材平面IOla的X軸，并與電極1022a、1022b、1022c和1022d 接觸。
[0019] 在本發(fā)明的一些實施例之中，電極1022a、1022b、1022c和1022d，是由相同或不同 的圖案化金屬層所構(gòu)成。而構(gòu)成磁性層1021的材料，可為鐵磁材料、反鐵磁材料、非鐵磁性 金屬材料、穿隧氧化物材料之一或其組合（但不以此為限），可使電極1022a、1022b、1022c 和1022d彼此導通。流經(jīng)磁性層102的電流，會分別在導通兩相鄰電極102的部分磁性層 1021中，定義出多條電阻最小的電流導通路徑11。
[0020] 另外，當外加磁場為零時，磁性層1021受形狀異向性的作用，具有平行其磁性層 膜面的磁化方向Ml。當電極1022a、1022b、1022c和1022d彼此導通時，磁性層1021的電 流導通路徑II，會與磁化方向Ml夾一個特定角度δ 1，在外加磁場為零的情況下，角度δ I 較佳為45°。當磁阻感測單元102受到實質(zhì)上平行磁性層102的外加磁場作用時，隨著外 加磁場強度改變，磁化方向Ml將受到帶動產(chǎn)生相對變化。若電流導通方向固定，則角度δ 1 的數(shù)值也會跟著改變，進而造成磁阻值也隨之上升或下降，可用來感測垂直Y軸方向的磁 場變化
[0021] 第二磁阻感測單元103也采螺旋條紋結(jié)構(gòu)設(shè)計，其包含一磁性層1031以及多個電 極（例如電極 1032a、1032b、1032c 和 1032d)。其中，電極 1032a、1032b、1032c 和 1032d，位 于基材101的基材平面101a上，且彼此分離。磁性層1031，也位于基材平面101a上，且磁 性層1031的長軸方向，垂直基材平面IOla的Y軸，并與電極1032a、1032b、1032c和1032d 接觸。
[0022] 在本發(fā)明的一些實施例之中，電極1032a、1032b、1032c和1032d，是由相同或不同 的圖案化金屬層所構(gòu)成。而構(gòu)成磁性層1031的材料，可為鐵磁材料、反鐵磁材料、非鐵磁性 金屬材料、穿隧氧化物材料之一或其組合（但不以此為限），可使電極1032a、1032b、1032c 和1032d彼此導通。流經(jīng)磁性層103的電流，會分別在導通兩相鄰電極的部分磁性層1031 中，定義出多條電阻最小的電流導通路徑12。
[0023] 另外，當外加磁場為零時，磁性層1031受形狀異向性的作用，具有平行其磁性層 膜面的磁化方向M2。當電極1032a、1032b、1032c和1032d彼此導通時，磁性層1031的電 流導通路徑12,會與磁化方向M2夾一個特定角度δ 2,在外加磁場為零的情況下，角度δ 2 較佳為45°。當磁阻感測單元103受到實質(zhì)上平行磁性層103的外加磁場作用時，隨著外 加磁場強度改變，磁化方向M2將受到帶動產(chǎn)生相對變化。若電流導通方向