磁检测装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201080012402.3

申请日:

2010.03.26

公开号:

CN102356328A

公开日:

2012.02.15

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 33/02申请日:20100326|||公开

IPC分类号:

G01R33/02; G01C17/30; H01L43/00

主分类号:

G01R33/02

申请人:

爱知制钢株式会社

发明人:

本藏义信; 山本道治; 滨田典彦; 下出晃广; 加藤诚之

地址:

日本爱知县

优先权:

2009.03.26 JP 2009-077810

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

高培培;车文

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内容摘要

本发明的磁检测装置的特征在于,具备:至少一对第一磁敏体,该第一磁敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成且对第一轴向的外部磁场进行感应;由软磁性材料构成的磁场变向体,将与第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有第一轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对第一磁敏体进行感应。根据该磁检测装置,还能通过第一磁敏体检测其他轴向的外部磁场。其结果是,能够进行高精度的磁检测,并且省略在其他轴向上变长的磁敏体而实现磁检测装置的小型化或薄型化。

权利要求书

1: 一种磁检测装置, 其特征在于, 具备 : 至少一对第一磁敏体, 该第一磁敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成且对该第一 轴向的外部磁场进行感应 ; 由软磁性材料构成的磁场变向体, 将与该第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有 该第一轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体进行感应, 通过该第一磁敏体能检测该其他轴向的外部磁场。
2: 根据权利要求 1 所述的磁检测装置, 其中, 所述一对第一磁敏体都配置在所述第一轴线上。
3: 根据权利要求 1 或 2 所述的磁检测装置, 其中, 所述一对第一磁敏体关于特定点呈点对称地存在, 所述磁场变向体关于该特定点呈点对称地存在。
4: 根据权利要求 1 ~ 3 中任一项所述的磁检测装置, 具有 : 配置有所述第一磁敏体的磁敏层 ; 配置有该第一磁敏体的驱动电路的电路层, 使该磁敏层和该电路层层叠, 该第一磁敏体和该驱动电路通过该磁敏层与该电路层的 叠层间而电连接。
5: 根据权利要求 4 所述的磁检测装置, 其中, 还具有至少一个以上的检测层, 该检测层配置有与所述一对第一磁敏体不同的检测元 件, 该检测层层叠在所述磁敏层或所述电路层上。
6: 根据权利要求 1 ~ 5 中任一项所述的磁检测装置, 其中, 还具备至少一对第二磁敏体, 该第二磁敏体由沿第二轴向延伸的软磁性材料构成且对 该第二轴向的外部磁场进行感应, 所述磁场变向体将与所述第一轴向及该第二轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有 该第一轴向的分量及 / 或该第二轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一 磁敏体及 / 或所述第二磁敏体进行感应。

说明书


磁检测装置

    【技术领域】
     本发明涉及使用于方位传感器等并通过 MI 元件检测磁的磁检测装置。背景技术 一直以来, 为了获知方位等而进行磁测定。 例如在电子罗盘等中, 为了获知正确的 方位而测定三维的磁向量。此时, 需要分别测定 X、 Y、 Z 这三方向的磁向量的磁传感器。
     在此种磁传感器中使用霍尔元件、 MR 元件等。最近, 与此种以往的元件的结构和 原理完全不同、 具有相差悬殊的高灵敏度的磁阻抗元件 (Magneto-Impedance element : 适 当称为 “MI 元件” ) 引起关注。
     MI 元件利用了磁阻抗效果 ( 称为 “MI 效果” ), 该磁阻抗效果是当高频的脉冲电流 等流过非晶丝等磁敏体时, 由于趋肤效应而其阻抗根据磁场进行变化。通过测定其阻抗变 化或作为该 MI 效果的起源的磁敏体上产生的磁通量的变化, 而能够进行外部磁场等的磁 检测。 另外, 阻抗的变化是直接测定, 但磁通量的变化通过卷绕在磁敏体的周围的检测线圈 ( 捕捉线圈, pick-up coil) 等进行测定。此种 MI 元件作为 MI 传感器已经利用在各种设备 的电子罗盘等中。
     专利文献 1 : WO2005/008268
     发明内容 (1) 以往使用 MI 元件而求出三维的磁向量时, 按照检测的磁向量的方向而使用不 同的 MI 元件。例如, 专利文献 1(WO2005/008268 号公报 ) 中, 如图 15 所示, 为了求出三维 的磁向量, 而使用载置在基板 1000 上的三个 MI 元件 101、 102、 103。具体而言, 是在基板平 面 (X-Y 平面 ) 上相互正交载置的 X 轴用 MI 元件 101 及 Y 轴用 MI 元件 102、 以及垂直载置 在该基板平面上的 Z 轴用 MI 元件 103。
     MI 元件通常由非晶丝和薄膜等构成, 且由沿一轴向延伸某种程度的长度的磁敏体 构成。该磁敏体虽然检测延伸的轴向的磁场分量, 但无法检测与磁敏体垂直的方向的磁场 分量。因此, 为了检测与基板垂直的方向的 Z 轴方向的磁场, 而需要设置沿该方向细长地延 伸的磁敏体。即需要垂直地直立设置在基板上的 Z 轴用 MI 元件。因此使用了 MI 元件的以 往的三维磁场检测装置的高度大致由 Z 轴用 MI 元件的长度决定。在此, 为了抑制 Z 轴方向 的高度而过多地缩短磁敏体的长度时, 磁检测能力下降而高灵敏度的磁检测变得困难。从 此种理由出发, 可认为, 使用了 MI 元件的三维磁检测装置的 Z 轴方向的小型化、 薄型化较困 难。
     (2) 另外在图 15 所示那样的以往的三维磁检测装置的情况下, X 轴用 MI 元件 101、 Y 轴用 MI 元件 102 及 Z 轴用 MI 元件 103 这三个 MI 元件配置在基板 1000 的侧方, 该基板 1000 在表面形成有集成电路 200, 该集成电路 200 包含驱动上述元件的电子电路。因此, 在 以往的磁检测装置中, 即使在与基板平行的平面 (X-Y 平面 ) 方向上, 磁检测装置也存在大 型化的倾向, 难以实现其小型化。
     进一步说, 上述 MI 元件 101、 102、 103 与集成电路 200 的连接通过所谓的引线键合 来进行。因此, 还需要键合引线的空间, 在以往的磁检测装置中, 难以实现小型化。尤其是 从 Z 轴方向来看, 本来就长的 Z 轴用 MI 元件 103 由于还从 Z 轴方向进行引线键合, 因此磁检 测装置的 Z 轴方向的小型化、 薄型化非常困难。而且, 引线键合由于一根一根地进行配线, 因此需要更多的工序时间。因此在使用了现有结构的 MI 元件的磁检测装置中, 其生产率的 提高存在界限。
     本发明鉴于这种情况而作出, 其目的在于提供一种使用 MI 元件且与以往相比能 实现显著的小型化或薄型化的磁检测装置。 其目的在于, 例如提供一种三维磁场检测装置, 在内置于便携式终端那样的薄型的框体中时, 能抑制与基板垂直的方向 (Z 轴方向 ) 的高 度, 而且还能抑制与基板平行的方向 (X-Y 方向 ) 的尺寸, 从而实现整体的小型化。
     本发明人为了解决该课题而进行努力研究, 在反复进行试验的基础上, 想到了通 过设置与 MI 元件不同的软磁性体, 则无需设置检测特定方向的磁性的专用的 MI 元件, 也能 进行该特定方向的磁检测。例如, 新发现了即使不设置检测 Z 轴方向的磁性的 MI 元件 (Z 轴用 MI 元件 ), 而通过设置适当配置的软磁性体, 也能够使用检测 X 轴方向的磁性的 MI 元 件 (X 轴用 MI 元件 ) 和检测 Y 轴方向的磁性的 MI 元件 (Y 轴用 MI 元件 ) 来检测 Z 轴方向 的磁性。通过对该成果进一步发展, 而完成了以下所述的一连串的本发明。 《磁检测装置》
     (1) 即, 本发明的磁检测装置的特征在于, 具备 : 至少一对第一磁敏体, 该第一磁 敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成且对该第一轴向的外部磁场进行感应 ; 由软磁性 材料构成的磁场变向体, 将与该第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有该第一轴向的 分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体进行感应, 通过该第一磁敏体能检 测该其他轴向的外部磁场。
     (2) 根据本发明, 磁场变向体将在第一磁敏体中本来不能感应的其他轴向的外部 磁场变向成具有能通过第一磁敏体进行感应的分量的测定磁场。 并且第一磁敏体至少存在 一对, 因此若将这些第一磁敏体和软磁性体适当配置, 则能够分别检测出本来的第一轴向 的外部磁场和变向而成为第一轴向的测定磁场的其他轴向的外部磁场。 这样利用沿一轴向 延伸的磁敏体能够进行与其不同的其他轴向的外部磁场的检测。其结果是, 通过从二维的 配置向一维的配置以及从三维的配置向二维的配置使规模下降后的磁检测装置, 能够对磁 敏体进而对 MI 元件进行所希望的磁检测。如此, 本发明的磁检测装置能显著实现小型化或 薄型化。
     (3) 三维性地考虑磁检测装置时, 本发明的磁检测装置除了上述的结构之外, 优选 还具备至少一对第二磁敏体, 该第二磁敏体由沿第二轴向延伸的软磁性材料构成且对该第 二轴向的外部磁场进行感应, 所述磁场变向体将与所述第一轴向及该第二轴向不同的其他 轴向的外部磁场向具有该第一轴向的分量及 / 或该第二轴向的分量的测定磁场变向而能 够由至少一对所述第一磁敏体及 / 或所述第二磁敏体进行感应。
     《三维磁检测装置》
     (1) 而且, 本发明也可以是如下的具体的三维磁检测装置。 即, 本发明具有基板、 配 置在基板上的软磁性体 ( 磁场变向体 )、 主要用于检测 X 轴方向 ( 第一轴向 ) 的磁场分量 的两个 X 轴用 MI 元件 ( 包含第一磁敏体的元件 )、 主要用于检测 Y 轴方向 ( 第二轴向 ) 的
     磁场分量的两个 Y 轴用 MI 元件 ( 包含第二磁敏体的元件 )。两个 X 轴用 MI 元件在基板上 以该软磁性体为中心, 在其两侧载置在同一直线 ( 第一直线 : 第一轴线 ) 上, 两个 Y 轴用 MI 元件在基板上以该软磁性体为中心, 在其两侧载置在同一直线 ( 第二直线 : 第二轴线 ) 上。 上述第一直线与上述第二直线以规定的角度交叉。设来自由第一 X 轴用 MI 元件、 脉冲振荡 电路及信号处理电路构成的第一 X 轴用 MI 传感器的检测电压为 VX1, 设来自由第二 X 轴用 MI 元件、 脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第二 X 轴用 MI 传感器的检测电压为 VX2。设 来自由第一 Y 轴用 MI 元件、 脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第一 Y 轴用 MI 传感器的 检测电压为 VY1, 设来自由第二 Y 轴用 MI 元件、 脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第二 Y 轴用 MI 传感器的检测电压为 VY2。 在此, 本发明的三维磁检测装置的特征在于, 具有运算单 元, 该运算单元使用下述的运算式 ([ 数学式 1]) 分别运算与外部磁场的 X 轴方向分量对应 的输出电压 DX、 与外部磁场的 Y 轴方向分量对应的输出电压 DY、 与外部磁场的 Z 轴方向分 量对应的输出电压 DZ。
     通过形成为此种结构, 无需使用以往的三维磁检测装置中必须的沿着与基板垂直 的 Z 轴的 Z 轴用 MI 元件, 而能够检测 X 轴方向、 Y 轴方向及 Z 轴方向 ( 其他轴向 ) 的三维 的磁向量。其结果是, 能够抑制与基板垂直的方向 (Z 轴方向 ) 的高度, 能够提供一种小型 化的三维磁场检测装置。需要说明的是, 在此, X 轴方向是指与基板平行的任意的 1 轴的方 向, Y 轴方向是指与该基板平行且与 X 轴方向以规定的角度交叉的方向。
     (2) 上述的三维磁检测装置还优选具有例如下面的结构。即, 所述基板由形成有 包含所述各 MI 传感器的脉冲振荡电路、 信号处理电路及所述运算单元的集成电路 ( 驱动电 路 ) 的硅基板构成。该硅基板在上表面具有绝缘涂层。在绝缘涂层上具有所述 MI 元件的 各端子和用于使所述硅基板上的所述集成电路的各端子导通的端子孔。 通过形成为此种结 构, 能够将以往放置在集成电路的侧方的 MI 元件载置在集成电路上。如此, 能提供一种与 基板平行的方向 (X、 Y 轴方向 ) 的尺寸也小型化了的三维磁场检测装置。
     《其他》
     (1) 本说明书中所说的 “MI 元件” 除了非晶丝或薄膜等磁敏体之外, 还具有对该磁 敏体所感应到的磁性进行检测的检测单元。 检测单元例如是设置在磁敏体的周围的捕捉线 圈等检测线圈。此种线圈既可以是卷绕线而形成的线圈, 也可以是由配线图案等形成的线 圈。当然, 检测单元也可以是直接测定磁敏体的阻抗或其变化的单元。
     (2) 本说明书中所说的 “变向” 是指使通过磁敏体无法感应的磁场或磁场分量的方 向向该磁敏体能感应的方向改变的情况。通过该变向, 本来磁敏体未感应的磁场成为至少 具有该磁敏体所感应的方向分量的磁场, 此种磁场也能够通过该磁敏体所构成的 MI 元件 检测。
     (3) 本说明书中所说的 “外部磁场” 是指从外部向磁检测装置作用的磁场 ( 环境磁 场 ), 是作为磁检测装置的检测对象的磁场。 “测定磁场” 是指在外部磁场中由磁敏体感应 而成为通过 MI 元件进行检测或测定的对象的磁场。 附图说明
     图 1A 是实施例 1 的三维磁场检测装置的俯视图。 图 1B 是在该俯视图中所示的 A-A 处剖切的剖视图。图 2 是表示实施例 1 的 MI 元件的概要的俯视图。 图 3 是从该俯视图中所示的 B-B 观察到的剖视图。 图 4 是使用了实施例 1 的 MI 元件的 MI 传感器的电路图。 图 5A 是表示向该 MI 元件、 MI 传感器施加的脉冲电流波形的波形图。 图 5B 是说明根据该脉冲电流波形的上升沿、 下降沿时间求出频率的方法的说明图。 图 6 是实施例 1 的三维磁场检测装置的电路图。
     图 7A 是表示具有 XZ 方向的分量的均匀的外部磁场 H 的 X 轴方向分量 Hx 及 Z 轴 方向分量 Hz 的向量分解图。
     图 7B 是通过该 X 轴方向分量 Hx 在实施例 1 的三维磁场检测装置周围形成的测定 磁场的磁力线图。
     图 7C 是通过该 Z 轴方向分量 Hz 在实施例 1 的三维磁场检测装置周围形成的测定 磁场的磁力线图。
     图 8 是实施例 2 的三维磁检测装置的俯视图。
     图 9 是实施例 3 的三维磁检测装置的剖视图。
     图 10 是实施例 4 的三维磁检测装置的剖视图。 图 11 是实施例 5 的三维磁检测装置的剖视图。 图 12A 是实施例 6 的三维磁检测装置的俯视图。 图 12B 是其剖视图。 图 13 是实施例 7 的三维磁检测装置的剖视图。 图 14 是实施例 8 的三维磁检测装置的剖视图。 图 15 是以往的三维磁场检测装置的立体图。 标号说明 1: 三维磁检测装置 2 : MI 元件 2X : X 轴用 MI 元件 2Y : Y 轴用 MI 元件 21 : 磁敏线 22 : 检测线圈 23 : 绝缘体 251 : 磁敏线用端子 252 : 检测线圈用端子 3: 软磁性体 4 : 硅基板 5 : 绝缘涂层 6: 第一直线 7 : 第二直线 8 : MI 传感器 81 : 脉冲振荡电路 82 : 信号处理电路 9 : 运算单元 10 : 脉冲电流波形具体实施方式
     以下列举发明的实施方式更详细地说明本发明。 可以在上述的本发明的结构中附 加从本说明书中任意选择的一个或两个以上的结构。哪一个实施方式最佳根据对象、 要求 性能等而不同。
    
     本发明的磁检测装置是使用磁阻抗元件 (MI 元件 ) 来检测磁性的装置。如上所 述, MI 元件具有能够感应磁场等的磁性而产生阻抗变化或磁通量变化的磁敏体和检测该磁 敏体的变化量的检测单元。磁敏体无论其材质或形态。通常由软磁性材料构成, 由具有相应的长度的线或薄膜构成。磁敏体在灵敏度或成本等方面上, 尤其优选零磁致伸缩的非晶 丝。
     检测单元的种类或形态根据磁敏体的种类或形态、 检测的磁敏体的变化量的种 类、 规格等而适当选择。检测单元例如既可以是直接检测磁敏体的阻抗或其两端的电压的 部件, 也可以是卷绕在延伸的磁敏体的周围并输出与磁通量变化相应的电动势的捕捉线圈 ( 检测线圈 ) 等。
     磁敏体既可以从搭载面浮起设置, 也可以与搭载面相接设置, 还可以埋设于槽等。 检测线圈既可以卷绕在保持磁敏体的保持体 ( 绝缘体、 基板、 壳体等 ) 的外周面, 也可以卷 绕在槽等的内周面。
     < 磁场变向体 >
     磁场变向体是使未配置有磁敏体的其他轴向的磁场变向, 而能够由配置在与其他 轴向不同的轴向上的磁敏体、 具体而言由 MI 元件进行磁性的检测。只要能够如此通过磁敏 体进行检测, 就无论磁场变向体的材质、 形态。磁场变向体由软磁性材料构成, 但越是高导 磁率, 磁场的集磁效果越大, 从而优选。并且, 磁场变向体优选为容易使磁场朝向磁敏体变 向的形状。而且, 优选在变向后的磁场容易被磁敏体感受的相对位置配置磁场变向体。例 如, 优选为收敛或放射磁场的磁场变向体的端部 ( 柱状体的端面角部 ) 指向磁敏体的形状。 更优选此种磁场变向体的端部和磁敏体接近配置。反过来说, 不优选在与几乎使磁场不变 向的磁场变向体的延伸轴的中央附近交叉的轴向上设置磁敏体。 < 配置 >
     只要按照本发明的主旨, 则无论磁敏体或磁场变向体的配置。 不过, 为了利用沿一 轴向配置的至少一对磁敏体检测其他轴向的磁性, 或多或少地需要基于包含这些磁敏体的 MI 元件的检测量进行运算。为了以低成本进行高精度的磁检测, 该运算越简单地进行越优 选。例如, 优选基于对与一对磁敏体对应的一对 MI 元件的各自的检测量进行加法运算或减 法运算后的值, 分别求出外部磁场的不同轴向的分量。
     因此, 例如优选检测特性相同的一对 MI 元件关于某一点 ( 特定点 ) 配置成点对 称。由此, 各个 MI 元件能够相等地检测构成它们的各磁敏体的延伸轴向 ( 第一轴向 ) 的外 部磁场。在此基础上, 进而优选的是, 磁场变向体以这一对 MI 元件的一方能够将通过磁场 变向体变向后的其他轴向的外部磁场作为第一轴向的反向分量而检测出的方式存在。
     例如, 优选磁场变向体关于上述特定点呈点对称地存在。 具体来说, 磁场变向体若 为一个, 则磁场变向体配置在该特定点即可。 若磁场变向体为两个以上, 则优选包含上述形 态而关于特定点呈点对称地配置。例如, 磁场变向体在通过配置于一轴上的一对磁敏体的 中间点 ( 特定点 ) 的直线上, 距该特定点等距离 ( 即均等 ) 地配置即可。另外, 将一对相同 的磁敏体平行配置时, 也可以在它们成为对称的点 ( 特定点 ) 上配置磁场变向体, 或在通过 该特定点的直线上关于特定点均等地配置磁场变向体。
     当然, 对称配置的磁敏体彼此、 MI 元件彼此或磁场变向体彼此以感应特性、 检测特 性或集磁特性等分别实质上相同为前提。具体而言, 若为磁敏体彼此, 则材质及形态 ( 线径 及线长、 或膜厚及膜宽等 ) 等相同即可。若为 MI 元件彼此, 则磁敏体彼此的特性相同并且 测定阻抗的电路结构及检测磁通量的线圈形态 ( 匝数、 卷绕半径等 ) 等相同即可。若为磁 场变向体彼此, 则相同材质且从各磁敏体侧观察时的形态等相同即可。
     综合此种状况, 在本说明书中称为 “一对磁敏体关于特定点呈点对称地存在” 或 “磁场变向体关于特定点呈点对称地存在” 。需要说明的是, 在本说明书中所谓的 “点对称” 既可以是一维的点对称 ( 直线上的点对称 ), 也可以是二维的点对称 ( 平面上的点对称 ), 还可以是三维的点对称 ( 立体上的点对称 )。
     一维的点对称是指例如在一轴上配置的一对相同的磁敏体成为对称的特定点 ( 通常为两磁敏体的中间点 ) 上配置磁场变向体、 或在该特定点的两端侧距该特定点等距 离的位置 ( 均等位置 ) 上配置磁场变向体的情况。二维的点对称是指例如在对称配置的一 对相同的磁敏体所存在的平面上 ( 上表面上或下表面上 ), 关于作为它们的对称点的特定 点, 将相同的磁场变向体均等地配置成点状、 线状或环状的情况。 三维的点对称是指例如在 对称配置的一对相同的磁敏体所存在的平面的两面侧, 关于作为它们的对称点的特定点, 将相同的磁场变向体均等地配置成点状、 线状、 面状或环状的情况。
     不管怎样, 若能够巧妙地利用一对 MI 元件或一对磁敏体与磁场变向体的对称性, 而简化运算式中的校正系数或校正项等, 则高精度的磁检测变得容易, 从而优选。
     < 层叠 >
     本发明在能够通过设置磁场变向体而省略专门用于检测其他轴向的磁场的磁敏 体甚至是 MI 元件, 从而实现磁检测装置的小型化或薄型化这一点上具有特征。若如此, 则 实际配置的磁敏体甚至是 MI 元件和其驱动电路等其他电子电路的配置不一定是本质的特 征。 不过, 为了进一步发展磁检测装置的整体的小型化或薄型化, 优选配置有磁敏体的磁敏 层和配置有其驱动电路的电路层处于层叠状态。若如此, 则两者的电连接能够通过磁敏层 与电路层的叠层间进行, 从而能够避免以往进行的需要多余空间的引线键合。因此能实现 磁检测装置的进一步的小型化或薄型化。 需要说明的是, 无需将磁敏层和电路层相邻层叠, 也可以在两层之间另外夹设中间层。 另外, 层叠或集成的层并不限于磁敏层及电路层。也可以将配置有与一对磁敏体 不同的其他检测元件的至少一个以上的检测层层叠在磁敏层或电路层上。 这种情况下也无 论层叠关系如何, 因此上述各层无需相邻层叠。 而且, 还可以层叠用于驱动检测元件的检测 电路层。 此时, 若检测层与检测电路层的电连接通过上述叠层间进行, 则能实现作为传感器 装置整体的小型化或薄型化。 由此, 本发明的磁检测装置不仅能作为磁传感器, 还能向层叠 有加速度传感器、 温度传感器等的组合型传感器发展。
     实施例
     参照附图并基于以下列举的实施例对本发明进行详细说明。
     [ 实施例 1]
     实施例 1 的三维磁检测装置 1 如图 1 所示。图 1A 是三维磁检测装置 1 的俯视图, 图 1B 是图 1A 中所示的 A-A 线的剖视图。
     < 三维磁检测装置 >
     (1) 三维磁检测装置 1 包括 : 检测地磁 ( 外部磁场 ) 的四个 MI 元件 2 ; 棒状的软磁 性体 3( 磁场变向体 ) ; 形成有集成电路 41( 包含驱动电路 ) 的硅基板 4 ; 绝缘涂层 5 ; 将 MI 元件 2 的各端子和集成电路 41 的各端子分别连接的端子孔 ( 未图示 )。四个 MI 元件 2 包 括两个 X 轴用 MI 元件 2X1、 2X2( 将两者合在一起适当称为 “X 轴用 MI 元件 2X” ) 和两个 Y 轴用 MI 元件 2Y1、 2Y2( 将两者合在一起适当称为 “Y 轴用 MI 元件 2Y” )。
     在硅基板 4 的中央设有以 Z 轴为轴线的圆柱状的孔。圆柱状的软磁性体 3 相对于 基板 4 垂直地埋入而配置在该孔中。软磁性体 3 由 45at% Ni-Fe 组成的坡莫合金构成。除 此之外, 软磁性体 3 可以使用纯 Ni、 纯铁、 其他组成的坡莫合金 (permalloy)、 铁硅铝磁合金 (sendust)、 坡明德合金 (permendure) 等公知的软磁性材料。
     在硅基板 4 的上部形成有各 MI 元件 2 的驱动电路 ( 未图示 ) 及包含后述的运算 单元 9( 参照图 6) 的电路等集成电路 41。驱动电路由脉冲振荡电路 81 和信号处理电路 82( 参照图 6) 构成。上述的电路形成基于周知的集成电路的制造方法而形成。
     在硅基板 4 的上方形成有保护硅基板 4 并确保集成电路 41 与 MI 元件 2 的绝缘的 绝缘涂层 5。绝缘涂层 5 通过将有机树脂或 SiO2 等无机材料涂敷在硅基板 4 上而形成。
     如图 1A 所示, 在该绝缘涂层 5 上载置有两个 X 轴用 MI 元件 2X 及两个 Y 轴用 MI 元件 2Y。即, 两个 X 轴用 MI 元件 2X 以软磁性体 3 为中心而向其两侧对称延伸, 并载置在同 一直线 ( 第一直线 6 : 第一轴线 ) 上。两个 Y 轴用 MI 元件 2Y 也同样地以软磁性体 3 为中 心而向其两侧对称延伸, 并载置在同一直线 ( 第二直线 7 : 第二轴线 ) 上。
     (2) 在此, X 轴用 MI 元件 2X 所延伸的第一直线 6(X 轴线 ) 和 Y 轴用 MI 元件 2Y 所 延伸的第二直线 7(Y 轴线 ) 以 90 度交叉 ( 正交 )。两者未必非要正交, 但正交时能够简化 后处理 ( 校正处理 ) 等。在本实施例的情况下, 两个 X 轴用 MI 元件 2X 及两个 Y 轴用 MI 元 件 2Y 分别距软磁性体 3 的中心等间隔地配置。 这种情况下, 它们也未必非要等间隔地配置, 但能够简化作为等间隔的处理, 从而能够高精度地检测磁性。
    
     (1) 使用图 2 及图 3, 详细地说明构成 X 轴用 MI 元件 2X1、 2X2 及 Y 轴用 MI 元件 2Y1、 2Y2 的 MI 元件 2 的结构。
     MI 元件 2 载置在绝缘涂层 5 上, 该绝缘涂层 5 覆盖由非磁性体构成的硅基板 4 的 基板表面上形成的集成电路 41( 参照图 1B)。该 MI 元件 2 具备 : 由排列在绝缘涂层 5 的平 坦面上的多个第一导体膜 222a 构成的平面图案 222 ; 以横穿多个第一导体膜 222a 的方式 沿着平面图案 222 的排列方向配置的剖视圆形形状的非晶丝所构成的磁敏线 21( 磁敏体 ) ; 覆盖磁敏线 21 的外周面并将磁敏线 21 固定在平面图案 222 上的绝缘体 23 ; 由以在绝缘体 23 的外表面和平面图案 222 的表面上形成并横越磁敏线 21 的上方的方式排列的多个第二 导体膜 221a 构成的立体图案 221。
     平面图案 222 和立体图案 221 在磁敏线 21 的两旁将第一导体膜 222a 的端部和第 二导体膜 221a 的端部以层叠状态接合而形成层叠接合部。如此平面图案 222 和立体图案 221 一体化, 从而在绝缘涂层 5 的平坦面上形成围绕磁敏线 21 及绝缘体 23 的检测线圈 22。
     如图 3 所示, 绝缘体 23 的与磁敏线 21 的轴线垂直的剖视呈现出越接近平面图案 222 越宽的下部变宽的形状。即, 绝缘体 23 的与平面图案 222 平行的方向的宽度尺寸越靠 平面图案 222 侧越大。具体来说, 绝缘体 23 成为三部分结构, 具有 : 覆盖平面图案 222 的表 面而使磁敏线 21 和平面图案 222 绝缘的平面绝缘部 231 ; 介于平面绝缘部 231 与磁敏线 21 之间而隔着平面图案 222 将磁敏线 21 固定在绝缘涂层 5 上的线固定部 232 ; 介于磁敏线 21 与立体图案 221 之间并使两者间绝缘的立体绝缘部 233。
     至少线固定部 232 使液状树脂固化而形成。平面绝缘部 231 在线固定部 232 的形 成前形成与线固定部 232 分体形成的膜状。立体绝缘部 233 也形成与线固定部 232 分体形成的膜状。
     磁敏线 21 由零磁致伸缩的非晶丝构成。磁敏线 21 的两端与用于施加脉冲电流的 电极 251 连接。检测线圈 22 与电极 252 连接, 该电极 252 用于检测根据外部磁场进行变化 的电压。图 2 中示出一例的端子配置对应于硅基板 4 上的集成电路 41。各 MI 元件 2 的各 端子和硅基板 4 上的集成电路 41 的各端子通过设置在绝缘涂层 5 上的端子孔 ( 未图示 ) 而电连接。在本实施例中, 设磁敏线 21 的直径为 20μm, 长度为 0.6mm, 检测线圈 22 的匝数 为 15 圈。
     (2) 该 MI 元件 2 直接配置在绝缘涂层 5 上。因此与将非晶磁敏线收纳在载置的基 板的槽中的公知的槽型结构的 MI 元件 ( 参照专利文献 1) 相比, MI 元件 2 大幅度地减少安 装时的 Z 轴方向的高度, 有助于 Z 轴方向的小型化。
     < 驱动电路 >
     (1) 使用了上述的 MI 元件 2 的 MI 传感器电路 8( 驱动电路 ) 如图 4 所示。MI 传 感器电路 8 具有装入集成电路 41 的脉冲振荡电路 81 及信号处理电路 82。信号处理电路 82 由采样时间调整电路 821、 模拟开关 822、 放大器 823 构成。该 MI 传感器电路 8 如下所述 进行动作。 由脉冲振荡电路 81 产生的约 200MHz 程度的高频的脉冲电流向 MI 元件 2 中的磁敏 线 21 供给。若如此, 则通过脉冲电流而在磁敏线 21 的线圆周方向产生的磁场和外部磁场 起作用, 在检测线圈 22 产生与该外部磁场对应的电压。需要说明的是, 在此所说的频率是 求出图 5A 所示的脉冲电流波形 10 的脉冲的 “上升沿” 或 “下降沿” 的时间 Δt, 并将该 Δt 如图 5B 所示对应于 4 分之 1 周期而求出。
     接着, 通过采样时间调整电路 821, 在上述脉冲电流上升后, 在规定的时间, 对模拟 开关 822 进行短时间开关 ( 接通—切断 )。由此, 模拟开关 822 对在检测线圈 22 产生的外 部磁场所对应的电压进行采样。采样电压被放大器 823 放大而输出。在截断脉冲电流时 ( 脉冲电流下降时 ) 也同样地进行处理。并不局限于该结构例, 在其他的公知的 MI 传感器 所使用的电子电路中也能够得到同样的效果。
     (2) 三维磁场检测装置 1 的驱动电路如图 6 所示。三维磁场检测装置 1 的驱动电 路包括与四个 MI 元件 2( 第一 X 轴用 MI 元件 2X1、 第二 X 轴用 MI 元件 2X2、 第一 Y 轴用 MI 元件 2Y1 及第二 Y 轴用 MI 元件 2Y2) 分别对应的四个 MI 传感器电路 8( 第一 X 轴用 MI 传 感器电路 8X1、 第二 X 轴用 MI 传感器电路 8X2、 第一 Y 轴用 MI 传感器电路 8Y1 及第二 Y 轴 用 MI 传感器电路 8Y2)、 以及运算单元 9。
     各 MI 传感器电路 8 分别由脉冲振荡电路 81 和信号处理电路 82 构成。需要说明 的是, 也可以仅使用各 MI 传感器电路 8 中的一个 ( 例如图 6 的最上方所示的脉冲振荡电路 81 及信号处理电路 82 的一组 ) 作为驱动电路。 此时, 也可以通过分时开关对该一个驱动电 路进行分时并检测各 MI 元件 2 的电压。
     < 磁场的检测 >
     (1) 在本实施例中所说的 “外部磁场” 是指 MI 元件应测定的位置的环境磁场。在 外部磁场中放置三维磁场检测装置 1 时, 由于软磁性体 3( 参照图 1), 在包含各磁敏线 21 的 周围, 其外部磁场的磁场分布进行变化。在各 MI 元件 2 测定的磁场的意思下, 将该磁场作 为 “测定磁场” 。
     (2) 通过软磁性体 3 而变化的测定磁场作用于第一 X 轴用 MI 元件 2X1 时, 向第一 X 轴用 MI 传感器电路 8X1 的输出端子输出检测电压 VX1。同样地, 测定磁场作用于第二 X 轴 用 MI 元件 2X2 时, 向第二 X 轴用 MI 传感器电路 8X2 的输出端子输出检测电压 VX2, 测定磁 场作用于第一 Y 轴用 MI 元件 2Y1 时, 向第一 Y 轴用 MI 传感器电路 8Y1 的输出端子输出检 测电压 VY1, 测定磁场作用于第二 Y 轴用 MI 元件 2Y2 时, 向第二 Y 轴用 MI 传感器电路 8Y2 的输出端子输出检测电压 VY2。
     运算单元 9 接受来自上述各 MI 传感器 2 的检测电压 VX1、 VX2、 VY1、 VY2, 按照下述 的运算式 ([ 数学式 1]) 进行运算, 输出与外部磁场的 X、 Y、 Z 轴方向分量对应的输出电压 DX、 DY、 DZ。
     如此, 根据本实施例的三维磁场检测装置 1, 不用设置将磁敏线垂直配置在基板上 的 MI 元件 ( 所谓的 Z 轴元件 ), 而能够测定 Z 轴方向的磁场。即, 能够实现 Z 轴方向的小型 化并进行三维的磁场检测。而且在本实施例的情况下, 将一直以来载置在集成电路的侧方 的 MI 元件层叠在集成电路上。因此, 即使在与基板平行的方向 (X 轴方向、 Y 轴方向 ) 上也 能够实现三维磁检测装置的小型化。
     (3) 对外部磁场 H 作用时的三维磁场检测装置 1 的动作进行说明。 作为代表例, 在 图 1A 的 A-A 向剖视图上包含软磁性体 3 及三维磁场检测装置 1 的周围的磁力线如图 7 所 示。首先在由与硅基板 4 平行的一个轴即 X 轴和与硅基板 4 垂直的轴即 Z 轴所构成的 Z-X 平面内进行考虑。设想不具有 Y 轴方向分量的外部磁场 H 时, 该磁场 H 如图 7A 所示, 可以 向量分解成 X 轴方向分量 Hx 和 Z 轴方向分量 Hz。
     (1) 首先考虑外部磁场的 X 轴方向分量 Hx。使用图 7B 来讨论 MI 元件 2X1、 2X2 的 磁敏线 21x1、 21x2、 及与软磁性体 3 之间的 X 轴方向分量 Hx 的行为。
     在没有软磁性体 3 的情况下, 外部磁场的 X 轴方向分量 Hx 与感磁方向即磁敏线 21x1、 21x2 的轴向 ( 第一轴向 ) 一致, 因此通过它们直接进行检测。
     在本实施例中, X 轴方向分量 Hx 向软磁性体 3 集磁。因此, X 轴方向分量 Hx 在磁 敏线 21x1 中稍向 Z 轴下方倾斜, 在磁敏线 21x2 中稍向 Z 轴上方倾斜。设在上述磁敏体内 倾斜的磁向量分别为 Hx1’ 、 Hx2’ 。 在此, MI 元件 2X1、 2X2 能够感应的磁场仅是磁向量 Hx1’ 、 Hx2’ 的向 X 轴方向 ( 磁敏线 21x1 和磁敏线 21x2 的轴线方向 ) 的投影分量。因此, 通过检 测线圈 22x1、 22x2( 未图示 ) 仅检测出倾斜的磁向量 Hx1’ 、 Hx2’ 的向 X 轴方向的投影分量。 然后, MI 传感器电路 8X1、 8X2( 参照图 6) 输出与该 X 轴方向分量 Hx 对应的检测电压 VX1、 VX2。
     在此, 磁向量 Hx1’ 、 Hx2’ 具有关于 Z 轴方向极性不同的投影分量。然而, 这些分量 原本是 MI 元件 2X1、 2X2 的非感磁方向的正交分量, 因此未检测出。而且, X 轴方向分量 Hx 相对于 MI 元件 2Y1、 2Y2 的磁敏线 21y1、 21y2 也垂直, 因此未产生检测电压 VY1、 VY2。
     (2) 基于上述情况, 与 X 轴方向分量 Hx 对应的输出电压 DX、 DY、 DZ 根据下述的运 算式 ([ 数学式 1]) 如下所述求出。
     像运算式的第一式那样, 输出电压 DX 可以对检测电压 VX1、 VX2 的算术平均值附加 系数而求出。在此, 检测电压 VX1、 VX2 是与外部磁场的 X 轴方向分量 Hx 对应的电压, 理论 上为相同值且极性也相同。
     上述的内容在设想为不具有 X 轴方向分量的外部磁场 H 时的 Z-Y 平面上也成立。 因此, 输出电压 DY 如运算式的第二式所述。正如在此讨论那样, 在设想为没有 Y 轴方向分 量的外部磁场 H 的磁场环境下, 如上所述, 不产生检测电压 VY1、 VY2, 因此输出电压 DY 成为 0。
     输出电压 DZ 可以通过运算式的第三式求出。第三式中的检测电压 VX1、 VX2 是与 X 轴方向分量 Hx 对应的电压, 理论上为同值且极性也相同。在第三式中的第一项中对两者 进行减法运算, 从而与外部磁场 X 轴方向分量有关的电压相抵消。此外, 第三式中的第二项 的检测电压 VY1、 VY2 不产生。因此输出电压 DZ 成为 0。由此, 根据运算式的第三式, 输出 电压 DZ 在没有 Z 轴方向分量的外部磁场时一致而成为 0。
    
     (1) 接下来考虑外部磁场的 Z 轴方向分量 Hz。使用图 7C 来讨论 MI 元件 2X1、 2X2 的磁敏线 21x1、 21x2、 及与软磁性体 3 之间的 Z 轴方向分量 Hz 的行为。
     在没有软磁性体 3 的情况下, 外部磁场的 Z 轴方向分量 Hz 仅成为磁敏线 21x1、 21x2 的垂直方向分量, 因此它们完全未被检测出来。
     像本实施例那样具有软磁性体 3 时, 与 Z 轴方向分量 Hz 相当的磁场向软磁性体 3 集磁后, 从软磁性体 3 的表面 31 向图上方 (Z 轴正方向 ) 呈放射状地扩散。因此如图 7C 的 剖切面所示, 磁场的方向向 X 轴方向倾斜。设该磁场通过磁敏线 21x1、 21x2 内的倾斜的磁 向量为 Hz1’ 、 Hz2’ 。 在此, 磁敏线 21x1、 21x2 能够感应的磁场仅是磁向量 Hz1’ 、 Hz2’ 的向 X 轴方向的 投影分量。该投影分量通过检测线圈 22x1、 22x2( 未图示 ) 检测出。然后, MI 传感器电路 8X1、 8X2 输出与该 Z 轴方向分量 Hz 对应的检测电压 VX1、 VX2。此外, 上述投影分量的绝对 值相同而极性相反。需要说明的是, 磁向量 Hz1’ 、 Hz2’ 的 Z 轴方向的投影分量原本不是 MI 元件 2X1、 2X2 的感磁方向, 因此未被检测出。
     而且, Z 轴方向分量 Hz 在 Z-Y 平面上也形成同样的磁场分布。因此, MI 传感器电 路 8Y1、 8Y2 与检测电压 VX1、 VX2 同样地输出与磁场 Z 轴方向分量 Hz 对应的检测电压 VY1、 VY2。
     (2) 基于上述情况, 与 Z 轴方向分量 Hz 对应的输出电压 DX、 DY、 DZ 与 X 轴方向分 量 Hx 的情况同样地根据下述的运算式 ([ 数学式 1]) 求出。检测电压 VX1、 VX2 是与外部磁 场的 Z 轴方向分量 Hz 对应的电压, 理论上为相同值而极性相反。若对它们进行加法运算则 相抵消而成为 0。 由此, 根据下述的运算式的第一式, 输出电压 DX 在没有 X 轴方向分量的外 部磁场时一致而成为 0。
     检测电压 VY1、 VY2 是与外部磁场的 Z 轴方向分量 Hz 对应的电压, 理论上为相同值 而极性相反。对它们进行加法运算后相抵消而成为 0。由此, 根据下述的运算式的第二式, 输出电压 DY 在没有 Y 轴方向分量的外部磁场时一致而成为 0。输出电压 DZ 可以根据下述 的运算式的第三式, 在对检测电压 VX1、 VX2 与检测电压 VY1、 VY2 进行减法运算后, 进行平均 并附加系数从而求出。如此不使用 Z 轴方向的 MI 元件或 MI 传感器, 能够输出与 Z 轴方向 磁场分量 Hz 对应的电压。
     < 外部磁场 H>
     此外, 外部磁场 H 是 X 轴方向磁场分量 Hx 与 Z 轴方向磁场分量 Hz 的向量和。而
     且 Z-X 平面上的外部磁场的讨论对于 Z-Y 平面上的外部磁场的讨论也妥当。结果是, 与外 部磁场 H 对应的输出电压作为各输出电压的和或差而求出, 通过本实施例能够检测出三维 的磁性。
     需要说明的是, 通过 [ 数学式 1] 那样的简单的运算式能够求出输出电压 DX、 DY、 DZ 是因为, 将一对 X 轴用 MI 元件 2X 和一对 Y 轴用 MI 元件 2Y 配置在正交的轴线上, 并将这 些 MI 元件 2 和软磁性体 3 对称地配置。
     不过, 外部磁场的 Z 轴方向分量 Hz 的向 X 轴方向及 Y 轴方向的投影分量只要未进 行成为零那样的软磁性体的配置, 就同样地无需使用特定轴向的 MI 元件或 MI 传感器, 而能 够得到与该轴向磁场分量对应的输出电压。需要说明的是, 软磁性体与 MI 元件的配置为非 对称时, 或 MI 元件间的配置为非对称时, 通过使用对检测电压附加了其他系数或添加了校 正项的运算式, 能够得到与外部磁场对应的各输出电压。这种情况下能够使用的运算式的 一例如下述的 [ 数学式 2] 所示。需要说明的是, [ 数学式 2] 中的各 α、 β、 γ 是系数。
     [ 实施例 2]
     将 MI 元件 2 的配置从三维磁检测装置 1( 图 1) 变更后的三维磁检测装置 20 的俯 视图如图 8 所示。需要说明的是, 对于与已述的三维磁检测装置同样的部件, 为了简便起 见, 附加相同标号表示 ( 以下也同样 )。
     在三维磁检测装置 20 中, 在正方形的硅基板 4 上的与其各边成 45 度的对角线上 配置 MI 元件 2。如此配置 MI 元件 2 时, 对于相同尺寸的基板, 能较长地取得 MI 元件的长 度。即, 能够增大磁敏体 ( 非晶丝等 ) 的长度和检测线圈的匝数, 提高输出电压。
     [ 实施例 3]
     将在 Z 轴方向上比软磁性体 3 短的软磁性体 33 配置在与软磁性体 3 不同的位置 上的三维磁检测装置 30 的剖视图如图 9 所示。即, 在三维磁检测装置 30 中, 不将短的软 磁性体 33 埋入硅基板 34, 而载置在绝缘涂层 5 上。由此, 不需要向硅基板 34 的孔加工等。 而且, 还能够将硅基板 34 上的电子电路的集成度提高与该孔的尺寸相当的量。需要说明的 是, 俯视的配置与三维磁检测装置 1 同样设为硅基板 4 的中央。
     [ 实施例 4]
     将软磁性体 33 配置在硅基板 34 的相反侧 ( 背面侧 ) 的三维磁检测装置 40 的剖 视图如图 10 所示。这种情况下, 通过适当调整软磁性体 33 的尺寸等, 也能起到与三维磁检 测装置 30 同样的效果。
     [ 实施例 5]
     不将软磁性体 3 的全部埋入硅基板 54 中, 而使其一部分从硅基板 54 及绝缘涂层 55 突出的三维磁检测装置 50 的剖视图如图 11 所示。而且在三维磁检测装置 50 中, 该软磁 性体 3 的头部与 MI 元件 2 的上部对齐在相同高度。由此, 三维磁检测装置 50 不向 Z 轴方 向突出, 而能实现 Z 轴方向的薄型化和小型化。
     [ 实施例 6]
     将三维磁检测装置 30 的软磁性体 33 变更为围绕硅基板 34 的四方的方形环状的 软磁性体 63 后的三维磁检测装置 60 的俯视图如图 12A 所示, 其剖视图如图 12B 所示。根 据该三维磁检测装置 60, 能实现 Z 轴方向的缩短化并实现软磁性体 63 的体积的增大。
     [ 实施例 7]三维磁检测装置 70 的剖视图如图 13 所示。三维磁检测装置 70 具有 : 硅基板 54 ; 形成在硅基板 54 上的 MI 元件 2 的驱动电路即集成电路层 51( 电路层 ) ; 覆盖该集成电路 层 51 的绝缘涂层 55 ; 利用绝缘树脂 79 平坦状地覆盖载置在绝缘涂层 55 上的 MI 元件 2 而 成的磁敏层 71 ; 具备层叠在磁敏层 71 上的与 MI 元件 2 不同的检测元件的检测层 72 ; 层叠 在检测层 72 上的检测元件的驱动电路即集成电路层 73。各层叠间的导通适当地通过通孔 (via hole) 或贯通孔 (through hole) 等端子孔 ( 未图示 ) 进行。图 13 中表示了仅将各层 层叠在硅基板 54 的单面侧的情况, 但各层也可以层叠在硅基板 54 的两面侧。
     检测层 72 具体而言由例如与 MI 元件 2 不同的构成磁传感器 ( 三维磁传感器、 二 维磁传感器等 )、 方位传感器、 加速度传感器、 温度传感器、 包含磁陀螺仪的陀螺仪传感器等 的检测元件形成。图 13 仅示出了 1 组检测层 72 和集成电路层 73, 但此外还可以层叠多种 多样的检测层。通过此种层叠结构, 三维磁检测装置 70 成为复合传感器体。
     需要说明的是, 除了如上所述各层沿一轴向 ( 所谓的 Z 轴方向 ) 层叠的情况之外, 若检测装置 ( 传感器 ) 的平面的空间存在富余, 则也可以将与各层相当的电路适当组合, 并 列配置在同层中。 这种情况下, 各电路间的导通通过同层内的配线图案等进行时, 实现传感 器集成体的薄型化, 从而优选。若平面的空间不富余, 则优选将多层层叠。
     [ 实施例 8]
     具有覆盖载置在硅基板 34 上的 MI 元件 2 的由绝缘树脂构成的平坦状的绝缘层 89, 且在该绝缘层 89 上的中央配置有软磁性体 33 的三维磁检测装置 80 的剖视图如图 14 所示。与绝缘层 89 接合的软磁性体 33 的端面外周缘部 ( 角部 ) 接近各 MI 元件 2 的端部。 由此, 软磁性体 33 的延伸轴向 (Z 轴方向 ) 的外部磁场向 MI 元件 2 的延伸方向 (X 轴方向、 Y 轴方向 ) 较大地变向, 能够基于 MI 元件 2 高效地检测。
     工业实用性
     本发明的三维磁场检测装置能够使用于例如电子罗盘、 磁陀螺仪等需要进行三维 地磁测定的设备、 旋转传感器等所有的磁传感器。尤其是本发明的三维磁检测装置适合于 以手机为代表的便携式终端等那样需要在与载置的基板垂直的方向 ( 所谓的 Z 轴方向 ) 上 进行小型化 / 薄型化的装置。
     [ 数学式 1]
     [ 数学式 2] DX = α1VX1+α2VX2 DY = β3VY1+β4VY2 DZ = γ2VX2-γ1VX1+γ4VY2-γ3VY1

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1、10申请公布号CN102356328A43申请公布日20120215CN102356328ACN102356328A21申请号201080012402322申请日20100326200907781020090326JPG01R33/02200601G01C17/30200601H01L43/0020060171申请人爱知制钢株式会社地址日本爱知县72发明人本藏义信山本道治滨田典彦下出晃广加藤诚之74专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人高培培车文54发明名称磁检测装置57摘要本发明的磁检测装置的特征在于,具备至少一对第一磁敏体,该第一磁敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成。

2、且对第一轴向的外部磁场进行感应;由软磁性材料构成的磁场变向体,将与第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有第一轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对第一磁敏体进行感应。根据该磁检测装置,还能通过第一磁敏体检测其他轴向的外部磁场。其结果是,能够进行高精度的磁检测,并且省略在其他轴向上变长的磁敏体而实现磁检测装置的小型化或薄型化。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011091686PCT申请的申请数据PCT/JP2010/0554642010032687PCT申请的公布数据WO2010/110456JA2010093051INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求。

3、书1页说明书12页附图10页CN102356338A1/1页21一种磁检测装置,其特征在于,具备至少一对第一磁敏体,该第一磁敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成且对该第一轴向的外部磁场进行感应;由软磁性材料构成的磁场变向体,将与该第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有该第一轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体进行感应,通过该第一磁敏体能检测该其他轴向的外部磁场。2根据权利要求1所述的磁检测装置,其中,所述一对第一磁敏体都配置在所述第一轴线上。3根据权利要求1或2所述的磁检测装置,其中,所述一对第一磁敏体关于特定点呈点对称地存在,所述磁场变向体关于该特定点呈点对称地存在。4根据。

4、权利要求13中任一项所述的磁检测装置,具有配置有所述第一磁敏体的磁敏层;配置有该第一磁敏体的驱动电路的电路层,使该磁敏层和该电路层层叠,该第一磁敏体和该驱动电路通过该磁敏层与该电路层的叠层间而电连接。5根据权利要求4所述的磁检测装置,其中,还具有至少一个以上的检测层,该检测层配置有与所述一对第一磁敏体不同的检测元件,该检测层层叠在所述磁敏层或所述电路层上。6根据权利要求15中任一项所述的磁检测装置,其中,还具备至少一对第二磁敏体,该第二磁敏体由沿第二轴向延伸的软磁性材料构成且对该第二轴向的外部磁场进行感应,所述磁场变向体将与所述第一轴向及该第二轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有该第一轴向的分量。

5、及/或该第二轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体及/或所述第二磁敏体进行感应。权利要求书CN102356328ACN102356338A1/12页3磁检测装置技术领域0001本发明涉及使用于方位传感器等并通过MI元件检测磁的磁检测装置。背景技术0002一直以来,为了获知方位等而进行磁测定。例如在电子罗盘等中,为了获知正确的方位而测定三维的磁向量。此时,需要分别测定X、Y、Z这三方向的磁向量的磁传感器。0003在此种磁传感器中使用霍尔元件、MR元件等。最近,与此种以往的元件的结构和原理完全不同、具有相差悬殊的高灵敏度的磁阻抗元件MAGNETOIMPEDANCEELEMENT适当。

6、称为“MI元件”引起关注。0004MI元件利用了磁阻抗效果称为“MI效果”,该磁阻抗效果是当高频的脉冲电流等流过非晶丝等磁敏体时,由于趋肤效应而其阻抗根据磁场进行变化。通过测定其阻抗变化或作为该MI效果的起源的磁敏体上产生的磁通量的变化,而能够进行外部磁场等的磁检测。另外,阻抗的变化是直接测定,但磁通量的变化通过卷绕在磁敏体的周围的检测线圈捕捉线圈,PICKUPCOIL等进行测定。此种MI元件作为MI传感器已经利用在各种设备的电子罗盘等中。0005专利文献1WO2005/008268发明内容00061以往使用MI元件而求出三维的磁向量时,按照检测的磁向量的方向而使用不同的MI元件。例如,专利文。

7、献1WO2005/008268号公报中,如图15所示,为了求出三维的磁向量,而使用载置在基板1000上的三个MI元件101、102、103。具体而言,是在基板平面XY平面上相互正交载置的X轴用MI元件101及Y轴用MI元件102、以及垂直载置在该基板平面上的Z轴用MI元件103。0007MI元件通常由非晶丝和薄膜等构成,且由沿一轴向延伸某种程度的长度的磁敏体构成。该磁敏体虽然检测延伸的轴向的磁场分量,但无法检测与磁敏体垂直的方向的磁场分量。因此,为了检测与基板垂直的方向的Z轴方向的磁场,而需要设置沿该方向细长地延伸的磁敏体。即需要垂直地直立设置在基板上的Z轴用MI元件。因此使用了MI元件的以往。

8、的三维磁场检测装置的高度大致由Z轴用MI元件的长度决定。在此,为了抑制Z轴方向的高度而过多地缩短磁敏体的长度时,磁检测能力下降而高灵敏度的磁检测变得困难。从此种理由出发,可认为,使用了MI元件的三维磁检测装置的Z轴方向的小型化、薄型化较困难。00082另外在图15所示那样的以往的三维磁检测装置的情况下,X轴用MI元件101、Y轴用MI元件102及Z轴用MI元件103这三个MI元件配置在基板1000的侧方,该基板1000在表面形成有集成电路200,该集成电路200包含驱动上述元件的电子电路。因此,在以往的磁检测装置中,即使在与基板平行的平面XY平面方向上,磁检测装置也存在大型化的倾向,难以实现其。

9、小型化。说明书CN102356328ACN102356338A2/12页40009进一步说,上述MI元件101、102、103与集成电路200的连接通过所谓的引线键合来进行。因此,还需要键合引线的空间,在以往的磁检测装置中,难以实现小型化。尤其是从Z轴方向来看,本来就长的Z轴用MI元件103由于还从Z轴方向进行引线键合,因此磁检测装置的Z轴方向的小型化、薄型化非常困难。而且,引线键合由于一根一根地进行配线,因此需要更多的工序时间。因此在使用了现有结构的MI元件的磁检测装置中,其生产率的提高存在界限。0010本发明鉴于这种情况而作出,其目的在于提供一种使用MI元件且与以往相比能实现显著的小型化或。

10、薄型化的磁检测装置。其目的在于,例如提供一种三维磁场检测装置,在内置于便携式终端那样的薄型的框体中时,能抑制与基板垂直的方向Z轴方向的高度,而且还能抑制与基板平行的方向XY方向的尺寸,从而实现整体的小型化。0011本发明人为了解决该课题而进行努力研究,在反复进行试验的基础上,想到了通过设置与MI元件不同的软磁性体,则无需设置检测特定方向的磁性的专用的MI元件,也能进行该特定方向的磁检测。例如,新发现了即使不设置检测Z轴方向的磁性的MI元件Z轴用MI元件,而通过设置适当配置的软磁性体,也能够使用检测X轴方向的磁性的MI元件X轴用MI元件和检测Y轴方向的磁性的MI元件Y轴用MI元件来检测Z轴方向的。

11、磁性。通过对该成果进一步发展,而完成了以下所述的一连串的本发明。0012磁检测装置00131即,本发明的磁检测装置的特征在于,具备至少一对第一磁敏体,该第一磁敏体由沿第一轴向延伸的软磁性材料构成且对该第一轴向的外部磁场进行感应;由软磁性材料构成的磁场变向体,将与该第一轴向不同的其他轴向的外部磁场向具有该第一轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体进行感应,通过该第一磁敏体能检测该其他轴向的外部磁场。00142根据本发明,磁场变向体将在第一磁敏体中本来不能感应的其他轴向的外部磁场变向成具有能通过第一磁敏体进行感应的分量的测定磁场。并且第一磁敏体至少存在一对,因此若将这些第一磁敏体和。

12、软磁性体适当配置,则能够分别检测出本来的第一轴向的外部磁场和变向而成为第一轴向的测定磁场的其他轴向的外部磁场。这样利用沿一轴向延伸的磁敏体能够进行与其不同的其他轴向的外部磁场的检测。其结果是,通过从二维的配置向一维的配置以及从三维的配置向二维的配置使规模下降后的磁检测装置,能够对磁敏体进而对MI元件进行所希望的磁检测。如此,本发明的磁检测装置能显著实现小型化或薄型化。00153三维性地考虑磁检测装置时,本发明的磁检测装置除了上述的结构之外,优选还具备至少一对第二磁敏体,该第二磁敏体由沿第二轴向延伸的软磁性材料构成且对该第二轴向的外部磁场进行感应,所述磁场变向体将与所述第一轴向及该第二轴向不同的。

13、其他轴向的外部磁场向具有该第一轴向的分量及/或该第二轴向的分量的测定磁场变向而能够由至少一对所述第一磁敏体及/或所述第二磁敏体进行感应。0016三维磁检测装置00171而且,本发明也可以是如下的具体的三维磁检测装置。即,本发明具有基板、配置在基板上的软磁性体磁场变向体、主要用于检测X轴方向第一轴向的磁场分量的两个X轴用MI元件包含第一磁敏体的元件、主要用于检测Y轴方向第二轴向的说明书CN102356328ACN102356338A3/12页5磁场分量的两个Y轴用MI元件包含第二磁敏体的元件。两个X轴用MI元件在基板上以该软磁性体为中心,在其两侧载置在同一直线第一直线第一轴线上,两个Y轴用MI元。

14、件在基板上以该软磁性体为中心,在其两侧载置在同一直线第二直线第二轴线上。上述第一直线与上述第二直线以规定的角度交叉。设来自由第一X轴用MI元件、脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第一X轴用MI传感器的检测电压为VX1,设来自由第二X轴用MI元件、脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第二X轴用MI传感器的检测电压为VX2。设来自由第一Y轴用MI元件、脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第一Y轴用MI传感器的检测电压为VY1,设来自由第二Y轴用MI元件、脉冲振荡电路及信号处理电路构成的第二Y轴用MI传感器的检测电压为VY2。在此,本发明的三维磁检测装置的特征在于,具有运算单元,该运算单元使用下述的运算式数学。

15、式1分别运算与外部磁场的X轴方向分量对应的输出电压DX、与外部磁场的Y轴方向分量对应的输出电压DY、与外部磁场的Z轴方向分量对应的输出电压DZ。0018通过形成为此种结构,无需使用以往的三维磁检测装置中必须的沿着与基板垂直的Z轴的Z轴用MI元件,而能够检测X轴方向、Y轴方向及Z轴方向其他轴向的三维的磁向量。其结果是,能够抑制与基板垂直的方向Z轴方向的高度,能够提供一种小型化的三维磁场检测装置。需要说明的是,在此,X轴方向是指与基板平行的任意的1轴的方向,Y轴方向是指与该基板平行且与X轴方向以规定的角度交叉的方向。00192上述的三维磁检测装置还优选具有例如下面的结构。即,所述基板由形成有包含所。

16、述各MI传感器的脉冲振荡电路、信号处理电路及所述运算单元的集成电路驱动电路的硅基板构成。该硅基板在上表面具有绝缘涂层。在绝缘涂层上具有所述MI元件的各端子和用于使所述硅基板上的所述集成电路的各端子导通的端子孔。通过形成为此种结构,能够将以往放置在集成电路的侧方的MI元件载置在集成电路上。如此,能提供一种与基板平行的方向X、Y轴方向的尺寸也小型化了的三维磁场检测装置。0020其他00211本说明书中所说的“MI元件”除了非晶丝或薄膜等磁敏体之外,还具有对该磁敏体所感应到的磁性进行检测的检测单元。检测单元例如是设置在磁敏体的周围的捕捉线圈等检测线圈。此种线圈既可以是卷绕线而形成的线圈,也可以是由配。

17、线图案等形成的线圈。当然,检测单元也可以是直接测定磁敏体的阻抗或其变化的单元。00222本说明书中所说的“变向”是指使通过磁敏体无法感应的磁场或磁场分量的方向向该磁敏体能感应的方向改变的情况。通过该变向,本来磁敏体未感应的磁场成为至少具有该磁敏体所感应的方向分量的磁场,此种磁场也能够通过该磁敏体所构成的MI元件检测。00233本说明书中所说的“外部磁场”是指从外部向磁检测装置作用的磁场环境磁场,是作为磁检测装置的检测对象的磁场。“测定磁场”是指在外部磁场中由磁敏体感应而成为通过MI元件进行检测或测定的对象的磁场。附图说明0024图1A是实施例1的三维磁场检测装置的俯视图。0025图1B是在该俯。

18、视图中所示的AA处剖切的剖视图。说明书CN102356328ACN102356338A4/12页60026图2是表示实施例1的MI元件的概要的俯视图。0027图3是从该俯视图中所示的BB观察到的剖视图。0028图4是使用了实施例1的MI元件的MI传感器的电路图。0029图5A是表示向该MI元件、MI传感器施加的脉冲电流波形的波形图。0030图5B是说明根据该脉冲电流波形的上升沿、下降沿时间求出频率的方法的说明图。0031图6是实施例1的三维磁场检测装置的电路图。0032图7A是表示具有XZ方向的分量的均匀的外部磁场H的X轴方向分量HX及Z轴方向分量HZ的向量分解图。0033图7B是通过该X轴方。

19、向分量HX在实施例1的三维磁场检测装置周围形成的测定磁场的磁力线图。0034图7C是通过该Z轴方向分量HZ在实施例1的三维磁场检测装置周围形成的测定磁场的磁力线图。0035图8是实施例2的三维磁检测装置的俯视图。0036图9是实施例3的三维磁检测装置的剖视图。0037图10是实施例4的三维磁检测装置的剖视图。0038图11是实施例5的三维磁检测装置的剖视图。0039图12A是实施例6的三维磁检测装置的俯视图。0040图12B是其剖视图。0041图13是实施例7的三维磁检测装置的剖视图。0042图14是实施例8的三维磁检测装置的剖视图。0043图15是以往的三维磁场检测装置的立体图。0044标号。

20、说明00451三维磁检测装置2MI元件2XX轴用MI元件00462YY轴用MI元件21磁敏线22检测线圈004723绝缘体251磁敏线用端子252检测线圈用端子00483软磁性体4硅基板5绝缘涂层00496第一直线7第二直线8MI传感器005081脉冲振荡电路82信号处理电路9运算单元005110脉冲电流波形具体实施方式0052以下列举发明的实施方式更详细地说明本发明。可以在上述的本发明的结构中附加从本说明书中任意选择的一个或两个以上的结构。哪一个实施方式最佳根据对象、要求性能等而不同。00530054本发明的磁检测装置是使用磁阻抗元件MI元件来检测磁性的装置。如上所述,MI元件具有能够感应磁。

21、场等的磁性而产生阻抗变化或磁通量变化的磁敏体和检测该磁敏体的变化量的检测单元。磁敏体无论其材质或形态。通常由软磁性材料构成,由具有相说明书CN102356328ACN102356338A5/12页7应的长度的线或薄膜构成。磁敏体在灵敏度或成本等方面上,尤其优选零磁致伸缩的非晶丝。0055检测单元的种类或形态根据磁敏体的种类或形态、检测的磁敏体的变化量的种类、规格等而适当选择。检测单元例如既可以是直接检测磁敏体的阻抗或其两端的电压的部件,也可以是卷绕在延伸的磁敏体的周围并输出与磁通量变化相应的电动势的捕捉线圈检测线圈等。0056磁敏体既可以从搭载面浮起设置,也可以与搭载面相接设置,还可以埋设于槽。

22、等。检测线圈既可以卷绕在保持磁敏体的保持体绝缘体、基板、壳体等的外周面,也可以卷绕在槽等的内周面。00570058磁场变向体是使未配置有磁敏体的其他轴向的磁场变向,而能够由配置在与其他轴向不同的轴向上的磁敏体、具体而言由MI元件进行磁性的检测。只要能够如此通过磁敏体进行检测,就无论磁场变向体的材质、形态。磁场变向体由软磁性材料构成,但越是高导磁率,磁场的集磁效果越大,从而优选。并且,磁场变向体优选为容易使磁场朝向磁敏体变向的形状。而且,优选在变向后的磁场容易被磁敏体感受的相对位置配置磁场变向体。例如,优选为收敛或放射磁场的磁场变向体的端部柱状体的端面角部指向磁敏体的形状。更优选此种磁场变向体的。

23、端部和磁敏体接近配置。反过来说,不优选在与几乎使磁场不变向的磁场变向体的延伸轴的中央附近交叉的轴向上设置磁敏体。00590060只要按照本发明的主旨,则无论磁敏体或磁场变向体的配置。不过,为了利用沿一轴向配置的至少一对磁敏体检测其他轴向的磁性,或多或少地需要基于包含这些磁敏体的MI元件的检测量进行运算。为了以低成本进行高精度的磁检测,该运算越简单地进行越优选。例如,优选基于对与一对磁敏体对应的一对MI元件的各自的检测量进行加法运算或减法运算后的值,分别求出外部磁场的不同轴向的分量。0061因此,例如优选检测特性相同的一对MI元件关于某一点特定点配置成点对称。由此,各个MI元件能够相等地检测构成。

24、它们的各磁敏体的延伸轴向第一轴向的外部磁场。在此基础上,进而优选的是,磁场变向体以这一对MI元件的一方能够将通过磁场变向体变向后的其他轴向的外部磁场作为第一轴向的反向分量而检测出的方式存在。0062例如,优选磁场变向体关于上述特定点呈点对称地存在。具体来说,磁场变向体若为一个,则磁场变向体配置在该特定点即可。若磁场变向体为两个以上,则优选包含上述形态而关于特定点呈点对称地配置。例如,磁场变向体在通过配置于一轴上的一对磁敏体的中间点特定点的直线上,距该特定点等距离即均等地配置即可。另外,将一对相同的磁敏体平行配置时,也可以在它们成为对称的点特定点上配置磁场变向体,或在通过该特定点的直线上关于特定。

25、点均等地配置磁场变向体。0063当然,对称配置的磁敏体彼此、MI元件彼此或磁场变向体彼此以感应特性、检测特性或集磁特性等分别实质上相同为前提。具体而言,若为磁敏体彼此,则材质及形态线径及线长、或膜厚及膜宽等等相同即可。若为MI元件彼此,则磁敏体彼此的特性相同并且测定阻抗的电路结构及检测磁通量的线圈形态匝数、卷绕半径等等相同即可。若为磁场变向体彼此,则相同材质且从各磁敏体侧观察时的形态等相同即可。说明书CN102356328ACN102356338A6/12页80064综合此种状况,在本说明书中称为“一对磁敏体关于特定点呈点对称地存在”或“磁场变向体关于特定点呈点对称地存在”。需要说明的是,在本。

26、说明书中所谓的“点对称”既可以是一维的点对称直线上的点对称,也可以是二维的点对称平面上的点对称,还可以是三维的点对称立体上的点对称。0065一维的点对称是指例如在一轴上配置的一对相同的磁敏体成为对称的特定点通常为两磁敏体的中间点上配置磁场变向体、或在该特定点的两端侧距该特定点等距离的位置均等位置上配置磁场变向体的情况。二维的点对称是指例如在对称配置的一对相同的磁敏体所存在的平面上上表面上或下表面上,关于作为它们的对称点的特定点,将相同的磁场变向体均等地配置成点状、线状或环状的情况。三维的点对称是指例如在对称配置的一对相同的磁敏体所存在的平面的两面侧,关于作为它们的对称点的特定点,将相同的磁场变。

27、向体均等地配置成点状、线状、面状或环状的情况。0066不管怎样,若能够巧妙地利用一对MI元件或一对磁敏体与磁场变向体的对称性,而简化运算式中的校正系数或校正项等,则高精度的磁检测变得容易,从而优选。00670068本发明在能够通过设置磁场变向体而省略专门用于检测其他轴向的磁场的磁敏体甚至是MI元件,从而实现磁检测装置的小型化或薄型化这一点上具有特征。若如此,则实际配置的磁敏体甚至是MI元件和其驱动电路等其他电子电路的配置不一定是本质的特征。不过,为了进一步发展磁检测装置的整体的小型化或薄型化,优选配置有磁敏体的磁敏层和配置有其驱动电路的电路层处于层叠状态。若如此,则两者的电连接能够通过磁敏层与。

28、电路层的叠层间进行,从而能够避免以往进行的需要多余空间的引线键合。因此能实现磁检测装置的进一步的小型化或薄型化。需要说明的是,无需将磁敏层和电路层相邻层叠,也可以在两层之间另外夹设中间层。0069另外,层叠或集成的层并不限于磁敏层及电路层。也可以将配置有与一对磁敏体不同的其他检测元件的至少一个以上的检测层层叠在磁敏层或电路层上。这种情况下也无论层叠关系如何,因此上述各层无需相邻层叠。而且,还可以层叠用于驱动检测元件的检测电路层。此时,若检测层与检测电路层的电连接通过上述叠层间进行,则能实现作为传感器装置整体的小型化或薄型化。由此,本发明的磁检测装置不仅能作为磁传感器,还能向层叠有加速度传感器、。

29、温度传感器等的组合型传感器发展。0070实施例0071参照附图并基于以下列举的实施例对本发明进行详细说明。0072实施例10073实施例1的三维磁检测装置1如图1所示。图1A是三维磁检测装置1的俯视图,图1B是图1A中所示的AA线的剖视图。007400751三维磁检测装置1包括检测地磁外部磁场的四个MI元件2;棒状的软磁性体3磁场变向体;形成有集成电路41包含驱动电路的硅基板4;绝缘涂层5;将MI元件2的各端子和集成电路41的各端子分别连接的端子孔未图示。四个MI元件2包括两个X轴用MI元件2X1、2X2将两者合在一起适当称为“X轴用MI元件2X”和两个Y轴用MI元件2Y1、2Y2将两者合在一。

30、起适当称为“Y轴用MI元件2Y”。说明书CN102356328ACN102356338A7/12页90076在硅基板4的中央设有以Z轴为轴线的圆柱状的孔。圆柱状的软磁性体3相对于基板4垂直地埋入而配置在该孔中。软磁性体3由45ATNIFE组成的坡莫合金构成。除此之外,软磁性体3可以使用纯NI、纯铁、其他组成的坡莫合金PERMALLOY、铁硅铝磁合金SENDUST、坡明德合金PERMENDURE等公知的软磁性材料。0077在硅基板4的上部形成有各MI元件2的驱动电路未图示及包含后述的运算单元9参照图6的电路等集成电路41。驱动电路由脉冲振荡电路81和信号处理电路82参照图6构成。上述的电路形成基。

31、于周知的集成电路的制造方法而形成。0078在硅基板4的上方形成有保护硅基板4并确保集成电路41与MI元件2的绝缘的绝缘涂层5。绝缘涂层5通过将有机树脂或SIO2等无机材料涂敷在硅基板4上而形成。0079如图1A所示,在该绝缘涂层5上载置有两个X轴用MI元件2X及两个Y轴用MI元件2Y。即,两个X轴用MI元件2X以软磁性体3为中心而向其两侧对称延伸,并载置在同一直线第一直线6第一轴线上。两个Y轴用MI元件2Y也同样地以软磁性体3为中心而向其两侧对称延伸,并载置在同一直线第二直线7第二轴线上。00802在此,X轴用MI元件2X所延伸的第一直线6X轴线和Y轴用MI元件2Y所延伸的第二直线7Y轴线以9。

32、0度交叉正交。两者未必非要正交,但正交时能够简化后处理校正处理等。在本实施例的情况下,两个X轴用MI元件2X及两个Y轴用MI元件2Y分别距软磁性体3的中心等间隔地配置。这种情况下,它们也未必非要等间隔地配置,但能够简化作为等间隔的处理,从而能够高精度地检测磁性。008100821使用图2及图3,详细地说明构成X轴用MI元件2X1、2X2及Y轴用MI元件2Y1、2Y2的MI元件2的结构。0083MI元件2载置在绝缘涂层5上,该绝缘涂层5覆盖由非磁性体构成的硅基板4的基板表面上形成的集成电路41参照图1B。该MI元件2具备由排列在绝缘涂层5的平坦面上的多个第一导体膜222A构成的平面图案222;以。

33、横穿多个第一导体膜222A的方式沿着平面图案222的排列方向配置的剖视圆形形状的非晶丝所构成的磁敏线21磁敏体;覆盖磁敏线21的外周面并将磁敏线21固定在平面图案222上的绝缘体23;由以在绝缘体23的外表面和平面图案222的表面上形成并横越磁敏线21的上方的方式排列的多个第二导体膜221A构成的立体图案221。0084平面图案222和立体图案221在磁敏线21的两旁将第一导体膜222A的端部和第二导体膜221A的端部以层叠状态接合而形成层叠接合部。如此平面图案222和立体图案221一体化,从而在绝缘涂层5的平坦面上形成围绕磁敏线21及绝缘体23的检测线圈22。0085如图3所示,绝缘体23的。

34、与磁敏线21的轴线垂直的剖视呈现出越接近平面图案222越宽的下部变宽的形状。即,绝缘体23的与平面图案222平行的方向的宽度尺寸越靠平面图案222侧越大。具体来说,绝缘体23成为三部分结构,具有覆盖平面图案222的表面而使磁敏线21和平面图案222绝缘的平面绝缘部231;介于平面绝缘部231与磁敏线21之间而隔着平面图案222将磁敏线21固定在绝缘涂层5上的线固定部232;介于磁敏线21与立体图案221之间并使两者间绝缘的立体绝缘部233。0086至少线固定部232使液状树脂固化而形成。平面绝缘部231在线固定部232的形成前形成与线固定部232分体形成的膜状。立体绝缘部233也形成与线固定部。

35、232分体形说明书CN102356328ACN102356338A8/12页10成的膜状。0087磁敏线21由零磁致伸缩的非晶丝构成。磁敏线21的两端与用于施加脉冲电流的电极251连接。检测线圈22与电极252连接,该电极252用于检测根据外部磁场进行变化的电压。图2中示出一例的端子配置对应于硅基板4上的集成电路41。各MI元件2的各端子和硅基板4上的集成电路41的各端子通过设置在绝缘涂层5上的端子孔未图示而电连接。在本实施例中,设磁敏线21的直径为20M,长度为06MM,检测线圈22的匝数为15圈。00882该MI元件2直接配置在绝缘涂层5上。因此与将非晶磁敏线收纳在载置的基板的槽中的公知的。

36、槽型结构的MI元件参照专利文献1相比,MI元件2大幅度地减少安装时的Z轴方向的高度,有助于Z轴方向的小型化。008900901使用了上述的MI元件2的MI传感器电路8驱动电路如图4所示。MI传感器电路8具有装入集成电路41的脉冲振荡电路81及信号处理电路82。信号处理电路82由采样时间调整电路821、模拟开关822、放大器823构成。该MI传感器电路8如下所述进行动作。0091由脉冲振荡电路81产生的约200MHZ程度的高频的脉冲电流向MI元件2中的磁敏线21供给。若如此,则通过脉冲电流而在磁敏线21的线圆周方向产生的磁场和外部磁场起作用,在检测线圈22产生与该外部磁场对应的电压。需要说明的是。

37、,在此所说的频率是求出图5A所示的脉冲电流波形10的脉冲的“上升沿”或“下降沿”的时间T,并将该T如图5B所示对应于4分之1周期而求出。0092接着,通过采样时间调整电路821,在上述脉冲电流上升后,在规定的时间,对模拟开关822进行短时间开关接通切断。由此,模拟开关822对在检测线圈22产生的外部磁场所对应的电压进行采样。采样电压被放大器823放大而输出。在截断脉冲电流时脉冲电流下降时也同样地进行处理。并不局限于该结构例,在其他的公知的MI传感器所使用的电子电路中也能够得到同样的效果。00932三维磁场检测装置1的驱动电路如图6所示。三维磁场检测装置1的驱动电路包括与四个MI元件2第一X轴用。

38、MI元件2X1、第二X轴用MI元件2X2、第一Y轴用MI元件2Y1及第二Y轴用MI元件2Y2分别对应的四个MI传感器电路8第一X轴用MI传感器电路8X1、第二X轴用MI传感器电路8X2、第一Y轴用MI传感器电路8Y1及第二Y轴用MI传感器电路8Y2、以及运算单元9。0094各MI传感器电路8分别由脉冲振荡电路81和信号处理电路82构成。需要说明的是,也可以仅使用各MI传感器电路8中的一个例如图6的最上方所示的脉冲振荡电路81及信号处理电路82的一组作为驱动电路。此时,也可以通过分时开关对该一个驱动电路进行分时并检测各MI元件2的电压。009500961在本实施例中所说的“外部磁场”是指MI元件。

39、应测定的位置的环境磁场。在外部磁场中放置三维磁场检测装置1时,由于软磁性体3参照图1,在包含各磁敏线21的周围,其外部磁场的磁场分布进行变化。在各MI元件2测定的磁场的意思下,将该磁场作为“测定磁场”。说明书CN102356328ACN102356338A9/12页1100972通过软磁性体3而变化的测定磁场作用于第一X轴用MI元件2X1时,向第一X轴用MI传感器电路8X1的输出端子输出检测电压VX1。同样地,测定磁场作用于第二X轴用MI元件2X2时,向第二X轴用MI传感器电路8X2的输出端子输出检测电压VX2,测定磁场作用于第一Y轴用MI元件2Y1时,向第一Y轴用MI传感器电路8Y1的输出端。

40、子输出检测电压VY1,测定磁场作用于第二Y轴用MI元件2Y2时,向第二Y轴用MI传感器电路8Y2的输出端子输出检测电压VY2。0098运算单元9接受来自上述各MI传感器2的检测电压VX1、VX2、VY1、VY2,按照下述的运算式数学式1进行运算,输出与外部磁场的X、Y、Z轴方向分量对应的输出电压DX、DY、DZ。0099如此,根据本实施例的三维磁场检测装置1,不用设置将磁敏线垂直配置在基板上的MI元件所谓的Z轴元件,而能够测定Z轴方向的磁场。即,能够实现Z轴方向的小型化并进行三维的磁场检测。而且在本实施例的情况下,将一直以来载置在集成电路的侧方的MI元件层叠在集成电路上。因此,即使在与基板平行。

41、的方向X轴方向、Y轴方向上也能够实现三维磁检测装置的小型化。01003对外部磁场H作用时的三维磁场检测装置1的动作进行说明。作为代表例,在图1A的AA向剖视图上包含软磁性体3及三维磁场检测装置1的周围的磁力线如图7所示。首先在由与硅基板4平行的一个轴即X轴和与硅基板4垂直的轴即Z轴所构成的ZX平面内进行考虑。设想不具有Y轴方向分量的外部磁场H时,该磁场H如图7A所示,可以向量分解成X轴方向分量HX和Z轴方向分量HZ。010101021首先考虑外部磁场的X轴方向分量HX。使用图7B来讨论MI元件2X1、2X2的磁敏线21X1、21X2、及与软磁性体3之间的X轴方向分量HX的行为。0103在没有软。

42、磁性体3的情况下,外部磁场的X轴方向分量HX与感磁方向即磁敏线21X1、21X2的轴向第一轴向一致,因此通过它们直接进行检测。0104在本实施例中,X轴方向分量HX向软磁性体3集磁。因此,X轴方向分量HX在磁敏线21X1中稍向Z轴下方倾斜,在磁敏线21X2中稍向Z轴上方倾斜。设在上述磁敏体内倾斜的磁向量分别为HX1、HX2。在此,MI元件2X1、2X2能够感应的磁场仅是磁向量HX1、HX2的向X轴方向磁敏线21X1和磁敏线21X2的轴线方向的投影分量。因此,通过检测线圈22X1、22X2未图示仅检测出倾斜的磁向量HX1、HX2的向X轴方向的投影分量。然后,MI传感器电路8X1、8X2参照图6输。

43、出与该X轴方向分量HX对应的检测电压VX1、VX2。0105在此,磁向量HX1、HX2具有关于Z轴方向极性不同的投影分量。然而,这些分量原本是MI元件2X1、2X2的非感磁方向的正交分量,因此未检测出。而且,X轴方向分量HX相对于MI元件2Y1、2Y2的磁敏线21Y1、21Y2也垂直,因此未产生检测电压VY1、VY2。01062基于上述情况,与X轴方向分量HX对应的输出电压DX、DY、DZ根据下述的运算式数学式1如下所述求出。0107像运算式的第一式那样,输出电压DX可以对检测电压VX1、VX2的算术平均值附加系数而求出。在此,检测电压VX1、VX2是与外部磁场的X轴方向分量HX对应的电压,理。

44、论上为相同值且极性也相同。说明书CN102356328ACN102356338A10/12页120108上述的内容在设想为不具有X轴方向分量的外部磁场H时的ZY平面上也成立。因此,输出电压DY如运算式的第二式所述。正如在此讨论那样,在设想为没有Y轴方向分量的外部磁场H的磁场环境下,如上所述,不产生检测电压VY1、VY2,因此输出电压DY成为0。0109输出电压DZ可以通过运算式的第三式求出。第三式中的检测电压VX1、VX2是与X轴方向分量HX对应的电压,理论上为同值且极性也相同。在第三式中的第一项中对两者进行减法运算,从而与外部磁场X轴方向分量有关的电压相抵消。此外,第三式中的第二项的检测电压。

45、VY1、VY2不产生。因此输出电压DZ成为0。由此,根据运算式的第三式,输出电压DZ在没有Z轴方向分量的外部磁场时一致而成为0。011001111接下来考虑外部磁场的Z轴方向分量HZ。使用图7C来讨论MI元件2X1、2X2的磁敏线21X1、21X2、及与软磁性体3之间的Z轴方向分量HZ的行为。0112在没有软磁性体3的情况下,外部磁场的Z轴方向分量HZ仅成为磁敏线21X1、21X2的垂直方向分量,因此它们完全未被检测出来。0113像本实施例那样具有软磁性体3时,与Z轴方向分量HZ相当的磁场向软磁性体3集磁后,从软磁性体3的表面31向图上方Z轴正方向呈放射状地扩散。因此如图7C的剖切面所示,磁场。

46、的方向向X轴方向倾斜。设该磁场通过磁敏线21X1、21X2内的倾斜的磁向量为HZ1、HZ2。0114在此,磁敏线21X1、21X2能够感应的磁场仅是磁向量HZ1、HZ2的向X轴方向的投影分量。该投影分量通过检测线圈22X1、22X2未图示检测出。然后,MI传感器电路8X1、8X2输出与该Z轴方向分量HZ对应的检测电压VX1、VX2。此外,上述投影分量的绝对值相同而极性相反。需要说明的是,磁向量HZ1、HZ2的Z轴方向的投影分量原本不是MI元件2X1、2X2的感磁方向,因此未被检测出。0115而且,Z轴方向分量HZ在ZY平面上也形成同样的磁场分布。因此,MI传感器电路8Y1、8Y2与检测电压VX。

47、1、VX2同样地输出与磁场Z轴方向分量HZ对应的检测电压VY1、VY2。01162基于上述情况,与Z轴方向分量HZ对应的输出电压DX、DY、DZ与X轴方向分量HX的情况同样地根据下述的运算式数学式1求出。检测电压VX1、VX2是与外部磁场的Z轴方向分量HZ对应的电压,理论上为相同值而极性相反。若对它们进行加法运算则相抵消而成为0。由此,根据下述的运算式的第一式,输出电压DX在没有X轴方向分量的外部磁场时一致而成为0。0117检测电压VY1、VY2是与外部磁场的Z轴方向分量HZ对应的电压,理论上为相同值而极性相反。对它们进行加法运算后相抵消而成为0。由此,根据下述的运算式的第二式,输出电压DY在。

48、没有Y轴方向分量的外部磁场时一致而成为0。输出电压DZ可以根据下述的运算式的第三式,在对检测电压VX1、VX2与检测电压VY1、VY2进行减法运算后,进行平均并附加系数从而求出。如此不使用Z轴方向的MI元件或MI传感器,能够输出与Z轴方向磁场分量HZ对应的电压。01180119此外,外部磁场H是X轴方向磁场分量HX与Z轴方向磁场分量HZ的向量和。而说明书CN102356328ACN102356338A11/12页13且ZX平面上的外部磁场的讨论对于ZY平面上的外部磁场的讨论也妥当。结果是,与外部磁场H对应的输出电压作为各输出电压的和或差而求出,通过本实施例能够检测出三维的磁性。0120需要说明。

49、的是,通过数学式1那样的简单的运算式能够求出输出电压DX、DY、DZ是因为,将一对X轴用MI元件2X和一对Y轴用MI元件2Y配置在正交的轴线上,并将这些MI元件2和软磁性体3对称地配置。0121不过,外部磁场的Z轴方向分量HZ的向X轴方向及Y轴方向的投影分量只要未进行成为零那样的软磁性体的配置,就同样地无需使用特定轴向的MI元件或MI传感器,而能够得到与该轴向磁场分量对应的输出电压。需要说明的是,软磁性体与MI元件的配置为非对称时,或MI元件间的配置为非对称时,通过使用对检测电压附加了其他系数或添加了校正项的运算式,能够得到与外部磁场对应的各输出电压。这种情况下能够使用的运算式的一例如下述的数学式2所示。需要说明的是,数学式2中的各、是系数。0122实施例20123将MI元件2的配置从三维磁检测装置1图1变更后的三维磁检测装置20的俯视图如图8所示。需要说明的是,对于与已述的三维磁检测装置同样的部件,为了简便起见,附加相同标号表示以下也同样。0124在三维磁检测装置20中,在正方形的硅基板4上的与其各边成45度的对角线上配置MI元件2。如此配置MI元件2时,对于相同尺寸的基板,能较长地取得MI元件的长度。即,能够增大磁敏体非晶丝等的长度和检测线圈的匝数,提高输出电压。0125实施例30126将在Z轴方向上比软磁性体3短的软磁性体33配。

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