本发明专利技术涉及一种用于测量至少一种磁场矢量分量He的磁场传感器装置(10)，包括至少一个布置在芯片基板(12)上的各向异性磁阻电阻设备(AMR电阻设备)(14)，其中所述电阻设备(14)包括多个经导电条(18)串连连接的磁阻AMR电阻元件(16)。至少一个具有磁化轴(22)的永磁磁化元件(20)被分配到各电阻元件(16)使得所述磁化元件(20)的初始磁场H0沿所述磁化轴(22)的方向通过所述电阻元件(16)。从第一导电条(18a)和所述电阻元件(16)之间的接触区域(24)到所述电阻元件(16)和第二导电条(18b)之间的接触区域(26)流经所述电阻元件(16)的测量电流Is具有相对于所述磁化轴(22)成0°<α<90°预设线性角(30)的平均电流方向轴(28)。本发明专利技术公开一种能够经济地大量生产的高灵敏度的磁场传感器装置(10)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于检测至少一种磁场矢量分量的磁场传感器装置，包括至少一种布置在芯片基板上的各向异性磁电阻设备。电阻设备包括多个通过导电条串连的磁敏电阻AMR电阻元件。
技术介绍
基于AMR电阻层的操作模式的电子磁场传感器装置在现有技术中众所周知。AMR效应(各向异性磁电阻效应)是指，相对于通过材料的电流的流动，根据流经材料的电流和取决于磁场矢量位置的外部磁场之间的角度改变其电阻的材料的性能。该效应特别是在非常长、薄以及窄的透磁合金(permalloy)条中能够观察到。透磁合金是一种包含81 %的镍和19%的铁的合金。当电流在磁场矢量分量的方向流动时该材料的电阻最大。当电流与电磁场矢量分量垂直排列时其电阻最小。在分子水平上，该效应是由取决于电磁化的方向的原子的电子自旋排列的干扰所引起的。通常，在上文所述的配置中，电阻由R = Ri +(R= -R± )cos2(0)计算，其中Θ是指AMR测量条中电流的流向与磁场矢量分量之间的角度。从上述公式可知，当电流与磁场矢量分量的角度约45°时高灵敏度特别合适，也就是当待测量的磁场变化时电阻变化较大。由于电流和矢量分量之间的这种角度关系，电阻的变化相对于磁场的变化成为线性。图1示出引起电阻变化的磁场M(H)和测量电流Is之间的关系，表达为上述公式。此处，引起电阻变化的磁场M(H)表示为在电流Is的流向中的初始磁化M。和通过待测量的外部磁场提供的与此垂直的矢量分量H e0现有技术中已知的用于磁场传感器装置的设计的布置，被称为巴伯极结构，也就是布置在AMR测量条上的包括如铝、铜、金或者银等非常导电的材料的薄的导电结构。巴伯极结构相对于AMR电阻条的纵向范围以45°排列，并让人想起用于美国理发店的广告牌，这是它们被称作巴伯极结构的原因。如图2所示，流经电阻条的电流因此被迫流向与该条的纵向范围成45°的方向。结果是，图1所示表示电流矢量的排列上的电阻的依赖关系的曲线相对于磁场矢量移动45°，所以能如图2所示被移动到线性化区域。根据巴伯极结构的排列，假如外部磁场与AMR电阻条的范围纵向或横向排列，结果是电阻器和待测量磁场的大小之间的线性化的上升沿或下降沿。已知的基于巴伯极结构的磁场传感器装置描述在例如DE3442278A1。为在外部磁场扎上产生电阻的线性相关，这种具有不同排列的巴伯极结构的四个磁场传感器装置在惠斯通测量电桥中连接到一起，其中电阻条的内部磁化M。的初始磁化通过宏观电磁线圈生成的外部磁场实现。为此，生成的磁场与电流垂直或平行，生成AMR电阻器测量条的初始磁化，所以待测量的垂直排列的磁场扎在磁场传感器装置的电阻中产生线性变化，该线性变化能够测量并且从该线性变化能确定外部磁场氏的大小。对这种类型的设计作出的改进的有描述在例如DE4319146C2，建议提出沿导体布置一系列具有巴伯极结构的AMR电阻器，通过该导体有翻转电流(flip current)流动，随着翻转电流电阻器导体影响AMR测量条的纵向中的初始磁化M。。通过翻转，也就是内部磁化的倒转，能实现阻力特性的重新排列或校准。垂直的外部磁场氏可能过高灵敏度来地测量。为生成AMR电阻条的纵向中的初始磁化M。，需使用流经翻转导体的翻转电流If，结果是为提供初始磁化不得不使用更大的电流。因为必须在AMR电阻条上布置非常精细的微结构，并且必须避免各条之间的短路，因此从加工技术的视角来看使用巴伯极结构存在不足之处。翻转导体的布置增加制造步骤，并且翻转电流的控制增加在控制电子设备上制造的需求。为了透磁合金，Ri与R的比率大约为3%。各向异性形状的结果是磁阻电阻显示作为纵向上各向异性形状结果的优选的磁化方向，其中条特别薄并且与宽度相比长度选择为更大，纵向也就是与电流的方向平行的方向。为在电阻条中外加并稳定初始磁化，在磁敏电阻层结构的附近提供额外的宏观的永磁体是已知技术。这些永磁体的目的在于防止条的内部磁化颠倒。描述此种额外的永磁体的有例如DE4221385C2。这种解决方案的一显著缺点在于高装配工作，以及生成的结构尺寸和使用的组件的费用。EP0766830B描述了用于数字磁存储介质的磁敏电阻读头。EP0585008A2介绍进一步的用于数字磁存储介质的磁敏电阻读头，例如，对于硬盘应用程序，具有两个永磁体，之间布置有单个磁敏电阻元件。两个永磁元件在电阻元件内提供内部磁化方向。所述电阻元件通过导电条接触，使得相对于磁化方向移动45°的测量电流能流经电阻元件。选择这种配置使得携带例如磁带或磁盘等铁磁体磁存储介质的比特信息的磁化位置在电阻中产生清晰的矩形和对称的变化，伴随有电阻元件中的陡峭边缘和较小的空间的/暂时的位移，所以磁位存储密度增加，相邻的磁场位之间的串扰减少，模拟服务器数据能对称地读出。读头最好是以与电阻元件自身相似的空间幅度全速检测二进制磁场信息，而且不适用于检测外部磁场的磁场分量的强度和方向，比如指南针或电流测量程序。为此，此前已知的AMR磁场传感器装置导致以下问题，使用巴伯极条用于电阻特性曲线的线性化导致一方面加工技术必须在电阻条上布置非常精细的巴伯极结构，另一方面必须提供外部电路以及用于初始磁化或维持内部磁化的额外的翻转导体或者外部磁体，导致电流消耗增加并且电路的复杂度增加。US6822443B1公开了一种用于检测互成一定角度的两磁场分量的磁场传感器装置。该磁场传感器装置包括两个能互相独立评估的惠斯通测量电桥。各测量电桥包括两个磁中性电阻以及两个磁阻电阻。磁阻电阻可以是AMR/SDT/GMR或者霍尔电阻。为增加对磁场的灵敏度，可在磁阻电阻的区域中布置通量浓度元件(flux concentrat1n elements),该通量浓度元件包含NiFe，是未磁化的且可称为“自由铁磁层”。W02012/103950A1公开了一种AMR电阻设备，其电桥电阻包括一系列串连的单个电阻元件，其中一个电桥电阻的电阻元件的布置与第二电桥电阻的电阻元件的布置叉指式地(interdigitally)嗤合。基于上文描述，本专利技术的目的在于提供一种AMR磁场传感器装置，其能实现高灵敏度的线性化的电阻特性曲线而没有外部宏观支撑磁铁、巴伯极结构和翻转电流导体的缺点，所以能够获得一种经济的磁场传感器装置。
技术实现思路
本专利技术的目的可通过权利要求1所述的磁场传感器装置实现。从属权利要求的目的在于提供本专利技术的优选实施例。根据本专利技术，用于测量磁场矢量分量He的磁场传感器装置包括一个布置在芯片基板上的各向异性磁电阻设备(AMR电阻设备)，其中所述电阻设备包括多个经导电条串连连接的磁电阻AMR电阻元件。至少一个具有磁化轴的永磁磁化元件分配到各电阻元件以使所述磁化元件的初始磁场H。沿所述磁化轴的方向通过所述电阻元件。本专利技术基于从第一导电条和所述电阻元件之间的接触区域到所述电阻元件和第二导电条之间的接触区域流经所述电阻元件的测量电流Is具有相对于所述磁化轴成0° <α<90°预设线性角的平均电流方向轴。换句话说，公开的磁场传感器装置包括至少一个尤其是多个电阻设备，即可分别连接的AMR电阻，其中各电阻设备包括多个串连电连接的AMR电阻元件。电阻元件由导电条接触以使电流可连续通过AMR电阻元件，其中一个或两个磁化元件分配到各电阻元件，磁化元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量至少一种磁场矢量分量He的磁场传感器装置(10)，包括至少一个布置在芯片基板(12)上的各向异性磁阻电阻设备(AMR电阻设备)(14)，其中，所述电阻设备(14)包括多个经导电条(18)串连连接的磁阻AMR电阻元件(16)，其特征在于：至少一个具有磁化轴(22)的永磁磁化元件(20)分配到各电阻元件(16)使得所述磁化元件(20)的初始磁场H0沿所述磁化轴(22)的方向通过所述电阻元件(16)，其中自第一导电条(18a)和所述电阻元件(16)之间的接触区域(24)至所述电阻元件(16)和第二导电条(18b)之间的接触区域(26)流经所述电阻元件(16)的测量电流Is具有相对于所述磁化轴(22)成0°<α<90°预设线性角(30)的平均电流方向轴(28)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：休伯特·格林，维克托·斯百特，
申请(专利权)人：森斯泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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