用于输入设备的磁传感器制造技术

一种磁传感器，含有布置在基板上的磁体（３０）和磁阻元件（２０），使得通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面。由于改变了通过元件的磁场线的数量，所以可以检测基板附近可移动磁导元件（４０）的运动。同垂直场线布置的设备相比，所述设备更为灵敏，而且更易于加工制造和集成。应用包括模拟指示器、压力传感器和麦克风。所述设备使用放置在元件每侧的磁体检测元件上间隙尺寸的变化。随着间隙靠近，通过磁阻元件的平行向的场越来越少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于感应运动和/或位置的磁传感器，涉及包括这种传感器的模块，涉及压力传感器，涉及麦克风，涉及加速计和涉及含有这种磁传感器的计算机输入设备，以及制造种传感器或模块的方法。
技术介绍
尤其在便携式PC以及象移动电话、PDA、数码相机或GPS设备这样的小型手持设备中，需要模拟指示功能的设备(操纵杆)。这种设备比离散的指示设备更加复杂，离散的指示设备只不过是在两个主方向上(X和Y)作为开关使用。多种已知的这种设备例如是压电设备、光学指示设备或基于应变测量的设备。压电和应变测量指示设备需要复杂的微控制器以补偿传感器的漂移。例如Philips Laser Beetle这样的光学指示设备是可行的，但是功耗相对较高。所知的磁指示设备结构简单、所需电子元件相对简单并且功耗低。例如，由专利DE 4317512中可知的是，使用处于基板上的磁阻传感器测量磁场方向的变化，该磁场最初垂直于基板，并且是由位于基板之下的固定永磁体产生的。这就能够对象操纵杆这样的物体的0点、位置或角度进行非接触式测量。基板具有分布在两个方向上的AMR(各向异性磁阻)传感器，它们可以与读取电路连接。导磁(magnetically permeable)的操纵杆在位于X-Y平面上的传感器表面横向移动。将这些传感器布置成四条MR带，它们一起连接成惠斯通电桥配置。由于操纵杆的横向移动使得最初垂直磁场的方向改变，从而导致传感器电阻的变化，使得电桥不平衡。从US 6 501 271中可知的是，将巨磁阻(GMR)传感器布置成惠斯通电桥配置，能够补偿温度变化。从美国申请2003/0101553中可知，为了可靠的检测金属板插入到带扣(buckle)的缝隙中而提供了GMR检测器。所提供的永磁体和GMR传感器位于缝隙两侧。插入的金属板作为屏蔽体，其阻断了通过缝隙的磁场线。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改进的装置或方法，具体的是，用于感应运动和/或位置的传感器，包含这种传感器的模块，压力传感器，加速计，麦克风和含有这种传感器的计算机输入设备，以及制造这些传感器或模块的方法。根据第一方面，本专利技术提供了磁传感器，其包括布置在基板上的磁场发生器和磁阻元件，使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，其中，磁传感器包括可移动磁导元件。布置可移动磁导元件，使得其至少可以部分改变磁场发生器的磁场线的方向。因此，它的存在和运动或位移影响磁阻元件所感应到的磁场。可移动元件用作磁分器。磁阻元件所感应到的磁场影响磁阻元件的电气特性，具体的是其电阻。因此，可以测量由于屏蔽体位置改变而导致的磁场变化。这种传感器装置可以用于检测静态位置，以及磁导元件静态位置的变化。可移动磁导元件可以独立于基板，或与基板机械连接(例如，可移动磁导元件可以构成并用作隔膜)，以允许垂直于基板平面的运动分量。这是最为灵敏的装置。还可以布置可移动磁导元件，例如机械连接或独立于基板，以允许静态位置和平行于基板平面的静态位置改变。这种装置的灵敏度较低，但是为制造可用的设备提供额外的选择。优选的，可移动磁导元件包括软磁材料。优选的，可移动元件的磁导率大于磁阻元件的磁导率，使得源自发生器的磁场线至少部分改变方向通过磁导元件，而不是完全通过磁阻元件。可以将磁场发生器与磁阻元件布置在基板的同一侧。相比将磁体放置在基板的背面，这易于加工，而且减小了传感器的尺寸，特别是当永磁体是用薄膜技术制造时。磁场发生器可以含有处于磁阻元件每侧的一对电磁铁或永磁体。这种布置有助于保持磁体的小尺寸，以易于集成，同时保持较多的平行于基板平面的磁场。可以使用这样的传感器，其中可移动磁导元件位于传感器平面之外，使得随着可移动磁导元件接近传感器，更多的磁场线通过可移动磁导元件，更少的磁场线通过磁阻传感器元件。同已知的装置比较，在已知的装置中，可移动磁导元件位于磁体和传感器之间，和/或磁体处于传感器之下或之上，这种新型的装置可以使磁场发生器和传感器处于同一基板上，并因此更易于加工制造和成本低廉。存在多种读出传感器信号的方法。磁阻元件可以用作电阻器，其中当磁导元件改变其相对于传感器的距离时，电阻器的电阻值发生改变。这种电阻的变化可以通过任意适合的装置读出。另一这种额外的特征是，磁阻元件包括例如Ni80Fe20或Co90Fe10这样的AMR材料。对于生长和形成图案来说，这些材料相对简单，而且成本低廉。另一这种额外的特征是，磁阻元件包括GMR材料。通常，这些材料更为灵敏，但是对于生长和形成图案来说更加复杂。优选的，磁阻元件包括条带部分，条带部分具有实质上垂直于磁场线方向的长度方向。在这种装置中，通过改变磁场而直接改变磁阻元件的电阻。另一这种额外的特征是，条带的方向沿着磁场线方向对准。这改变了传感器的灵敏度，在GMR材料的情况下，这还间接的导致了电阻的变化。另一特征是，可以构建操纵杆或指示器。操纵杆包括转动的磁导表面。至少一个磁阻元件布置在转动的表面之下，使得可移动磁导元件部分可以实质上垂直于磁阻元件的平面运动。可移动元件是可转动的，从而将倾斜转换为可移动元件部分在实质上垂直于磁阻元件平面的方向上的运动。在优选的实施例中，在转动表面之下布置两个或多个磁阻元件，使得可移动元件的一部分靠近一个磁阻元件运动，而可移动元件的另一部分远离第二磁阻元件运动。这样，就可以进行差分测量。同仅用一个磁阻元件的情况相比，第一和第二磁阻元件中输出信号的差异更为准确和灵敏。另一这种额外的特征是，传感器与操纵杆和例如微控制器的其他芯片集成在芯片封装中。另一方面提供了含有可移动磁导元件(例如用作隔膜)和如上所述的传感器配置的压力传感器，以用于检测静态位置和压力导致的隔膜的位置变化。额外的特征是，元件包括适于检测声波的隔膜，以构成微型的集成的麦克风。额外的特征是，元件包括适于检测和测量加速度和力的具有一定质量的隔膜，以构成加速计。第二方面提供了制造传感器的方法，该方法所具有的步骤是，在同一基板上构成磁阻元件和磁场发生器，对其进行布置，以使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，以及构成可移动磁导元件。布置可移动磁导元件，使得其位置或位置的改变可以影响磁阻元件所感应的磁场。这种磁阻元件所感应的场变化改变了磁阻元件的电气特性，例如可测量的电阻变化。例如，通过将磁体(例如是永磁体或电磁铁)放置在磁阻元件的每侧，使得磁体之间的磁场实质上平行于基板平面，并且通过磁阻元件的实施例，可以检测到可移动元件和磁阻元件之间的垂直间隙宽度的改变。随着垂直间隙靠近，通过磁阻元件的平行场越来越少，通过可移动元件的越来越多。可移动元件用作磁分器。可以将任意的额外特征组合在一起，并且可以和任意的方面组合。对于本领域的技术人员，其他的优点是显而易见的，特别是相对于其他现有技术的优点。在不脱离本专利技术权利要求的情况下，可以做多种变化和修改。因此，可以清楚理解的是，这里说明的仅是本专利技术的形式，不意图限制本专利技术的范围。附图说明通过参考附图举例说明的方式描述如何实施本专利技术，其中图1示出了GMR元件的归一化电阻变化图，图2和图3示出了含有包含在两个(片上)永磁体之间的MR元件的实施例。图4示出了转动模拟操纵杆的实施例，图5示出了集成在封装中的操纵杆的实施例，图6示出了使用带有片上永磁体的GMR传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器，包括布置在基板（１００）上的磁场发生器（３０）和磁阻元件（２０），使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，其中，所述磁传感器包括可移动磁导元件（４０），所述可移动磁导元件至少部分改变磁场发生器的磁场线的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-9-27 04104681.4;EP 2004-10-22 04105256.4;E1.一种磁传感器，包括布置在基板(100)上的磁场发生器(30)和磁阻元件(20)，使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，其中，所述磁传感器包括可移动磁导元件(40)，所述可移动磁导元件至少部分改变磁场发生器的磁场线的方向。2.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)与基板(100)相连接，以允许垂直于基板平面的运动分量。3.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)与基板(100)相连接，以允许平行于基板平面的运动分量。4.如权利要求1到3中任一项所述的传感器，其中可移动元件(40)包括软磁材料。5.如权利要求1到4中任一项所述的传感器，其中可移动元件(40)的磁导率大于磁阻元件(20)的磁导率，使得源自发生器(30)的磁场线至少部分改变方向通过磁导元件。6.如权利要求1到...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯范索恩，亚普鲁伊格罗克，让C范德霍芬，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]