磁場(chǎng)檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括數(shù)個(gè)功能不同的層（38，60，70）的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置（50），其中惠斯通電橋?qū)樱?0）包括惠斯通電橋（18）的至少兩個(gè)電阻器（20），每個(gè)電阻器（20）包括至少一個(gè)電阻器或者子元件（22）形式的磁場(chǎng)感測(cè)元件（10），以及翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層（38）包括至少一個(gè)用來(lái)翻轉(zhuǎn)各個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件（10）的內(nèi)部磁化狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體（30）。所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體（30）包括多個(gè)導(dǎo)體條（32），這些導(dǎo)體條被設(shè)置在所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層（38）的至少兩個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層（38-1，38-2）上，并通過(guò)通孔相互電氣耦合。所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體（30）的多層結(jié)構(gòu)提供了所述磁場(chǎng)檢測(cè)裝置（50）的緊湊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了功率消耗和電感的下降，提高了磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的靈敏度。
【專利說(shuō)明】磁場(chǎng)檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)外部磁場(chǎng)的方向和幅度的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]AMR效應(yīng)(各向異性磁致電阻效應(yīng))被用于各類傳感器中，特別是用于地球磁場(chǎng)的測(cè)量，如電子羅盤或用于電流測(cè)量(通過(guò)測(cè)量在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng))，以及用于交通流量檢測(cè)、線性位置檢測(cè)和角度檢測(cè)。通常情況下，AMR磁場(chǎng)檢測(cè)裝置包括利用AMR效應(yīng)的磁場(chǎng)感測(cè)元件，AMR效應(yīng)是當(dāng)導(dǎo)電性材料被施加外部磁場(chǎng)時(shí)其電阻值就改變的特性。采用惠斯通電橋配置能夠?qū)崿F(xiàn)AMR靈敏橋式電阻器的阻值變化的高靈敏度測(cè)量。由于越來(lái)越多的高度緊湊的電子設(shè)備都包含磁場(chǎng)傳感器，如導(dǎo)航系統(tǒng)、脈沖手表、測(cè)速儀、移動(dòng)式計(jì)算機(jī)和類似的電子產(chǎn)品，所以需要高度集成的小型化的磁場(chǎng)傳感器芯片。
[0003]眾所周知，通過(guò)引入磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可增加AMR傳感器芯片的靈敏度，其中各個(gè)AMR磁傳感元件的內(nèi)部磁化被周期性地翻轉(zhuǎn)，使得可以進(jìn)行磁場(chǎng)單個(gè)分量的差分測(cè)量。因此，典型的傳感器芯片包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的集成在AMR傳感器芯片的單個(gè)芯片層中的磁翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體。許多裝有磁場(chǎng)傳感器芯片的電子設(shè)備式由低容量的電池或蓄電池供電。因此，理想的是，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不應(yīng)當(dāng)消耗套多的電力，由此應(yīng)達(dá)到高的翻轉(zhuǎn)頻率以提高磁場(chǎng)測(cè)量的分辨率和精度。此外，由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的大小決定了磁場(chǎng)傳感器芯片的總體尺寸，因此最好是使得翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的設(shè)計(jì)小型化，從而有助于降低電感并因此增加翻轉(zhuǎn)速率。
[0004]從美國(guó)專利US5247278A中可獲知一種磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體由螺旋式設(shè)計(jì)形成，并覆蓋了磁場(chǎng)傳感器芯片的大部分面積。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的布局決定了傳感器芯片的尺寸。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體被布置在單個(gè)層上，并由電氣絕緣層實(shí)現(xiàn)與惠斯通電橋?qū)雍托酒鶎酉喔綦x。在傳感器芯片的單個(gè)層上布置相對(duì)較大的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體導(dǎo)致了在為了翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感測(cè)元件的內(nèi)部磁化而生成足夠大的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的過(guò)程中的較高的電能消耗，占據(jù)了大部分的芯片面積，消耗了大量的電能并表現(xiàn)出高電感，這樣只能得到較低的翻轉(zhuǎn)頻率，從而限制了磁場(chǎng)感測(cè)的時(shí)間分辨率。
[0005]本【技術(shù)領(lǐng)域】的現(xiàn)狀的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置遇到的問(wèn)題在于關(guān)于AMR電阻器配置的磁場(chǎng)導(dǎo)體相對(duì)較大，消耗了相對(duì)多的電能，并不能提高翻轉(zhuǎn)頻率，使得更小型化的且具有更高分辨率的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置受到限制。因此，最好是提供增強(qiáng)的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度，更小的芯片尺寸，更低的功耗，更高的時(shí)間分辨率和靈敏度的磁場(chǎng)感測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是通過(guò)如權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明建議一種包括數(shù)個(gè)功能不同的層的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其中惠斯通電橋?qū)影ɑ菟雇姌虻闹辽賰蓚€(gè)電阻器。惠斯通電橋的每個(gè)電阻器包括至少一個(gè)子電阻器形式的磁場(chǎng)感測(cè)元件。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層包括至少一個(gè)用來(lái)翻轉(zhuǎn)各個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件的內(nèi)部磁化狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體包括多個(gè)導(dǎo)體條，這些導(dǎo)體條被設(shè)置在所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的至少兩個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層上，子層上的導(dǎo)體條通過(guò)連接，也就是所謂的通孔相互電氣耦合。因而，磁場(chǎng)檢測(cè)裝置建議了一種傳感器芯片的設(shè)計(jì)，其中翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體被布置在至少兩個(gè)頂部可相互依靠或者可夾持惠斯通電橋電阻器的子層上。這種設(shè)計(jì)僅需要傳統(tǒng)的磁傳感器芯片面積的一半大小。這歸因于被布置在至少兩個(gè)子層上的多層結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體。這種三維結(jié)構(gòu)減少了放置磁場(chǎng)感測(cè)元件的區(qū)域外部的芯片尺寸，因而使得傳感器芯片的整體尺寸更緊湊。而且，由于這種緊湊的設(shè)計(jì)，雜散磁場(chǎng)可以被降低，電感可以得到減小。與磁場(chǎng)感測(cè)元件相鄰的磁活性導(dǎo)體條可以被設(shè)計(jì)為U形、曲折形狀或螺旋形狀，并可以在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上發(fā)揮與現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)等同的或者更好的效果。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基本概念遵循傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也就是，翻轉(zhuǎn)與靠近磁場(chǎng)感測(cè)元件的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的導(dǎo)體條相關(guān)的各個(gè)電阻器的磁阻條的方向。因此，這種電阻器結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)感測(cè)元件相互之間能夠更加靠近，使得磁場(chǎng)感測(cè)元件變得更加均勻，材料雜質(zhì)和制造缺陷同等地影響兩個(gè)或更多個(gè)的電阻器，產(chǎn)生了如下的改進(jìn):
[0008]*R/ 0關(guān)系曲線的線性度的改善，其中0式要被測(cè)量的外部磁場(chǎng)與磁場(chǎng)感測(cè)元件的排列之間的角度，R式所述元件的電阻值；
[0009]?對(duì)溫度變化和制造變化的敏感度的下降；
[0010]?惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的偏移電壓VOff的降低；
[0011]?更緊湊的設(shè)計(jì)和更小的芯片尺寸；
[0012]?由于雜散磁場(chǎng)的減少導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)線圈電感的下降；
[0013]?檢測(cè)頻率范圍的增加；
[0014]?翻轉(zhuǎn)電壓、翻轉(zhuǎn)電流I F和能量消耗的降低。
[0015]一般情況下，被設(shè)計(jì)來(lái)提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或者偏轉(zhuǎn)磁性脈沖的磁活性導(dǎo)體條和用來(lái)電氣導(dǎo)通所述磁活性導(dǎo)體條的導(dǎo)體條可`以任意的形式被放置在兩個(gè)子層上。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體可包括用來(lái)提供相關(guān)的磁場(chǎng)感測(cè)元件的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的第一組磁活性導(dǎo)體條。第一組導(dǎo)體條可被布置在面向惠斯通電橋?qū)觽?cè)邊的第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層上。而且，磁場(chǎng)檢測(cè)裝置可包含至少一個(gè)用來(lái)提供所述第一組導(dǎo)體條的電氣連接并被設(shè)置在至少一個(gè)第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層上的第二組導(dǎo)體條。這樣，兩個(gè)子層被設(shè)計(jì)為特定的技術(shù)目的:第一層包括用來(lái)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的第一組導(dǎo)體條，第二層包括用來(lái)連接第一組導(dǎo)體條的第二組導(dǎo)體條，使得翻轉(zhuǎn)電流能夠產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)各個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)兀件的內(nèi)部磁化狀態(tài)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。優(yōu)選地，第一磁活性子層的位置靠近惠斯通電橋的電阻器的磁場(chǎng)感測(cè)元件，使得很小的電流就能夠產(chǎn)生足以翻轉(zhuǎn)子電阻器的內(nèi)部磁化狀態(tài)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。第一組導(dǎo)體條和磁場(chǎng)感測(cè)元件之間的距離的下降降低了翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的能量消耗。
[0016]一般情況下，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體提供與所述的磁場(chǎng)感測(cè)元件的內(nèi)部磁場(chǎng)相平行或反向平行的磁場(chǎng)。例如，導(dǎo)體條可被設(shè)計(jì)為螺線管或圓筒形線圈。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例和以下的之前提到的實(shí)施例，所述第一組導(dǎo)體條基本上垂直于所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的縱向排列，所述第二組導(dǎo)體條基本上平行于所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的所述縱向排列。導(dǎo)體條產(chǎn)生與沿著導(dǎo)體條的電流方向相垂直的磁場(chǎng)。因此，與磁場(chǎng)感測(cè)元件的長(zhǎng)度方向相垂直的導(dǎo)體條能夠產(chǎn)生與磁翻轉(zhuǎn)元件的內(nèi)部狀態(tài)平行或者反向平行的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁翻轉(zhuǎn)元件是用來(lái)將垂直方向的導(dǎo)體條電連接到所述第一組垂直的導(dǎo)體條的所述第二子層觸點(diǎn)的平行方向上的導(dǎo)體條。通孔或接合線形成兩個(gè)子層之間的電連接。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊且具有減小的幾何尺寸的有效的導(dǎo)體線圈結(jié)構(gòu)。[0017]一般來(lái)說(shuō)，所述第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層的導(dǎo)體條可以為方向最好與相關(guān)的磁場(chǎng)感測(cè)元件的內(nèi)部磁化方向垂直的單個(gè)導(dǎo)體條。或者，所述導(dǎo)體條可以為U形、螺旋形或曲折形，并可包括與所述的內(nèi)部磁化方向相平行的區(qū)域。這種單個(gè)的平行方向上的導(dǎo)體條，U形、螺旋形或曲折形導(dǎo)體條可以形成手指形，使得多個(gè)非連接的導(dǎo)體條能夠相互嚙合。根據(jù)前述的實(shí)施例，所述的第一組導(dǎo)體條可包含所述的垂直方向上的導(dǎo)體條的叉指式結(jié)構(gòu)，用來(lái)為所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，和垂直的導(dǎo)體條，用來(lái)為所述的磁場(chǎng)感測(cè)元件的端部提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。叉指式結(jié)構(gòu)中的電流方向相反的導(dǎo)體條相互鄰近，提供了具有降低的電感和最小化的雜散磁場(chǎng)的緊湊設(shè)計(jì)。所述的第二子層的平行方向上的導(dǎo)體條連接第一組導(dǎo)體條的手指。
[0018]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一組導(dǎo)體條可被設(shè)計(jì)和布置為使得每個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件的兩個(gè)端部具有比所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分更強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通過(guò)向磁場(chǎng)感測(cè)元件的兩個(gè)端部施加強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，和向磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分施加較弱的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣保證了磁場(chǎng)感測(cè)元件的翻轉(zhuǎn)。通過(guò)向端部提供比中間部分更大的流過(guò)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的電流的電流密度，可在兩個(gè)端部得到更強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。例如，讓翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條的端部寬度減小而讓磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分的寬度增加，或者設(shè)計(jì)帶有導(dǎo)電剖面的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條，使得磁場(chǎng)感測(cè)元件的端部的翻轉(zhuǎn)電流的密度增強(qiáng)，為磁場(chǎng)感測(cè)元件的內(nèi)部磁化狀態(tài)的穩(wěn)定且可靠的翻轉(zhuǎn)提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
[0019]根據(jù)最好是與前述實(shí)施例相接合的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述第一組導(dǎo)體條的至少一個(gè)導(dǎo)體條可包含至少一個(gè)被設(shè)計(jì)來(lái)提供電流分配的電流分配元件，最好是導(dǎo)電剖面或者非導(dǎo)電區(qū)域，尤其是凹部，使得在所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分能夠激勵(lì)出均勻的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，優(yōu)選地式所述導(dǎo)體條適于翻轉(zhuǎn)所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分的內(nèi)部磁化狀態(tài)。該電流分配元件被設(shè)計(jì)來(lái)向磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分提供均勻的電流分布。由于高度緊湊的設(shè)計(jì)，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體包括多個(gè)粗糙的邊緣。電流分配元件可以是提供均勻的偏轉(zhuǎn)磁性電流分布的所述第一組導(dǎo)體條上的孔、凹部、或者非導(dǎo)電部分，優(yōu)選的是位于磁場(chǎng)感測(cè)元件的中間部分。這樣，可為中間部分提供均勻的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可選擇地，電流分配元件可被設(shè)計(jì)來(lái)向磁場(chǎng)感測(cè)元件的端部提供增強(qiáng)的磁場(chǎng)。如果導(dǎo)體條由非理想的導(dǎo)電材料組成，那么電流分配材料也可包括在中間區(qū)域強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)均勻電流分配并可選擇地在磁場(chǎng)感測(cè)元件的兩端實(shí)現(xiàn)增大的電流分布的導(dǎo)體剖面。
[0020]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述的電阻器可包括至少兩個(gè)子電阻器形式的磁場(chǎng)感測(cè)元件，其中每個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件包括旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)帶有正向的或負(fù)向的旋轉(zhuǎn)彩柱排列，取決于其與翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的相關(guān)的垂直導(dǎo)體的電流方向的排列。這樣，相鄰的導(dǎo)體條和磁活性翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層將惠斯通電橋中的各個(gè)電阻器的一半數(shù)量的磁阻條(磁場(chǎng)感測(cè)元件)的磁化方向設(shè)定在一個(gè)方向上，而將另一半的磁化方向設(shè)定在另一方向，使得檢測(cè)裝置能夠達(dá)到改進(jìn)的線性度和提高的敏感度。例如，電阻器包括至少兩個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件，即帶有串聯(lián)連接的正向旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)的第一元件和負(fù)向旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)的第二元件。兩個(gè)元件都被設(shè)置為與它們相應(yīng)的磁活性翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條相對(duì)應(yīng)，使得它們的內(nèi)部磁化能夠相互反向的被翻轉(zhuǎn)。因而，惠斯通電橋的Ua/H關(guān)系曲線被線性化，精確度和靈敏度得到提高。
[0021]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的兩個(gè)縱向端部都可為錐形，優(yōu)選地為橢圓形。圓錐形，例如磁場(chǎng)元件的端部為窄的或細(xì)長(zhǎng)的橢圓形，改善了所述元件的電連接并減小了翻轉(zhuǎn)元件的內(nèi)部狀態(tài)所需的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。這樣，可減小翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的總體能量損耗。
[0022]一般地，惠斯通電橋?qū)酉鄬?duì)于所述的第一和第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層可任意地設(shè)置。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述的橋電阻器可被設(shè)置在惠斯通電橋?qū)由?，并且位于所述第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層的下方且最好是與第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層相鄰。優(yōu)選地，惠斯通電橋?qū)右部杀徊贾迷谒龅诙D(zhuǎn)導(dǎo)體子層的內(nèi)部，其中所述第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層的導(dǎo)體條和所述惠斯通電橋的磁場(chǎng)感測(cè)元件被設(shè)置在通一層上?；蛘?，惠斯通電橋?qū)涌杀粖A持在所述第一和第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層之間，惠斯通電橋的磁場(chǎng)感測(cè)元件被設(shè)置在所述第一和第二子層之間。將惠斯通電橋?qū)硬贾迷谒龅谝环D(zhuǎn)導(dǎo)體子層的頂部也是可能的。第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為靠近惠斯通電橋的磁場(chǎng)感測(cè)元件，以可靠地翻轉(zhuǎn)其內(nèi)部磁場(chǎng)。優(yōu)選地，惠斯通電橋的磁場(chǎng)感測(cè)元件可位于第二子層的內(nèi)部，其中第二組導(dǎo)體條基本上平行于磁場(chǎng)感測(cè)元件，這樣減小芯片的體積，減短了導(dǎo)體條的長(zhǎng)度，減小了電感，并改善了磁場(chǎng)感測(cè)元件與翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的磁活性導(dǎo)體條的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的稱合。磁場(chǎng)感測(cè)兀件包含AMR材料條,例如坡莫合金,和與其連接并與AMR材料條的排列優(yōu)選成45°的角度的高導(dǎo)電率材料的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)。在旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)的加工過(guò)程中，可采用與旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)相同的材料來(lái)同時(shí)制造連接第二組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條和第一組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條的通孔。
[0023]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，磁場(chǎng)檢測(cè)裝置可包括產(chǎn)生補(bǔ)償外部磁場(chǎng)的補(bǔ)償磁場(chǎng)的補(bǔ)償導(dǎo)體，其中所述補(bǔ)償導(dǎo)體被設(shè)置在至少一個(gè)補(bǔ)償導(dǎo)體層上，優(yōu)選地是位于所述惠斯通電橋?qū)拥捻敳坎⑴c之相鄰和/或與所述的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層交錯(cuò)排列。相比于翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體，補(bǔ)償導(dǎo)體也可產(chǎn)生磁場(chǎng)，但是并不是平行于磁場(chǎng)感測(cè)元件的長(zhǎng)度方向，而是與之垂直。補(bǔ)償導(dǎo)體能夠產(chǎn)生與將被檢測(cè)的外部磁場(chǎng)的分量相平行的磁場(chǎng)，使得外部磁場(chǎng)能夠得到補(bǔ)償。補(bǔ)償磁場(chǎng)可消除或校正外部磁場(chǎng)，并可被用于偏置磁場(chǎng)檢測(cè)裝置。有利的是，將惠斯通電橋?qū)釉O(shè)置在所述的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層和所述的補(bǔ)償導(dǎo)體層之間，使得每個(gè)層的磁活性部分能夠靠近磁場(chǎng)感測(cè)元件。因此，采用減少的電能就能夠產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以及補(bǔ)償磁場(chǎng)。補(bǔ)償導(dǎo)體層和翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層可包括兩個(gè)或更多的子層。有利的是，兩個(gè)導(dǎo)體層的子層可相互錯(cuò)開(kāi)，使得兩個(gè)層的子層相互交替地被布置。
[0024]除了前述的實(shí)施例，有利的是，將所述補(bǔ)償導(dǎo)體的多個(gè)導(dǎo)體條布置在所述補(bǔ)償導(dǎo)體層的至少兩個(gè)不同的補(bǔ)償導(dǎo)體子層上，不同子層的導(dǎo)體條可通過(guò)通孔相互電氣耦合，使得提供補(bǔ)償磁場(chǎng)的第一組補(bǔ)償導(dǎo)體被設(shè)置在所述第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層上，為所述第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條提供電氣連接的第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條被布置在所述第二補(bǔ)償導(dǎo)體子層上。所述第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條可被布置在所述的惠斯通電橋?qū)拥纳戏讲⑴c之相鄰，而位于所述第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層的下方。優(yōu)選地，第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層的磁活性導(dǎo)體條被放置為靠近惠斯通電橋?qū)拥碾娮杵?。而且，有利的是，將第二補(bǔ)償導(dǎo)體子層放置為遠(yuǎn)離惠斯通電橋?qū)?，使得由第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條的補(bǔ)償導(dǎo)體條產(chǎn)生的磁場(chǎng)不對(duì)惠斯通電橋電阻器的補(bǔ)償磁場(chǎng)造成不良影響?；蛘撸诙M補(bǔ)償導(dǎo)體子層可位于惠斯通電橋?qū)拥南路?，使得惠斯通電橋?qū)颖粖A持在第一組和第二組補(bǔ)償導(dǎo)體子層之間，借此，由第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條的導(dǎo)體條所產(chǎn)生的磁場(chǎng)有助于第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條所產(chǎn)生的補(bǔ)償磁場(chǎng)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層的一組導(dǎo)體條被設(shè)置與代表芯片基板表面上的磁場(chǎng)感測(cè)元件的AMR材料條相平行。第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層的一組導(dǎo)體條被布置在該層的頂部。隨后設(shè)置第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層的一組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條，此后在芯片層結(jié)構(gòu)的頂部上布置第二補(bǔ)償導(dǎo)體子層的一組補(bǔ)償導(dǎo)體條。這些子層可通過(guò)通孔連接。因而，補(bǔ)償導(dǎo)體條和翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條的交替子層的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)提供了緊湊的、高度靈敏且能量效率高的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置。該實(shí)施例建議將之前提到的多翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的概念轉(zhuǎn)移到多補(bǔ)償導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)。這樣，與翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體概念相關(guān)的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)也適用于補(bǔ)償導(dǎo)體。
[0025]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體和/或所述補(bǔ)償導(dǎo)體的至少一部分基本上被設(shè)置為U形、螺旋形和/或曲折形。所有的這些結(jié)構(gòu)都包括可被指派激活磁性和電連接翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體和/或補(bǔ)償導(dǎo)體的導(dǎo)體條的垂直方向和平行方向上的元件。所有的結(jié)構(gòu)為磁活性導(dǎo)體條提供了相對(duì)的磁場(chǎng)并能夠以緊湊的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些結(jié)構(gòu)也可以被組合，即，子層可包括U形和螺旋形的、U形和曲折形的或以其他方式組合的導(dǎo)體條。
[0026]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體和/或所述補(bǔ)償導(dǎo)體的材料具有高導(dǎo)電率，優(yōu)選地包括銅，鋁，銀，金或它們的合金，并且優(yōu)選地與形成旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)的材料相同。即使采用電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備的低電壓，高導(dǎo)電率導(dǎo)體能夠產(chǎn)生高電流，使得能夠產(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)。讓旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)和導(dǎo)體條采用相同的材料，降低了制造上的復(fù)雜性，并且可同時(shí)制造旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)和導(dǎo)體條。
[0027]—般地，單個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體被設(shè)置來(lái)同時(shí)翻轉(zhuǎn)惠斯通電橋的所有的磁場(chǎng)感測(cè)元件。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，兩個(gè)或更多個(gè)的電氣分離的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體被提供來(lái)獨(dú)立地翻轉(zhuǎn)橋電阻器的至少一個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件的磁化狀態(tài)。兩個(gè)獨(dú)立的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了 一半的磁場(chǎng)感測(cè)元件的獨(dú)立翻轉(zhuǎn)。兩個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體能夠產(chǎn)生惠斯通電橋電阻器的磁場(chǎng)感測(cè)元件的四個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得惠斯通電橋的靈敏度可被開(kāi)啟或關(guān)閉。這樣允許了對(duì)橋的偏移電壓的測(cè)量，以及進(jìn)行橋的自測(cè)。偏移電壓可用來(lái)進(jìn)一步改善磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的精度。
[0028]上面列出的實(shí)施例包括一些非限制性的示例。例如，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和補(bǔ)償導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的概念可以被組合、合并或者相互轉(zhuǎn)移。電阻器可包括至少一個(gè)或者多個(gè)串聯(lián)連接的磁場(chǎng)感測(cè)元件，優(yōu)選AMR條帶。每個(gè)電阻器的磁場(chǎng)感測(cè)元件的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)布局可以是相同的或者交替的，取決于翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的布局。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層可以是堆疊的或者可以?shī)A持惠斯通電橋?qū)?。?yōu)選地，惠斯通電橋?qū)颖辉O(shè)置在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的第二子層內(nèi)。補(bǔ)償導(dǎo)體層可被堆疊在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的頂部或者下方。優(yōu)選地，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層和補(bǔ)償導(dǎo)體層夾持所述惠斯通電橋?qū)印?br> 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]在下文中，將參考附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。這些示意性的附圖僅用于說(shuō)明，而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。這些附圖中:
[0030]圖1示意性地示出了 AMR的概念和電阻值關(guān)于無(wú)旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)感測(cè)元件的外部磁場(chǎng)的角度的依賴關(guān)系；
[0031]圖2示出了與圖1中的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)相關(guān)的效果；
[0032]圖3示出了當(dāng)前技術(shù)水平的不帶有翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0033]圖4示出了帶有翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的不同的示意圖，其中所述惠斯通電橋電阻器由單個(gè)的磁場(chǎng)感測(cè)元件，多個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件和多個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體組成；
[0034]圖5示出了當(dāng)前技術(shù)的帶有翻轉(zhuǎn)導(dǎo)條結(jié)構(gòu)的不同的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置；
[0035]圖6原理性地示出了帶有多層翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的第一實(shí)施例；
[0036]圖7示出了圖6中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的單個(gè)子層；[0037]圖8示出了帶有磁場(chǎng)感測(cè)元件的叉指式裝置的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的第二實(shí)施例；
[0038]圖9原理性地示出了帶有第一子層的曲折形和U形的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例；
[0039]圖10顯示了圖9中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的單個(gè)子層；
[0040]圖11原理性地示出了磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例的帶有U形翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的子層結(jié)構(gòu)；
[0041]圖12示出了帶有翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體和補(bǔ)償導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例；
[0042]圖13顯示了圖12中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層和補(bǔ)償導(dǎo)體層的單個(gè)子層；
[0043]圖14示出了磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層、補(bǔ)償導(dǎo)體層和惠斯通電橋?qū)拥娜S結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]圖1a和圖1b不意性地不出了 AMR的概念和電阻關(guān)于無(wú)旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16的磁場(chǎng)感測(cè)元件10的外部磁場(chǎng)14的角度的從屬關(guān)系。磁致電阻是當(dāng)外部磁場(chǎng)被施加到材料上時(shí)其電阻值就改變的屬性。所謂的各向異性磁致電阻效應(yīng)(AMR)是磁場(chǎng)感測(cè)元件10的特性，其中電阻值取決于電流方向和磁場(chǎng)M方向之間的角度0。這種效應(yīng)能夠在狹窄的(W)、薄(t)且長(zhǎng)(I)的坡莫合金片中觀察得到，其中坡莫合金是81% Ni和19%的鐵構(gòu)成的合金。當(dāng)電氣感測(cè)電流與磁場(chǎng)M的方向平行時(shí)，元件10的電阻R具有最大值R=，當(dāng)磁場(chǎng)M垂直于電流方向時(shí)，電阻R具有最小值Ri。由于磁場(chǎng)導(dǎo)致的原子的電子自旋排列的失真產(chǎn)生了這種效應(yīng)。坡莫合金磁場(chǎng)感測(cè)元件10具有通常與AMR感測(cè)元件的縱向方向和通過(guò)感測(cè)元件10的電流相對(duì)齊的內(nèi)部磁化凡12。在下文中，假定磁化M被分成與內(nèi)部磁化M0以及感測(cè)電流相平行的分量HP，和與感測(cè)電流及內(nèi)部磁化凡12相垂直的分量He14，由此進(jìn)一步假定I Mtl I >> I Hp I，使得Hp在之后可被忽略?？紤]與磁化凡12相平行的電流，下面的關(guān)系式成立:R=Ri+(R=-Ri)C0S2( 0 )，采用arctan( 0 )表示外部的垂直磁場(chǎng)分量HE14和內(nèi)部磁化凡12的幅值比，如圖1b中所示。如果I He I等于I Mtl I ( 0?45° )，感測(cè)元件10的阻值靈敏度就被最大化，如果I Mtl I >> I He I且I Mtl I〈〈 I He I ( 0?0°或90。)，其就被最小化。
[0045]圖2a和圖2b示出了帶有用來(lái)提高外部磁場(chǎng)靈敏度的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16的圖1中的進(jìn)一步改進(jìn)的磁場(chǎng)感測(cè)元件，使得當(dāng)I Mci I >> I He I ( 0?0° )時(shí)實(shí)現(xiàn)電阻值的靈敏度的最大化。從圖1中的磁阻條紋元素開(kāi)始，理想的是，相對(duì)于內(nèi)部磁化Mtl，磁場(chǎng)感測(cè)器10的歐姆電阻對(duì)感測(cè)磁場(chǎng)He的微小的磁化變化敏感。對(duì)于較小的He值,帶有0 = arctan (He/M0)的R/0關(guān)系曲線是平的，所以一般的AMR傳感器都裝配有所謂的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16。旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16包括由鉬，銅，招，銀或金制成的足夠小的導(dǎo)電條，導(dǎo)電條以與電流成45°角連接到可磁化材料(例如坡莫合金)，從而迫使45°傾斜的電流53流過(guò)元件10，如圖2a所示。這樣，R/0關(guān)系曲線就朝很小的HE變化就導(dǎo)致線性電阻值的變化的線性區(qū)域轉(zhuǎn)移，使得R=Ri+ (R=-Ri)COS2 ( 0 ±45。)成立。從圖2a和2b可以看出，R/0關(guān)系曲線的斜率取決于旋轉(zhuǎn)彩柱排列和內(nèi)部磁場(chǎng)Mtl的方向關(guān)于感測(cè)磁場(chǎng)He的角度。從以上可以看出，電阻變化的斜率取決于旋轉(zhuǎn)彩柱角度26, 28的方向和磁場(chǎng)M0相對(duì)于感測(cè)磁場(chǎng)He14的排列。
[0046]圖3示出了用來(lái)感測(cè)磁場(chǎng)分量He14的幅值的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)18的示意圖?；菟雇姌?8包括作為橋式電阻器20的四個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10，橋式電阻器20帶有正向和負(fù)向角度26，28的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16。圖3b示出了當(dāng)電壓Vss/Gnd被施加到惠斯通電橋18時(shí)的惠斯通電橋18的Ua/H關(guān)系。為了以極高的靈敏度感測(cè)外部磁場(chǎng)HE14，包含一個(gè)或者多個(gè)感測(cè)元件10的四個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)電阻器20R1，R2，R3和R4通常被布置在這樣的惠斯通電橋18中，其中惠斯通電橋的兩個(gè)臂的電阻值的不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致橋上的電壓差Ua。由于溫度漂移、生產(chǎn)公差和其它因素的影響，即使沒(méi)有感測(cè)磁場(chǎng)HE14，剩余偏移電壓Uoff也不能完全為零。為了檢測(cè)所有三個(gè)維度上的矢量磁場(chǎng)，必須將三個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)裝置組合起來(lái)。[0047]為了消除不期望的偏移電壓Utjff，開(kāi)發(fā)了交替地翻轉(zhuǎn)內(nèi)部磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)的概念，這種翻轉(zhuǎn)建議借助強(qiáng)有力的外部偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip,對(duì)磁場(chǎng)感測(cè)元件10的內(nèi)部磁場(chǎng)MJ2周期性地翻轉(zhuǎn)，使得惠斯通電橋18的兩個(gè)翻轉(zhuǎn)狀態(tài)之間的差分值^比可被用來(lái)確定外部磁場(chǎng)HE14的幅度。外部偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip周期性地翻轉(zhuǎn)橋電阻器20R1，R2，R3和R4的單個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10的內(nèi)部磁場(chǎng)隊(duì)12。偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的一般性的強(qiáng)度為0.1 — 50mT。如圖3b所示，在每次翻轉(zhuǎn)步驟之后，惠斯通電橋18的輸出值A(chǔ) Ua依據(jù)R/ 9關(guān)系曲線圍繞Utjff對(duì)稱地變化，而獨(dú)立于兩個(gè)翻轉(zhuǎn)的磁化狀態(tài)Hflip。傳感器信號(hào)Ua為交流傳感器信號(hào)，其中感測(cè)電路消除了靜態(tài)偏移值Uoff,并且依賴于A Ua而確定He的強(qiáng)度。
[0048]過(guò)去的幾年中，討論的目標(biāo)是基于所述的旋轉(zhuǎn)彩柱和翻轉(zhuǎn)的概念的各種AMR傳感器的設(shè)計(jì)。圖4以示例性的和抽象的表達(dá)形式示出了不同的帶有翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50的基本概念，其中，惠斯通電橋電阻器20包括一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10，即子電阻器22，22-1 —22-4，和一個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30或兩個(gè)電氣隔離的的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30-1，30-2。
[0049]圖4a示出了帶有集成的翻轉(zhuǎn)線圈30的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50，其中，每個(gè)電磁感測(cè)元件10利用交替的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16、26和28形成電阻器Rl、R2、R3和R420。相對(duì)于惠斯通電橋16的下部的磁場(chǎng)感測(cè)元件10R2，R3，惠斯通電橋16的上部的磁場(chǎng)感測(cè)元件Rl，R410暴露于相反方向上的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip,使得R1,R410在一個(gè)方向上被磁化,而R2,R310在相對(duì)的方向上(參見(jiàn)Hflip方向的點(diǎn)劃線和虛線箭頭)被磁化。偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip由翻轉(zhuǎn)電流If產(chǎn)生，它可以是流過(guò)導(dǎo)體30的電流脈沖，包括形成為螺旋形的多個(gè)導(dǎo)體條32。與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的方向垂直的導(dǎo)體條32根據(jù)安培法則產(chǎn)生所述的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip,與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的長(zhǎng)度方向平行的導(dǎo)體條32提供了磁活性導(dǎo)體條32之間的電氣連接。因此，實(shí)現(xiàn)了 R/0關(guān)系曲線的翻轉(zhuǎn)，使得偏移電壓Utjff可以消除，并提供了具有小尺寸的集成翻轉(zhuǎn)線圈的緊湊型傳感器結(jié)構(gòu)。
[0050]1993年，德國(guó)微觀結(jié)構(gòu)技術(shù)和光電研究所(MO)的Wetzlar提出了如圖4b中所示的檢測(cè)裝置50，其中每個(gè)橋電阻器Rl，R2，R3，R420被分成至少兩個(gè)電阻子單元a和b，每個(gè)子單元包括具有交替的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16，26，28的子結(jié)構(gòu)22 — I或22 — 2作為磁場(chǎng)感測(cè)元件10。每個(gè)子電阻器22 — I或22 — 2 (Rla, Rlb...)被暴露在由翻轉(zhuǎn)電流If所產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip的相對(duì)部分中，以進(jìn)一步降低由感測(cè)元件10的生產(chǎn)公差或合溫度變化導(dǎo)致的傳感器偏移，和實(shí)現(xiàn)電阻器20的更加緊湊的布置，從而實(shí)現(xiàn)更小的芯片尺寸。
[0051]圖4c中示意性地示出了圖4b中的磁場(chǎng)檢測(cè)元件設(shè)備50的進(jìn)一步的發(fā)展，其中翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30被分隔為兩個(gè)獨(dú)立的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體部件30-1和30-2。每個(gè)電阻器20被分為四個(gè)子電阻器22-1至22-4。兩個(gè)導(dǎo)體部件30-1、30-2單獨(dú)地且獨(dú)立地為每個(gè)子電阻器22_1，22_2，22-3和22-4調(diào)整偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。每個(gè)電阻器20的一半子電阻器22覆蓋兩個(gè)電氣隔離的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體部件30-1和30-2中的一個(gè)。依據(jù)兩個(gè)翻轉(zhuǎn)電流IF1，IF2之間的相互關(guān)系，可設(shè)定“正?！狈D(zhuǎn)模式(平行電流)和“失活”模式(相對(duì)電流)，這樣能夠讓檢測(cè)裝置50進(jìn)行自校準(zhǔn):兩個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30-1，30-2能夠提供四個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)(參見(jiàn)+/-/0/0Hflip狀態(tài))，從而在相對(duì)翻轉(zhuǎn)電流If (Hflip0/0)的情況下，幾乎消除(失活)了惠斯通電橋的敏感度，輸出信號(hào)代表偏移電壓Uoffo
[0052]圖5示出了帶有目前技術(shù)水平的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的作為傳感器芯片布局的不同的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50。圖5a示出了當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀的包含惠斯通電橋18的第一磁場(chǎng)檢測(cè)裝置52，其中每個(gè)橋電阻器20包含子電阻器22形式的四個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10。電阻器20為串聯(lián)連接的，且以蜿蜒的形式布置，從而在兩個(gè)電阻器20之間的連接點(diǎn)處，接觸焊盤40(Ua, Vcc, Gnd)能夠接觸圖3所示的惠斯通電橋結(jié)構(gòu)18。在惠斯通電橋18的下部，設(shè)置了接地Gnd和電源電壓Vcc的電源焊盤40。上部的接觸焊盤40能接入到惠斯通電橋的傳感器電壓Ua來(lái)測(cè)量電壓差A(yù)Ua?；菟雇姌?8被布置在單個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層的頂部，其中曲折形狀的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30被布置使得可通過(guò)接觸焊盤40流通的翻轉(zhuǎn)電流If能夠流過(guò)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的接觸條帶，生成第二方向或者第三方向上的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30被布置在單個(gè)層上，確定總體芯片結(jié)構(gòu)的尺寸并提供惠斯通電橋18所占據(jù)的空間。在另外的電氣絕緣的層上布置了為外部磁場(chǎng)提供電氣補(bǔ)償場(chǎng)的補(bǔ)償導(dǎo)體60，補(bǔ)償導(dǎo)體也被設(shè)計(jì)為蜿蜒的形式，其曲折的斜坡的數(shù)量為惠斯通電橋18的橋電阻器20的曲折斜坡的數(shù)量的兩倍。補(bǔ)償導(dǎo)體60基于與翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30相同的原理，但是借助補(bǔ)償電流Ic產(chǎn)生磁場(chǎng)，補(bǔ)償電流Ic與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的縱向并不對(duì)齊，而是與其垂直，這樣疊加或補(bǔ)償將被測(cè)量的外部磁場(chǎng)HE14，而不會(huì)影響內(nèi)部磁場(chǎng)Mc^
[0053]圖5b示出了當(dāng)前技術(shù)中的同樣包含惠斯通電橋18的類似的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置52，其中每個(gè)橋電阻器20由四個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10構(gòu)成，磁場(chǎng)感測(cè)元件由子電阻器22形成。這種檢測(cè)裝置50包含位于芯片50的單獨(dú)的一個(gè)層上的磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30，其中導(dǎo)體條32以相當(dāng)復(fù)雜的交錯(cuò)的曲折形式被布置。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的電導(dǎo)體32具有接觸焊盤40，通過(guò)接觸焊盤可耦合和提取翻轉(zhuǎn)電流脈沖IF。利用不同層上的連接通孔42，下部的接觸焊盤40耦合到翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的導(dǎo)體條，連接通孔為兩個(gè)層之間的導(dǎo)電通孔和用來(lái)連接焊盤40和翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的第一導(dǎo)體條32的短的導(dǎo)體條。`
[0054]圖5c中描述了圖5b中的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置52的進(jìn)一步修正形式?；菟雇姌?8包括四個(gè)電阻器20，每個(gè)電阻器20由兩個(gè)作為子電阻器22的磁場(chǎng)感測(cè)元件10組成。四個(gè)橋電阻器20電氣串聯(lián)連接，并以曲折的形式設(shè)置在螺旋式纏繞的磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30上。兩個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10，也就是各個(gè)電阻器20的子電阻器22，位于翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的水平對(duì)齊的導(dǎo)體條32的頂部。各個(gè)電阻器20的第一磁場(chǎng)感測(cè)元件10 (子電阻器22)設(shè)置在產(chǎn)生向上的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的磁活性導(dǎo)體條32 (水平方向的導(dǎo)條32)的頂部，第二元件10設(shè)置在產(chǎn)生方向向下的磁場(chǎng)Hflip的磁活性導(dǎo)體條32的頂部。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30連接導(dǎo)接觸焊盤40并具有螺旋外形。流過(guò)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的翻轉(zhuǎn)電流If產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。螺旋的中心處的終端導(dǎo)條32通過(guò)位于后續(xù)層上的通孔42和導(dǎo)體條連接待接觸焊盤40。在圖5c的右側(cè)，示出了翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30以及連接導(dǎo)體和通孔42。
[0055]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50的第一實(shí)施例。磁場(chǎng)感測(cè)芯片50包括惠斯通電橋18，其中每個(gè)橋電阻器20包含兩個(gè)子電阻器22，子電阻器22被設(shè)計(jì)為帶交變的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16，26，28的磁場(chǎng)感測(cè)元件10。惠斯通電橋18被布置在裝置50的第一層?；菟雇姌?8連接到4個(gè)接觸焊盤40，用來(lái)為惠斯通電橋18提供電能Vcc，GND，并從焊盤Vo檢測(cè)由外部磁場(chǎng)He14產(chǎn)生的電壓差A(yù) Vo?；菟雇姌?8被布置在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層18的頂部，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層包含兩個(gè)子層38-1和38-2。
[0056]圖7a到圖7c描述了單個(gè)子層的詳細(xì)示圖。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30被配置在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層30上，并可通過(guò)接觸焊盤40連接，為導(dǎo)體線圈注入翻轉(zhuǎn)電流從而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30整體設(shè)計(jì)為雙螺旋形，其中產(chǎn)生在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的對(duì)齊方向上的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip的水平方向的導(dǎo)體條32被設(shè)置在第一子層38-1中，如圖7b中所示。子層38-1的水平方向的磁活性導(dǎo)體條32形成了產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip的第一組導(dǎo)體條34。第一組導(dǎo)體條34的導(dǎo)體條32連接到垂直方向上的連接導(dǎo)體條32，該垂直方向上的連接導(dǎo)體條形成用于電連接第一組導(dǎo)體條34的導(dǎo)體條32的第二組導(dǎo)體條36并設(shè)置在第二子層38 — 2上，如圖7c所示。兩組導(dǎo)體條34，36通過(guò)兩個(gè)子層38-1，38-2之間的通孔42電連接。因而，翻轉(zhuǎn)電流If能夠通過(guò)第一和第二子層38-1，38-2的分段導(dǎo)體條32流通。第一組導(dǎo)體條34包括設(shè)置在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的端部的導(dǎo)體條32，其相比于設(shè)置在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80的導(dǎo)體條34，具有更小的寬度。這樣，相對(duì)于感測(cè)元件10的中間部分80，在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的端部82能夠產(chǎn)生增強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。因而，翻轉(zhuǎn)電流If可以降低，磁翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的電感可被減小，實(shí)現(xiàn)了感測(cè)元件10的內(nèi)部磁場(chǎng)MO的可靠偏轉(zhuǎn)。并且由于減弱的雜散磁場(chǎng)，更低的電感和更高的翻轉(zhuǎn)頻率，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨率的增加，因?yàn)樵诠潭ǖ臅r(shí)間間隔內(nèi)可以進(jìn)行更多次數(shù)的測(cè)量。與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80相關(guān)聯(lián)的第一組導(dǎo)體條34的導(dǎo)體條32包括被設(shè)計(jì)來(lái)在導(dǎo)體條32上均勻地分配翻轉(zhuǎn)電流If的非導(dǎo)電區(qū)域56中的電流分配元件44。電流分配元件44提供均勻的電流分配，使得在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分產(chǎn)生增強(qiáng)的均勻偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip，在磁場(chǎng)感測(cè)元件10的端部82產(chǎn)生增強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip。電流分配元件44有助于降低磁翻轉(zhuǎn)電流If的幅值，并以最優(yōu)化翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和減少電能損耗的方式形成電流分配圖。
[0057]圖7a的示意性地示出了設(shè)置在翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層38上的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的布局。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30通過(guò)接觸焊盤40可電氣連接，翻轉(zhuǎn)電流If能夠流入翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30并能從翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30流出。產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的在圖7b中示出的第一組導(dǎo)體條32設(shè)置在第一子層38 — I上，并連接到圖7c中顯示的設(shè)置在第二子層38 - 2上的第二組導(dǎo)體條32。矩形電流分配元件44和多邊形的凹部被設(shè)置在與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80相關(guān)聯(lián)的相對(duì)寬的導(dǎo)體條上。通孔40提供了第一和第二子層的導(dǎo)體條32之間的電氣連接。第二子層38 - 2可以設(shè)置在第一子層38 -1的頂部，并也可包括惠斯通電橋18形式的橋電阻器20，其子電阻器22包含磁場(chǎng)感測(cè)元件10。因此，整體的傳感器芯片結(jié)構(gòu)50包括兩個(gè)子層，即底層38-1和和頂層38-2，其中第二子層38-2還包括惠斯通電橋?qū)?0。這種布局提供了非常緊湊的芯片設(shè)計(jì)，具有增強(qiáng)的磁場(chǎng)靈敏度和更低的能量消耗的。
[0058]圖8示出了帶有橋電阻器20的叉指(interdigital)結(jié)構(gòu)24的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50的第二實(shí)施例。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體裝置30與圖6，7中所示的實(shí)施例的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體類似。惠斯通電橋18包括4個(gè)電阻器20，每個(gè)電阻器20包括多個(gè)形成子電阻器22的磁場(chǎng)感測(cè)元件10。每個(gè)電阻器20的磁場(chǎng)感測(cè)元件10是串聯(lián)連接的，帶有交變的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)26，28的兩個(gè)感測(cè)元件10被設(shè)置在產(chǎn)生相反的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的第一子層38-1的磁活性導(dǎo)體條32上。每個(gè)電阻器20的串聯(lián)連接的元件10以曲折的方式布置，使得形成交叉手指型結(jié)構(gòu)。兩個(gè)電阻器20的叉指相互作用，使得橋電阻器20形成為叉指結(jié)構(gòu)24，其中相鄰電阻器的磁性元件10被布置為相互靠近。由于橋電阻器20的感測(cè)元件的緊湊布局，材料不純、缺陷或溫度變化以等同的方式影響兩個(gè)電阻器，從而提高了檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性和精度。
[0059]圖9示出了磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的另一實(shí)施例，其中翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30是雙迂回的并包括U形導(dǎo)條32。在該芯片結(jié)構(gòu)50中，接觸焊盤40被布置在芯片布局的連接測(cè)，橋電阻器18的獨(dú)立的感測(cè)元件10沿著該雙迂回翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30以串聯(lián)連接的方式布置。每個(gè)電阻器20包含帶有交變旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)26，28的四個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10，它們位于產(chǎn)生相反的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的磁活性導(dǎo)體條32組34的頂部。
[0060]圖10具體描述了圖9中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50。圖1Oa揭示了圖1Ob中示出的子層38-1和圖1Oc中是示出的子層38-2上的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的結(jié)構(gòu)。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層38_1上的水平方向上的第一組導(dǎo)體條32，34以曲折的形式被布置，并包括與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的端部82相關(guān)的U形導(dǎo)體條。為了向與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80相關(guān)的導(dǎo)體條32提供均勻的電流，設(shè)置了圓形或者橢圓形的非導(dǎo)電凹部58。電流分配元件44使得翻轉(zhuǎn)電流If的電流密度均勻化，從而為磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80提供均勻的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip?；菟雇姌?qū)?0的AMR感測(cè)元件10與垂直方向上的第二組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體32，36的導(dǎo)體條36 —起被布置在第二子層38-2上。這兩組導(dǎo)體條34，36由通孔42電連接。
[0061]圖11示出圖9中所示的芯片結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的替代性結(jié)構(gòu)。圖1la示出了翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層38的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的整體外形。圖1lb中的第一子層38-1只包括水平方向上的磁活性導(dǎo)體條32，34，而圖1lc中示出的第二子層38-2只包含垂直方向上的導(dǎo)體條32，36。有利的是磁場(chǎng)感測(cè)元件10 (未示出)被設(shè)置在與第二組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條36相同的如圖1lc所示的層上。兩個(gè)子層38-1和38-2的導(dǎo)體條由通孔連接。子層38-2被設(shè)置在子層38_1的上方，并還可以包含未示出的惠斯通電橋70的感測(cè)元件10。與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的中間部分80相關(guān)的一組導(dǎo)體條34的磁活性導(dǎo)體條32包含導(dǎo)電剖面54，相對(duì)于與磁場(chǎng)感測(cè)元件10的端部82相關(guān)的導(dǎo)體條32，該剖面產(chǎn)生減弱的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。相比于圖9中的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體設(shè)計(jì)，雖然連接通孔42的數(shù)量增加了，但是由于垂直方向和水平方向上的導(dǎo)體條34，36的嚴(yán)格分離，所以芯片的總體尺寸得以進(jìn)一步的減小。
[0062]圖12示出了磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50的另一實(shí)施例，其帶有設(shè)置在惠斯通電橋?qū)?0的頂部和下方的堆疊層38，6 β上的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30和補(bǔ)償導(dǎo)體60。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的布置類似于圖6中所描述的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體的實(shí)施例。檢測(cè)裝置50適于感測(cè)第一方向上的磁場(chǎng)分量Ηε，并包含依據(jù)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip的方向可在第二或第三方向上磁化的磁場(chǎng)感測(cè)元件10。圖13示出了檢測(cè)裝置50的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30和補(bǔ)償導(dǎo)體60的層布局。
[0063]圖13a示出了圖12中所示的芯片設(shè)計(jì)的導(dǎo)體條32的結(jié)構(gòu)，其包括翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的在圖13d中示出的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層38-1和在圖13e中示出的子層38_2，以及補(bǔ)償導(dǎo)體60在圖13b中示出的子層62-1和在圖13c中示出的子層62-2。補(bǔ)償導(dǎo)體60以及翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30分別包含兩個(gè)子層38-1，38-2和62-1，62-2，其中第一組磁活性導(dǎo)體條34，36分別設(shè)置在第一子層38-1,62-1上,分別用來(lái)電導(dǎo)通第一組導(dǎo)體條34, 36的第二組導(dǎo)體條36, 38被設(shè)置在第二子層38-2，62-2上。子層38-1，38-2和62_1，62_2彼此頂部堆疊，或者可夾持惠斯通電橋?qū)?0。接觸焊盤40圍繞電導(dǎo)通惠斯通電橋18、翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30和補(bǔ)償導(dǎo)體60的層堆疊組件。補(bǔ)償導(dǎo)體60被設(shè)計(jì)為生成補(bǔ)償外部磁場(chǎng)HE14的補(bǔ)償磁場(chǎng)，其中補(bǔ)償磁場(chǎng)的方向垂直于磁場(chǎng)感測(cè)兀件10 (未不出)的長(zhǎng)度布局方向。有利的是所述的磁場(chǎng)感測(cè)兀件10(未示出)能夠平行于翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層38-2的第二組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條36被設(shè)置在圖13e中所示的層上。由于翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的子層概念也可被應(yīng)用于補(bǔ)償導(dǎo)體60，所以能夠想到的且有利的是將翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30設(shè)置在單個(gè)層上，并將補(bǔ)償導(dǎo)體60的兩組導(dǎo)體條66，68設(shè)置在兩個(gè)子層62-1，62-2上，從而將本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)傳遞到補(bǔ)償導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)60。
[0064]最后，圖14示出了如圖12中所示的三維磁傳感器芯片裝置50的原理圖和分解截面圖，其包括如圖13所示的基板64上的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層30、補(bǔ)償導(dǎo)體層60和惠斯通電橋?qū)?0。這種芯片布局的三維表示純粹是為了示例說(shuō)明，而不代表任何實(shí)際的尺寸。在基板64上，四個(gè)橋電阻器20的磁場(chǎng)感測(cè)元件10被布置在惠斯通電橋?qū)?0上，其包括AMR材料條帶48，例如坡莫合金條帶和由諸如金或者銅的高導(dǎo)電率材料制成的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16?；菟雇姌?8的四個(gè)電阻器20覆蓋磁場(chǎng)檢測(cè)裝置50的主基片區(qū)域。每個(gè)電阻器20包含多個(gè)子電阻器22，其中每個(gè)子電阻器22作為磁場(chǎng)感測(cè)元件10。每個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件10包含AMR材料條帶48，例如頂面上的坡莫合金條帶和由高導(dǎo)電率材料制成的旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16。在其上設(shè)置由磁場(chǎng)感測(cè)元件10的同一惠斯通電橋?qū)?0上，布置了第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層30，38-2，參見(jiàn)圖7c，10c, Ilc或圖13e中所示的類似結(jié)構(gòu)，其包含用來(lái)電連接第一組導(dǎo)體條34的導(dǎo)體條34的第二組導(dǎo)體條32，36。第二組導(dǎo)體條36和旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)16的金屬化處理可以是相同的，并可并行制造。參見(jiàn)圖13b的結(jié)構(gòu)，在所述的組合層70，38-2的頂部，包含第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條66的第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層62-1被設(shè)置為使得可產(chǎn)生補(bǔ)償外部磁場(chǎng)HE的補(bǔ)償磁場(chǎng)。再次參照?qǐng)D13d，在第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層62-1的頂部，設(shè)置了包含第一組磁活性翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條34的第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層38-1。第一組34翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30通過(guò)導(dǎo)體元件42連接到第二組36磁翻轉(zhuǎn)層38，導(dǎo)體元件42最好能夠被設(shè)置為平行于第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條66的導(dǎo)體條32。最后，參見(jiàn)圖13c，包含第二組導(dǎo)體條68的第二補(bǔ)償導(dǎo)體子層62-2被布置在第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層38-1的頂部，第二組導(dǎo)體條用來(lái)連接第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層60-1的第一組磁活性導(dǎo)體條66。第一組和第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條66，68的導(dǎo)體條32由未示出的通孔連接。交錯(cuò)設(shè)計(jì)的子層38-1，38-2，62-1，62-2提供了具有最小的雜散磁場(chǎng)去和很低的阻抗的高度集成且緊湊的芯片設(shè)計(jì)，這種芯片能夠以很低的功率消耗在高頻率和增強(qiáng)的靈敏度狀態(tài)運(yùn)行。
[0065]由于磁場(chǎng)感測(cè)元件10和翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的外形，每個(gè)傳感器芯片50的翻轉(zhuǎn)線圈30的電阻可以降低到I Ω，使得偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Hflip能夠由小于1.5V的電壓VF、200mA的電流If來(lái)產(chǎn)生。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體30的特別設(shè)計(jì)在元件10的兩端產(chǎn)生了增強(qiáng)的磁場(chǎng)Hflip，而在元件10的中間部分80產(chǎn)生較小的磁場(chǎng)Hflip,使得內(nèi)部磁化M可由總體減弱的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hflip來(lái)翻轉(zhuǎn)。而且，每個(gè)元件10的端部82的直徑的減小允許應(yīng)用減弱的磁場(chǎng)Hflip來(lái)可靠的翻轉(zhuǎn)內(nèi)部磁場(chǎng)M0。這種改善的設(shè)計(jì)提供了很小的且緊湊的傳感器芯片結(jié)構(gòu)50，其可以被放大到3D傳感器芯片，并可由便攜式設(shè)備的1.2V可充電電池分配的相對(duì)低的電壓驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明并不局限于上述示例，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以自由地變化。
[0066]附圖標(biāo)記
[0067]10磁場(chǎng)感測(cè)元件
[0068]12內(nèi)部磁化強(qiáng)度M[0069]14外部磁場(chǎng)
[0070]16旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)
[0071]18惠斯通電橋
[0072]20橋電阻器
[0073]22橋子電阻器
[0074]24叉指式電阻器子元件結(jié)構(gòu)
[0075]26正角度的Barperpole結(jié)構(gòu)
[0076]28負(fù)角度的Barperpole結(jié)構(gòu)
[0077]30翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體
[0078]32導(dǎo)體條
[0079]34用于翻轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的第一組翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體條
[0080]36用于電連接的第二組導(dǎo)體條
[0081]38翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層
[0082]40接觸焊盤
[0083]42通孔
[0084]44電流分配元件
[0085]46磁場(chǎng)感測(cè)元件之間的電連接
[0086]48AMR材料條帶
[0087]50磁場(chǎng)檢測(cè)裝置
[0088]52當(dāng)前技術(shù)的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置
[0089]54電流密度分布
[0090]56導(dǎo)電剖面
[0091]58凹部
[0092]60補(bǔ)償導(dǎo)體
[0093]62補(bǔ)償導(dǎo)體層
[0094]64基板
[0095]66用于補(bǔ)償磁場(chǎng)的第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條
[0096]68用于電連接的第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條
[0097]70惠斯通電橋?qū)?br> [0098]72
[0099]74
[0100]76
[0101]78
[0102]80磁場(chǎng)感測(cè)元 件的中間部分
[0103]82磁場(chǎng)感測(cè)元件的端部
【權(quán)利要求】
1.一種包括數(shù)個(gè)功能不同的層(38，60，70)的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置(50)，其中惠斯通電橋?qū)?70)包括惠斯通電橋(18)的至少兩個(gè)電阻器(20)，每個(gè)電阻器(20)包括至少一個(gè)子電阻器(22)形式的磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)，翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層(38)包括至少一個(gè)用來(lái)翻轉(zhuǎn)各個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件(10 )的內(nèi)部磁化狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30 )，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30 )包括多個(gè)導(dǎo)體條(32)，這些導(dǎo)體條被設(shè)置在所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層(38)的至少兩個(gè)不同的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-1，38-2)上,并通過(guò)通孔相互電氣耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，第一組導(dǎo)體條裝置(32，34)用來(lái)提供相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并被設(shè)置在面向惠斯通電橋?qū)觽?cè)(70)的第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-1)上，以及至少第二組導(dǎo)體條(32，36)用來(lái)提供所述第一組導(dǎo)體條(34)的電氣連接，并被設(shè)置在至少一個(gè)第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-2)上。
3.如權(quán)利要求2所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一組導(dǎo)體條(32，34)基本上垂直于所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的縱向排列，所述第二組導(dǎo)體條(32，36)基本上平行于所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的所述縱向排列。
4.如權(quán)利要求2或3所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的第一組導(dǎo)體條(32，34)包括為所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的中間部分(80)提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的、所述垂直方向上的導(dǎo)體條(34)的叉指式結(jié)構(gòu)，垂直的導(dǎo)體條(34)為所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的端部(82)提供偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
5.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的第一組導(dǎo)體條(34)被設(shè)計(jì)和布置為使得每個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的兩端部分(82)處的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的中間部分(80)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更強(qiáng)。
6.如權(quán)利要求2— 5中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一組導(dǎo)體條(32，34)的至少一·個(gè)導(dǎo)體條包括至少一個(gè)被設(shè)計(jì)來(lái)提供電流分配的電流分配元件(44)，使得磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的中間部分(80)可激勵(lì)出均勻的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流分配元件為導(dǎo)電剖面(54)或?qū)w條(32，34)的非導(dǎo)電區(qū)域(56)，尤其是凹部(58)，所述導(dǎo)體條(32，34)適于翻轉(zhuǎn)所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的中間部分(80)的內(nèi)部磁化狀態(tài)。
7.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的電阻器(20)包括至少兩個(gè)子電阻器(22)形式的磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)，其中每個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)包括旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)(16)，旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)(16)具有正向或負(fù)向的旋轉(zhuǎn)彩柱排列(26，28)，取決于其與相關(guān)的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30)的垂直方向的導(dǎo)體條(34)上的電流方向的結(jié)構(gòu)布置。
8.如權(quán)利要求7所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述惠斯通電橋?qū)?70)上具有所述至少兩個(gè)電阻器(20)的子電阻器(22)的叉指結(jié)構(gòu)(24)。
9.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的兩個(gè)縱向端部(82)為錐形，優(yōu)選為橢圓形。
10.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，設(shè)置在惠斯通電橋的層(70)上的所述橋電阻器(20)位于所述第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-1)的下方和/或位于所述第二翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-2)內(nèi)。
11.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，補(bǔ)償導(dǎo)體(60)產(chǎn)生補(bǔ)償磁場(chǎng)來(lái)補(bǔ)償外部磁場(chǎng)，所述補(bǔ)償導(dǎo)體(60)設(shè)置在至少一個(gè)補(bǔ)償導(dǎo)體層(62)上，優(yōu)選地位于所述惠斯通電橋?qū)?70)的頂部，并與所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體層(38)相鄰和/或交錯(cuò)。
12.如權(quán)利要求11所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償導(dǎo)體(60)包括多個(gè)導(dǎo)體條(32)，這些導(dǎo)體條被設(shè)置在所述補(bǔ)償導(dǎo)體層(62)的至少兩個(gè)不同的補(bǔ)償導(dǎo)體子層(62-1，62-2)上，并由通孔相互電氣耦合，使得提供補(bǔ)償磁場(chǎng)的第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條(66)被設(shè)置在所述第一補(bǔ)償導(dǎo)體子層(62-1)上，為所述的第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條(66)提供電氣連接的第二組補(bǔ)償導(dǎo)體條(68)被設(shè)置在所述第二補(bǔ)償導(dǎo)體子層(62-2)上，并且所述第一組補(bǔ)償導(dǎo)體條(66)被布置在所述惠斯通電橋?qū)?70)的上方并與之相鄰，且位于所述第一翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體子層(38-1)的下方。
13.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30)的和/或所述補(bǔ)償導(dǎo)體(60)的至少一部分被設(shè)置為基本上呈U形、螺旋形和/或曲折的形式。
14.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30)和/或所述補(bǔ)償導(dǎo)體(60)的材料是高導(dǎo)電性的，包括銅、鋁、銀、金或它們的合金，并與形成旋轉(zhuǎn)彩柱結(jié)構(gòu)(16)的材料相同。
15.如前述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求所述的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置，其特征在于，提供兩個(gè)或者更多個(gè)電氣隔離的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體(30-1，30-2)，每個(gè)翻轉(zhuǎn)導(dǎo)體獨(dú)立對(duì)橋電阻器(20)的至少一個(gè)磁場(chǎng)感測(cè)元件(10)的磁 化狀態(tài)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】G01R33/09GK103718057SQ201180066675
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月3日
【發(fā)明者】勞雷特·尤韋, 韋伯·塞巴斯蒂安 申請(qǐng)人:森賽泰克股份有限公司