[发明专利]单晶三轴磁场传感器

说明书

背景技术

多轴磁性传感器或磁力计，诸如三轴磁性传感器，对于现代电子罗盘应用是特别理想的。然而，已知的磁阻(MR)传感器，例如各向异性磁阻(AMR)传感器，巨磁阻(GMR)传感器，隧穿巨磁阻(TGMR)传感器等仅仅可以检测平行于装置平面的磁通而不能检测垂直于装置平面的磁通。另一方面，霍尔效应传感器可以感测垂直于装置平面(即，沿Z轴)的磁通，但不能感测平行于装置平面(即，在XY平面中)的磁通。因此这些传感器的复杂的几何布置是必需的，以便测量单一装置中的所有三个轴。

磁场传感器的其中一种最常见的类型是公知的磁阻(MR)传感器，其中，通常，传感器的电阻率根据与磁阻定向在相同平面中的局部磁场而变化。“螺旋条状纹式”(barber pole)结构被添加以允许感测沿一个轴的磁场来包括方向或矢量信息。磁阻传感器已被成功地用在电子罗盘应用中，其中，使用两个传感器来检测与它们所安装的平面(X，Y)相同的平面中的磁场，而附加的传感器以特定的方式被安装，使得灵敏元件被正确地对齐，以感测与该系统的平面正交(Z)的磁场的分量。

有许多已知的方法来制造具有三轴灵敏度的磁性传感器。一种方法是以相对于两轴XY传感器的正交配置将同样技术的Z轴传感器封装为X和Y轴传感器。例如，三个传感器在作为一个模块焊接在PCB上之前被单独包封。在这种情况下，正交(Z)轴传感器直接沿垂直于PCB的轴线安装而不是如同例如美国专利7,271,586中那样沿平面安装。然而，这种特定的正交轴传感器安装可能在技术上具有挑战性，并且显著增加了制造成本，还导致了成品的厚度增加。

另一种方法使用两种类型的传感器的技术，这两种类型的传感器被设置在共用管芯上，其中一个构造成感测竖直磁通信号并且另一个构造成感测水平磁通信号。

可以通过将传感器构建在倾斜表面上来实现多轴灵敏度。例如，美国专利7,126,330描述了一种装置，其中两个磁场感测装置被设置在第一表面上来检测共平面正交的X、Y轴，第三磁场感测单元设置在形成于第一表面上的沟槽中以便检测在Z轴上的磁场。然而，7,126,330专利受限于沟槽的倾斜壁可以形成的精度，以便倾斜壁可以处于相同的倾斜角度。

还有与每种已知方法相关联的缺点。例如，将Z轴磁场传感器(其感测方向垂直于装置(XY)平面)与X或Y轴磁场传感器相结合需要一个或多个附加的封装步骤以便竖直地安装Z轴磁场传感器而没有显著的角度变化。附加的封装步骤给整个产品制造过程增加了显著的成本。此外，定位角度的变化使信号处理复杂化，这是由于在Z轴磁场传感器不完全竖直的情况下引入了来自XY平面的串扰信号。

因此，需要薄断面、价格低廉而且性能高的三轴磁场传感器，该三轴磁场传感器可以使用简单的制造工艺大批量地制造。

发明内容

提供了一种三轴磁性传感器或磁力计。利用螺旋条状纹式AMR结构的两个磁性传感器惠斯通电桥被制作在形成于硅或其它基板或晶片上的凸块结构的相反侧，即，被制作在相对于基板的平坦表面处于预定角度的表面上。在一个实施方式中，凸块结构是使用已知的光刻技术形成在硅基板上的SiO₂。作为选择，凸块结构可以是A1₂0₃，Si₃N₄，聚酰亚胺，烤硬的光致抗蚀剂或可以在上面制作磁性传感器的其它材料。凸块结构的倾斜角度可以改变，并且仅仅受限于光刻工艺。

在本发明的一个实施方式中，电桥组件沿Y轴定向，并且各电桥被互连使得可以通过处理电桥信号来产生Y和Z通道信号。X通道信号可以由设置在基板或晶片的水平面上的X轴传感器提供。

在本发明的另一方面，电桥组件可以沿X轴定向，以产生X和Z通道信号。在这种情况下，Y通道信号可以由设置在基板或晶片的水平面上的Y轴传感器提供。

附图说明

下面参照附图论述本发明的至少一个实施方式的各个方面。将认识到，为了简单和清楚地说明，附图中示出的单元不一定是精确地或按比例绘制的。例如，为了表示清楚一些单元的尺寸可以相对于其它单元被放大或者多个物理部件可以被包括在一个功能块或单元中。此外，在认为适当时，附图标记可在各图中重复，以表示对应的或类似的单元。为了清楚起见，并非每个部件都可以被标记在每个附图中。附图被提供用于说明和解释的目的，并且不旨在作为对本发明的限制的定义。在图中：

图1A和1B是本发明的实施方式的概念表示的示意图；

图2A和2B是本发明的实施方式的电路示意图；

图3A和3B是本发明的实施方式的布局的示意图；