[发明专利]磁场传感器装置

说明书

本发明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)。

技术领域

本发明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。

背景技术

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＝R⊥+(R＝-R⊥)cos2(θ)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M0和通过待测量的外部磁场提供的与此垂直的矢量分量He。

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He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M0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He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He的大小。