一種推挽式x軸磁電阻傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種推挽式X軸磁電阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在兩軸和三軸磁性羅盤(pán)芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要同時(shí)用到高靈敏度的X軸和Y軸磁敏傳感器，對(duì)于磁電阻類型的傳感單元，一般具有單一的敏感磁場(chǎng)方向，所形成的磁電阻傳感單元電橋結(jié)構(gòu)，要求在X方向磁場(chǎng)作用時(shí)，所述電橋隨磁場(chǎng)變化產(chǎn)生響應(yīng)，而當(dāng)Y方向磁場(chǎng)作用時(shí)，所述電橋不產(chǎn)生響應(yīng)，為了提高磁場(chǎng)靈敏度，通常采用推挽式電橋，其中推臂和腕臂采用分立制造的形式，即將其中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)180度，而后在推臂和腕臂的切片之間采用飛線的形式進(jìn)行連接。
[0003]以上提出的Y軸磁電阻傳感器主要存在如下問(wèn)題:推臂和腕臂無(wú)法實(shí)現(xiàn)集成制造的工藝，采用分立切片飛線連接的工藝，同樣增加了工藝的復(fù)雜性，影響傳感器的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種推挽式X軸磁電阻傳感器，采用錯(cuò)列U形、H形或者U、H混合形軟磁通量集中器來(lái)實(shí)現(xiàn)磁路的改變，實(shí)現(xiàn)將X外磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變成具有X磁場(chǎng)敏感方向的X方向推臂和-X方向挽臂之間具有相反磁電阻變化的增強(qiáng)外磁場(chǎng)作用，而當(dāng)Y方向外磁場(chǎng)作用時(shí)，則推臂X磁場(chǎng)分量包含具有相反磁場(chǎng)變化的磁電阻傳感單元，最終平均磁場(chǎng)變化為0，而挽臂則包含具有隨磁場(chǎng)變化磁電阻變化非常小的特征，從而實(shí)現(xiàn)一種等效的挽臂式磁電阻傳感單元電橋，實(shí)現(xiàn)X磁場(chǎng)信號(hào)的增強(qiáng)輸出和對(duì)Y磁場(chǎng)的屏蔽作用。
[0005]本實(shí)用新型所提出的一種推挽式X軸磁電阻傳感器，其特征在于，包括:襯底、位于襯底之上的錯(cuò)列軟磁通量集中器陣列和推挽式磁電阻傳感單元電橋；
[0006]所述錯(cuò)列軟磁通量集中器陣列包括至少兩個(gè)軟磁通量集中器，所述每個(gè)軟磁通量集中器均包含矩形正X向barl長(zhǎng)條、負(fù)X向bar2長(zhǎng)條以及一個(gè)O磁阻橋，所述barl長(zhǎng)條和bar2長(zhǎng)條長(zhǎng)軸平行于Y軸方向且短軸平行于X軸方向，所述O磁阻橋長(zhǎng)軸平行于X軸方向、短軸平行于Y軸方向且長(zhǎng)軸兩端分別與barl長(zhǎng)條和bar2長(zhǎng)條互聯(lián)，所述軟磁通量集中器之間形成錯(cuò)列結(jié)構(gòu)，并在X方向形成錯(cuò)列間隙GapXl和未錯(cuò)列間隙GapX2 ;
[0007]所述推挽式磁電阻傳感單元電橋至少包括一個(gè)推臂和一個(gè)挽臂，所述推臂包括至少一個(gè)推磁電阻傳感單元串，所述挽臂包括至少一個(gè)挽磁電阻傳感單元串，所述推、挽磁電阻傳感單元串均分別包括多個(gè)互聯(lián)磁電阻傳感單元，所述推磁電阻傳感單元串位于所述錯(cuò)列間隙GapXl處，所述挽磁電阻傳感單元串位于所述未錯(cuò)列間隙GapX2處，且所述磁電阻傳感單元的磁場(chǎng)敏感方向?yàn)閄方向。
[0008]所述推挽式X軸磁電阻傳感器還包括校準(zhǔn)線圈和/或重置線圈；所述校準(zhǔn)線圈包括平行于所述推、挽磁電阻傳感單元串的推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線，當(dāng)校準(zhǔn)電流通過(guò)所述校準(zhǔn)線圈時(shí)，分別在所述推磁電阻傳感單元串處和所述挽磁電阻傳感單元串處產(chǎn)生沿X和-X方向的幅度相同的校準(zhǔn)磁場(chǎng)分量；
[0009]所述重置線圈包括垂直于所述磁電阻傳感單元串的重置直導(dǎo)線，當(dāng)重置線圈通重置電流時(shí)，在所有磁電阻傳感單元處沿Y方向產(chǎn)生幅度相同的重置磁場(chǎng)分量。
[0010]所述軟磁通量集中器為U形或H形，所述U形軟磁通量集中器的所述barl長(zhǎng)條和bar2長(zhǎng)條的正Y端對(duì)齊或者負(fù)Y端對(duì)齊，并連接到所述O磁阻橋上，所述barl長(zhǎng)條和bar2長(zhǎng)條之間形成U間隙，所述H形軟磁通量集中器的所述O磁阻橋連接所述barl長(zhǎng)條和所述bar2長(zhǎng)條中點(diǎn)，所述barl長(zhǎng)條和bar2長(zhǎng)條之間形成H間隙，所述H間隙根據(jù)Y軸方向分為正H間隙和負(fù)H間隙。
[0011 ] 所述錯(cuò)列軟磁通量集中器陣列由所述U形軟磁通量集中器或者所述H形軟磁通量集中器或者所述U形軟磁通量集中器與H形軟磁通量集中器組成，且沿X方向形成I個(gè)錯(cuò)列間隙列，任一個(gè)所述軟磁通量集中器，至少存在一個(gè)其他所述軟磁通量集中器與之形成錯(cuò)列結(jié)構(gòu)，且正X向長(zhǎng)條barl和負(fù)X向長(zhǎng)條bar2的長(zhǎng)軸在Y方向跨越所有所述錯(cuò)列間隙。
[0012]所述錯(cuò)列軟磁通量集中器陣列由所述U和H形軟磁通量集中器、或者僅由所述H軟磁通量集中器組成，且形成M行N列所述錯(cuò)列間隙陣列，其中，Y方向，第I列和第N列所述錯(cuò)列間隙為所述H、U形軟磁通量集中器之間的所述錯(cuò)列間隙或所述H軟磁通量集中器之間的所述錯(cuò)列結(jié)構(gòu)，當(dāng)N為大于等于3的整數(shù)時(shí)，中間第2列到第N-1列所述錯(cuò)列間隙均對(duì)應(yīng)所述H軟磁通量集中器之間的所述錯(cuò)列結(jié)構(gòu)；
[0013]X方向，每列均包括M個(gè)所述錯(cuò)列間隙，其中，最上端的所有所述軟磁通量集中器正X向長(zhǎng)條barl和最下端的所有所述軟磁通量集中器負(fù)X向長(zhǎng)條bar2分別合并成一個(gè)Dl和D2端長(zhǎng)條，所述Dl和D2端長(zhǎng)條長(zhǎng)軸在Y方向跨越所有所述錯(cuò)列間隙；M、N為大于等于2的整數(shù)。
[0014]所述錯(cuò)列間隙列中所述軟磁通量集中器總數(shù)量K為奇數(shù)時(shí)，所述錯(cuò)列間隙和未錯(cuò)列間隙的數(shù)字標(biāo)號(hào)所構(gòu)成的奇間隙集A為:
[0015]A=[-(nl+0.5)，_nl,…，—1.5，—I, 0，1，1.5，…，nl, nl+0.5]；
[0016]奇錯(cuò)列間隙集:Al=[-nl,…，-1，1，…，nl]；
[0017]奇未錯(cuò)列間隙集:
[0018]Α2=[-(η1+0.5)，…，—1.5，1.5，…，nl+0.5]；
[0019]所述軟磁通量集中器數(shù)量K為偶數(shù)時(shí)，偶間隙集B為:
[0020]B= [- (n2+0.5)，~η2,…，_1，-0.5，O, 0.5，I,…，n2, (n2+0.5)] ； (n2 為大于等于 O
的整數(shù))
[0021]偶錯(cuò)列間隙集:Bl=[-n2,…，_1，I,...，n2];
[0022]偶未錯(cuò)列間隙集:B2=[-n2-0.5，…，-0.5，0.5，n2+0.5]；
[0023]其中O對(duì)應(yīng)中間間隙標(biāo)號(hào)，正整數(shù)和正分?jǐn)?shù)分別對(duì)應(yīng)所述正X向錯(cuò)列間隙和未錯(cuò)列間隙標(biāo)號(hào)，負(fù)整數(shù)和負(fù)分?jǐn)?shù)分別對(duì)應(yīng)所述負(fù)X向錯(cuò)列間隙和未錯(cuò)列間隙標(biāo)號(hào)；
[0024]當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)，奇推臂集:
[0025]All=[l, 2, 3, —,nl]和 A12=[_l, _2，_3，— , -nl]
[0026]其中所述錯(cuò)列間隙處的所述磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述推臂集；
[0027]奇挽臂集:
[0028]A21=[l.5，2.5，3.5，…，nl+0.5]和 Α22=[_1.5，_2.5，_3.5，…，_(η1+0.5)]；
[0029]其中所述未錯(cuò)列間隙處的所述磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述挽臂集；
[0030]當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，偶推臂集:
[0031]Bll=[l，2，3,…，η2]和 B12=[-l，-2，-3,...，-η2]；
[0032]其中所述錯(cuò)列間隙處的所述磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述推臂集；
[0033]而偶挽臂集:
[0034]Β21=[0.5，1.5，2.5，…，(η2+0.5)]和 Β22=[_0.5，-1.5，-2.5，...，-(η2+0.5)];
[0035]其中所述未錯(cuò)列間隙處的所述磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述挽臂集；
[0036]所述nl= (K-1) /2，所述 n2= (K-2) /2。
[0037]所述任一第J個(gè)錯(cuò)列間隙列中，所述奇或者偶推臂集Al I (J)或Bll (J)中任意選擇nj個(gè)元素:nl彡J彡I或n2彡J彡1，nj彡I ;
[0038]Blj, a2J, a3J,…，anJ,其中相鄰兩個(gè)元素的差值大于2，則存在:
[0039]aIlJ-aIJ i I，a21J_a2J 土 I，a31J_a3J 土 I，...，anlJ_anJ 土 I
[0040]構(gòu)成Push (J)集:
[0041 ] Push (J) — La1J, anj, a2j, a21j, a3J, a31J,...，anj, anlJ]
[0042]和 I^a1 j, _anj, _a2j, _a22j, _a3J, _a31J,...，_anJ, _anlJ],
[0043]且存在&1j—aiji0.5，^i1J-aIiJi0.5，a2。廠a2】土0.5，a21。廠a21】i0.5，a3。廠a3】土0.5，a31廠 a3ij土0.5，...，an0j- anj土0.5，anl。廠 anlj土0.5
[0044]構(gòu)成PulI (J)集:
[0045]Pull (J) -[a10j, a110j, a20j, a210j, a30J, a310J,…，an0j, anl0J]
[0046]和[-a10j, _a110j, _a20j, _a210j, _a30j, _a310j,...，_an0j, _anl0J]，
[0047]所述Pul I (J)集中的所述推磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述第J個(gè)所述錯(cuò)列間隙列的所述推磁電阻傳感單元串，所述Pull (J)集中的所述挽磁電阻傳感單元串構(gòu)成所述第J個(gè)所述錯(cuò)列間隙列的所述挽磁電阻傳感單元串。
[0048]所述錯(cuò)列軟磁通量集中器陣列由M個(gè)所述錯(cuò)列間隙列組成時(shí)，對(duì)于第J個(gè)錯(cuò)列間隙列，存在一個(gè)所述PulI (J)和Push (J)，構(gòu)成Pull集:
[0049]Pull= {Pull (I )，Pull (2)，Pull (3)，…，Pull (M)}，以及 Push 集:
[0050]Push= {Push (I), Push (2), Push (3),…，Push (M)}，
[0051]則推挽式X軸磁電阻傳感器的所述推臂為所述各J列所對(duì)應(yīng)Push (J)集所對(duì)應(yīng)所述推磁電阻傳感單元串之間的串聯(lián)連接，所述挽臂為所述各J列所對(duì)應(yīng)Pull (J)集所對(duì)應(yīng)的所述挽磁電阻傳感單元串之間的串聯(lián)連接。
[0052]當(dāng)兩個(gè)電阻相同的磁電阻傳感單元串同時(shí)位于一個(gè)由兩個(gè)H形軟磁通量集中器所構(gòu)成的第一類未錯(cuò)列間隙處時(shí)，所述磁電阻傳感單元串合并成一個(gè)磁電阻傳感單元串，其電阻兩倍于所述位于所述兩個(gè)磁電阻傳感單元串中的任一個(gè)。
[0053]所述推挽式橋式傳感器可以連接成半橋、全橋或者準(zhǔn)橋結(jié)構(gòu)。
[0054]所述磁電阻傳感單元為GMR自旋閥或者TMR傳感單元，所述釘扎層方向平行于X軸方向，所述自由層方向?yàn)槠叫杏赮軸方向。
[0055]有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁電阻傳感單元通過(guò)永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者他們的任意結(jié)合來(lái)使磁性自由層磁化方向來(lái)與磁性釘扎層磁化方向垂直。
[0056]所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感單元的數(shù)量相同。
[0057]所述校準(zhǔn)線圈包括推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線，所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和所述推磁電阻傳感單元串之間的位置關(guān)系與所述挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線與所述挽磁電阻傳感單元串之間的位置關(guān)系相同，所述位置關(guān)系為所述直導(dǎo)線位于對(duì)應(yīng)磁電阻傳感單元串正上方