DE60205185T2 - Magnetisches Detektionselement unter Verwendung des Magnetoimpedanzeffekts, Verfahren zur Herstellung des Elements, und tragbares Gerät mit diesem Element - Google Patents

Magnetisches Detektionselement unter Verwendung des Magnetoimpedanzeffekts, Verfahren zur Herstellung des Elements, und tragbares Gerät mit diesem Element Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02Magnetic compasses
    • G01C17/28Electromagnetic compasses
    • G01C17/30Earth-inductor compasses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein magnetisches Erfassungselement, welches ein Magnetoimpedanzelement mit einem magnetischen Körper als magnetischen Detektorteil verwendet, in welchem die Impedanz zwischen beiden Enden des magnetischen Körpers sich nach Maßgabe eines äußeren Magnetfelds ändert, wenn an den magnetischen Körper ein Hochfrequenzstrom gelegt wird, außerdem betrifft sie ein mit einem solchen Element ausgestattetes tragbares Gerät.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Da in der jüngeren Zeit kleine Informations-Endgerätfunktionen von Mobiltelefonen, PDAs und dergleichen entwickelt wurden, ist der Bedarf an der Anzeige des magnetischen Azimuts für die Karteninformationsanzeige, die GPS-Lagerung etc. gestiegen.
  • Da allerdings für eine Teileumgebung in Verbindung mit der Miniaturisierung tragbarer Geräte eine Lagerung hoher Dichte erforderlich wurde, ist die Anforderung an eine Belegungsfläche sowie eine Belegungshöhe gravierend geworden. Als Azimutsensor existieren bereits ein Fluxgate-Sensor und ein magnetoresistives Element (ein MR-Sensor), weil allerdings ihre Größen beschränkt sind, ist ein Magnetfeldsensor in der Größe eines Chips erwünscht.
  • Wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 3096413 beschrieben ist, wurde bereits ein Azimutsensor vorgeschlagen, der aus einer magnetischen Dünnschicht besteht. Wie in 14 dargestellt ist, wurde bereits ein Element in der Praxis umgesetzt, welches ein paralleles Muster 112 aufweist, bestehend aus einer Mehrzahl von schlanken und gestreckten Leitungen, ausgebildet aus einer magnetischen Dünnschicht auf einem nicht magnetischen Substrat 110 aus Glas oder dergleichen, so daß ein baulich kleines Element ähnlich einem Chipwiderstand realisiert wurde. Der Erfassungsvorgang erfolgt durch Anlegen eines Hochfrequenzstroms an Elektroden 114a und 114b, wobei es sich um die beiden Enden des Musters 112 handelt. Der Sensor wird verwendet, indem die Impedanz beider Enden in einer Magnetfeld-Erfassungsrichtung, die in der Figur durch einen Pfeil angedeutet ist, geändert wird.
  • Die Impedanzänderung in bezug auf das äußere Magnetfeld zeigt einen V-förmigen Kennlinienverlauf gemäß 15, von dem ein geneigter Abschnitt für den Erfassungsvorgang genutzt wird. Wenn wie bei einem Azimutsensor ein magnetisches Gleichfeld erfaßt wird, ist eine Spule 115 gemäß 14 gewickelt, um einen Wechsel-Vorstrom anzulegen, wobei die Arbeitspunkte in dem geneigten Abschnitt der V-Kennlinie auf der Plusseite und der Minusseite des Magnetfelds eingestellt werden. Die Differenz ΔZ zwischen den Impedanzen beider Arbeitspunkte in bezug auf das äußere Magnetfeld Hex wird als elektrisches Signal abgenommen.
  • Mit der gemäß 14 außen angebrachten Vorspule 115 ist es aber nicht möglich, die Bauelementgröße effektiv zu nutzen, so daß es nicht möglich ist, eine für ein tragbares Gerät oder dergleichen geeignete Platzersparnis zu erreichen.
  • Wenn die Vorspule aus einer leitenden Dünnschicht 116 besteht, wie in 16 gezeigt wird, und wenn ferner die Möglichkeit besteht, die Vorspule in das Element einzubauen, läßt sich der Bedarf in zufriedenstellender Weise erfüllen. Wenn allerdings diese Vorspule vom Solenoidtyp verwendet wird, deren Schnittansicht in 17 gezeigt ist, so ist es immer noch notwendig, eine Dünnschicht-Spulenschicht 116a unterhalb der magnetischen Dünnschicht 112 auszubilden. Aufgrund der Verschlechterung der Leistungsfähigkeit durch eine spannungsbedingte Verziehung zwischen den Werkstoffen über eine Isolierschicht 118 und aufgrund von Temperaturbeschränkungsbedingungen durch den thermischen Widerstand der Isolierschicht 118 wird es schwierig, die Kennlinien für die magnetische Dünnschicht zu garantieren.
  • Da speziell die Isolierschicht 118 und eine leitende Spulenschicht 116a zwischen die magnetische Dünnschicht 112 und ein nicht magnetisches Substrat 110 gemäß 17 eingefügt ist, ist es schwierig, die auf die magnetische Dünnschicht einwirkende Spannung zu beherrschen, außerdem ist es schwierig, optimale Bedingungen für magnetische Kennlinien zu erreichen. Darüber hinaus ergeben sich Beschränkungen wie die Unmöglichkeit, die Temperatur auf 500°C oder mehr bei der Wärmebehandlung zur Schaffung der Anisotropie der magnetischen Kennlinie anzuheben.
  • Darüber hinaus ist es unmöglich, daß die oben beschriebene Spule anstelle der Vorspule als Detektorspule fungiert, die eine von der magnetischen Dünnschicht erzeugte magnetische Flußänderung als induzierte Spannung erfaßt. Selbst bei einer solchen Struktur gibt es ein ähnliches Problem.
  • Die EP-A-1 052 519, EP-A-0 284 196, EP-A-0 899 798, EP-A-0 930 508 und US-A-5 831 431 zeigen Magnetsensoren vom Fluxgate-Typ, die eine planare Spule verwenden, oder Magnetsensoren vom Magnetoimpedanz-Typ.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bauelementstruktur anzugeben, mit der eine Geräte-Kennlinie stabil wird und die Baugröße nicht geopfert wird, wenn eine Vorspule oder eine Detektorspule in Chipgröße des magnetischen Detektorelements aufgebaut wird.
  • Erreicht werden diese Ziele durch das magnetische Erfassungselement gemäß Anspruch 1 und durch das tragbare Gerät gemäß Anspruch 8. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines magnetischen Erfassungselements gemäß der Erfindung;
  • 1B und 1C sind Diagramme von Schaltungen, die an jede Elektrode des magnetischen Erfassungselements gemäß der Erfindung angeschlossen sind;
  • 2 ist eine perspektivische Schnittansicht einer spiralförmigen Spule;
  • 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Spulenteilung und der notwendigen Spulenstromstärke veranschaulicht;
  • 4A ist eine Draufsicht auf eine Spulenanordnung gleicher Teilung;
  • 4B ist eine Draufsicht auf eine Spulenanordnung mit variierenden Teilungen;
  • 5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind stufenweise Ansichten, die das Fertigungsverfahren des magnetischen Erfassungselements nach 1A veranschaulichen;
  • 6 ist eine graphische Darstellung der Bewertungsdaten des magnetischen Erfassungselements nach 1A;
  • 7 ist ein Diagramm, welches eine Bewertungsschaltung zeigt;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des magnetischen Erfassungselements gemäß der Erfindung;
  • 9 ist ein Diagramm einer Arbeitsschaltung für das magnetische Erfassungselement einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 ist ein Impulsdiagramm, welches den Zusammenhang zwischen einer Ausgangsgröße einer Spiralspule und einer an einen magnetischen Detektorteil angelegten Spannung veranschaulicht;
  • 11 ist eine graphische Darstellung einer Detektorausgangsgröße der Schaltung nach 9;
  • 12 ist eine Ansicht einer Armbanduhr, in die das erfindungsgemäße magnetische Erfassungselement als Azimutsensor eingebaut ist;
  • 13 ist eine Ansicht eines PDA, bei dem das erfindungsgemäße magnetische Erfassungselement als Azimutsensor eingebaut ist;
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen magnetischen Erfassungselements;
  • 15 ist eine graphische Darstellung der Kennlinie des Elements nach 14;
  • 16 ist eine Draufsicht auf ein weiteres herkömmliches magnetisches Erfassungselement; und
  • 17 ist eine Schnittansicht des Elements nach 16.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahem auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • (Ausführungsform 1)
  • In den 1A bis 1C ist eine erste Ausführungsform gezeigt.
  • Ein magnetisches Erfassungsteil 12 mit einem Aufbau aus gefalteten magnetischen Dünnschichtmustern, die schlank ausgebildet sind und parallel zueinander auf einem einzelnen, nicht-magnetischen Substrat 10, beispielsweise einem Glassubstrat und dergleichen verlaufen, ist mit beiden Enden an Elektroden 14a und 14b angeschlossen. Die Magnetfeld-Erfassungsrichtung des Magnetfelddetektorteils entspricht einer Längsrichtung der Muster ähnlich der in der Figur angedeuteten Pfeilrichtung. Darüber hinaus besitzt das magnetische Erfassungsteil magnetische Anisotropie, derzufolge die Richtung der leichten Magnetisierungsachse orthogonal zur Längsrichtung verlaufen kann. An dem magnetischen Erfassungsteil 12 ist unter Einschluß einer ersten Isolierschicht eine flache Spiralspule 16 derart ausgebildet, daß ihre Mitte übereinstimmt mit einem Ende des Magnetfeld-Erfassungsteils 12. Beide Enden der oben beschriebenen Spule sind mit Elektroden 14c und 14d über eine zweite Isolierschicht verbunden. (Soweit das Verständnis nicht einfach ist, soll die Darstellung der Isolierschicht in Verbindung mit dem unten beschriebenen Fertigungsverfahren erläutert werden.) Bei diesem Aufbau wird von einer Stromzuführschaltung, die in den 1B und 1C gezeigt ist, ein Strom über die Elektroden 14c und 14d in die Spiralspule 16 eingespeist, und an den Magnetfelddetektorteil wird mit Hilfe eines Magnetfelds, welches aus einer den magnetischen Detektorteil kreuzenden Spulenleitung erzeugt wird, ein Vormagnetisierungsfeld (Bias) gelegt.
  • Dies wird speziell anhand der perspektivischen Schnittansicht nach 2 erläutert.
  • Wenn in die Spule 16 in Pfeilrichtung ein Strom fließt, empfängt das Magnetfeld-Detektorteil 12 in Rechts-Links-Richtung der Figur in jeder Leitung aufgrund der Korkenzieherregel ein magnetisches Feld. Obschon der magnetische Fluß in dem Magnetfelderfassungsteil eine Flußverteilung mit einer mehr oder weniger starken Welligkeit ΔΦ aufweist, wird ein Magnetfeld als Vormagnetisierung (Bias) angelegt.
  • Da die Stärke des an das Magnetfelderfassungsteil 12 gelegten Magnetfelds umgekehrt proportional ist zur Leitungsteilung P der Spule, besitzt der benötigte Spulenstrom die in 3 dargestellte Kennlinie. In dem geneigten Teil der anhand der 15 erläuterten V-Kennlinie herrscht im untersten Bereich des gute Linearität aufweisenden geneigten Teils ein Wert von 2 Oe. Ein angelegtes Magnetfeld von mindestens 2 Oe ist notwendig, wobei das Ergebnis der Messung der Stromstärke zur Erzielung von 2 Oe beim Prototyp des Elements bei geänderter Leitungsteilung der Spule zu der in 3 dargestellten Kennlinie führt. Da es nicht möglich war, das Magnetfeld von 2 Oe direkt an der Spule zu messen, wurde ein Magnetfeld in einer Helmholtzspule angelegt, und es wurde ein Spannungswert für das Anlegen von 2 Oe als Bauelement-Kennlinie gewonnen. Im Anschluß daran wurde zum Bestimmen der notwendigen Stromstärke ein Spulenstrom ermittelt, der zu dem gleichen Ergebnis führte.
  • Im Hinblick auf ein tragbares Gerät besteht die Schwierigkeit, einen Strom von mehr als 20 mA einzuspeisen, und daher ist es wünschenswert, die Leitungsteilung der Spule auf 50 μm oder weniger einzustellen. Tatsächlich ist es wünschenswert, die Leitungsteilung auf 25 μm oder weniger festzulegen, so daß der Strom 10 mA oder weniger beträgt. Im Hinblick auf eine Verschmälerung der Leitungsteilung ist eine Teilung von 8 μm oder mehr im Hinblick auf eine Leitungsbreite von 5 μm oder mehr und einen Abstand von 3 μm oder mehr wünschenswert aufgrund des Problems der Spannungsversorgung und Wärmeentwicklung durch Zunahme des Spulenwiderstands, außerdem im Hinblick auf Beschränkungen des Fertigungsverfahrens für die Breite w und die Höhe t der Spulenleitung.
  • Obschon die Vormagnetisierungsfeldstärke auch abhängt von einem Spalt d zwischen der Spule und dem Magnetfelderfassungsteil, wird der magnetische Fluß aus der Spule von einem magnetischen Körper absorbiert, der das Magnetfelderfassungsteil bildet, um einen magnetischen Kreis zu bilden. Die magnetische Flußänderung in dem magnetischen Körper, die durch den Spalt d hervorgerufen wird, ist also geringfügig. Insbesondere beträgt im Fall von d = 10 μm die Abnahme des magnetischen Flusses in dem magnetischen Körper etwa 7% gegenüber einem Wert von d = 1 μm, was wenig ist. Das heißt: es besteht keine Notwendigkeit, den Spalt d, das heißt die Dicke der Isolierschicht zwischen der Spule und dem Magnetfelderfassungsteil, aufwendig zu behandeln. Dies kommt der Fertigung entgegen.
  • Da die Spiralspule 16 bei dieser Ausführungsform das Magnetfelderfassungsteil 12 in der Größenordnung von Mikrometer berührt, tragen die Über-Kopf-Anordnung und die Nähe des Magnetfeld-Erfassungsteils bei zu der Anwendung des magnetischen Vormagnetisierungsfelds. Wenn dann die Größe der benötigten Muster festgelegt ist, können die übrigen Musterbereiche frei eingestellt werden. Wie in 4B zu sehen ist, kann durch relatives Verschmälern anderer Musterteilungen po gegenüber einer Musterteilung pi in der Nähe des magnetischen Erfassungsteils eine weitere Miniaturisierung des Elements erreicht werden, verglichen mit dem in 4A gezeigten Fall, bei dem die Teilungen gleich sind.
  • Wenn außerdem die Elektroden 14 mehr auf der Innenseite angeordnet sind, so daß die Elektroden 14 die Spule 16 teilweise überlappen, kann man die Größe des Elements noch stärker verringern. Außerdem ist es bei einer Bestückung eines hochdichten Substrats zweckmäßig, daß sämtliche Elektroden des Elements in einer Ebene liegen, und daß die Elektroden in ihrer Anordnungsebene und der Elektrodenteil eines Gegen-Substrats zweidimensional durch eine Lötverbindung verbunden werden.
  • Das Erfassen eines äußeren Magnetfelds unter Verwendung des magnetischen Erfassungselements mit dem oben beschriebenen Aufbau erfolgt in der Weise, daß die Amplitude und die Richtung des äußeren Magnetfelds erfaßt werden durch Anlegen eines Stroms von der Stromversorgungsschaltung (siehe 1B und 1C) über die Elektroden 14c und 14d an die Spiralspule 16 zum Erzeugen eines Vormagnetisierungsfelds, durch Anlegen eines Stroms von anderen Stromversorgungsschaltungen (siehe 1B und 1C) an den Magnetfelderfassungsteil 12 über die Elektroden 14a und 14b, während an den Magnetfelderfassungsteil 12 das Vormagnetisierungsfeld (Bias) gelegt wird, und Ändern der Impedanz in der Magnetfeld-Erfassungsrichtung, die in 1A durch einen Pfeil angegeben ist.
  • Im folgenden wird ein Fertigungsverfahren für das magnetische Erfassungselement gemäß der Ausführungsform nach den 1A bis 1C anhand der 5A bis 5E erläutert.
  • Auf einem einzelnen, nicht-magnetischen Substrat 10, welches aus Glas, Keramik oder dergleichen besteht, wird durch Sputtern oder Abscheiden ein metallischer Ni-Fe-Magnetfilm sowie eine magnetische Dünnschicht 12 hoher Permeabilität, beispielsweise in Form einer amorphen Schicht auf Co-Zr-Nb-Basis sowie eine mikrokristalline Schicht auf Fe-Ta-C- oder Fe-Ta-N-Basis gebildet. Um eine effektive Wirkung eines Skineffekts zu erreichen, wird im Hinblick auf eine Frequenz des in das Element eingespeisten Stroms die Schichtdicke zwischen 1 bis 5 μm gewählt. Dann wird durch Trocken- oder Naßätzen ein fächerförmiges Muster 12 gebildet, bestehend aus schlanken und zueinander parallelen Mustern. Was die Kennwerte des Elements angeht, so wird eine Achse erleichterter Magnetisierung in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung dadurch geschaffen, daß eine Wärmebehandlung etc. in dem Magnetfeld in einem Stadium nach der Magnetschicht-Niederschlagung oder nach der Musterätzung durchgeführt wird. Dies deshalb, weil in der Isolierschicht etc. während der Nachbearbeitung der Spulenerzeugung eine thermische Begrenzung gegeben ist. Dieser Zustand ist in 5A gezeigt.
  • Als nächstes wird vor der Ausbildung der Spule eine erste Isolierschicht 20 mit einer Dicke d gebildet, die keinerlei Bemessungsbeschränkungen unterliegt, hier aber eine Dicke von 1 bis 20 μm aufweist. Als Isolierschicht wird eine nichtmagnetische Oxidschicht aus SiO2, Cr2O3 oder dergleichen, in Form einer wärmebeständigen Harzschicht, beispielsweise aus Polyimid oder dergleichen gebildet. Der Aufbau dieser ersten Isolierschicht entspricht dem in 5B gezeigten Aufbau.
  • Als nächstes wird die Spule 16 erzeugt durch Bilden einer mehrere Mikrometer dicken leitenden Schicht aus Kupfer, Aluminium, Gold oder dergleichen, die sich über die gesamte erste Isolierschicht 20 erstreckt und durch Sputtern oder Abscheiden gebildet wird, wobei die spezielle Ausbildung der Spule 16 durch Trocken- oder Naßätzen erfolgt, so daß die Mitte der Spiralspule 16 an einem Ende des Magnetfelderfassungsteils 12 plaziert ist. Als weiteres Verfahren besteht die Möglichkeit, ein Spulenmuster in dem Resistfilm in Form einer Nut auszubilden und die Spule durch Abscheiden einer Keimelektrode aus Gold oder dergleichen im Nutboden zu bilden. Der Aufbau dieser Spulenschicht entspricht demjenigen nach 5C.
  • Dann wird eine zweite Isolierschicht 22 in der gleichen Weise wie die erste Isolierschicht gebildet. Allerdings werden Fensterbereiche zum Verbinden der beiden Enden der Spiralspule mit den Elektroden vorgesehen (siehe 5D).
  • Schließlich wird durch Ausbilden der Elektroden 14, die mit den beiden Enden des Magnetfelderfassungsteils 12 und der Spiralspule 16 verbunden sind (vergleiche 5E) das Element mit der eingebauten Vormagnetisierungsspule vervollständigt.
  • 6 zeigt die Untersuchungsdaten für das Sensorelement mit diesem Aufbau.
  • Das Element, dessen Achse erleichterter Magnetisierung in einer Ebene orthogonal zur Magnetfeld-Erfassungsrichtung in der magnetischen Schicht des Magnetfeld-Erfassungsteils liegt, besitzt eine V-förmige Erfassungskennlinie zum Erfassen eines externen Magnetfelds, wie sie in 6 gezeigt ist. Das Element wurde als Prototyp aufgebaut mit einer weichmagnetischen Dünnschicht auf Fe-Ta-C-Basis mit Abmessungen einer 24 μm betragenden Musterbreite, einer Musterlänge von 1,5 mm, einer Schichtdicke von 2 μm und 8 Leitungen. Die maximale Ausgangsspannung von 270 mV wurde in einer Auswerteschaltung nachgewiesen, bestehend aus einer für 5 V ausgelegten 20 MHz-Oszillatorschaltung 17 und einer Detektorschaltung 18, wie sie in 7 gezeigt ist.
  • Die Spiralspule 16 wurde mit einer Kupfermusterbreite der Spule von 18 μm, einer Leitungsteilung von 24 μm und einer 60 T betragenden Kreuzungszahl an dem Magnetfeld-Erfassungsteil aufgebaut, wobei die erste und die zweite Isolierschicht mit einer Dicke von jeweils 3 μm ausgebildet wurde.
  • Es wurde bestätigt, daß bei Einspeisen eines 15 mA betragenden Vorstroms die Kennlinie um 3 Oe entsprechend einer gestrichelten Linie verschoben wurde im Vergleich zu der in 6 ausgezogen dargestellten Kennlinie im Fall ohne Vorstrom, und folglich war es möglich, einen Bereich zu nutzen, in welchem eine starke Empfindlichkeit vorhanden war.
  • Außerdem ist es möglich, die Effekte der Erfindung gemäß 8 zu erreichen, auch wenn ein Magnetfelderfassungselement gebildet wird durch Ausbilden eines Spulenteils 26 mit zwei Spulenmitten durch Verbinden der Spiralspule und durch Stapeln des Spulenteils 26 derart, daß dessen Mittelbereiche übereinstimmen mit den beiden Enden des Magnetfelderfassungsteils.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Aufbau zum Erfassen der Amplitude und der Richtung eines externen Magnetfelds durch Einspeisen eines hochfrequenten Stroms in einen magnetischen Körper und durch Detektieren einer Impedanzänderung zwischen dessen beiden Enden dargestellt. Allerdings ist es auch zweckdienlich, eine Struktur zum Detektieren von Amplitude und Richtung eines äußeren Magnetfelds dadurch zu erhalten, daß man einen hochfrequenten Strom in einen magnetischen Körper einspeist und eine induzierte Spannungsänderung detektiert, die in einer Spiralspule abhängig von dem äußeren Magnetfeld erzeugt wird. In diesem Fall dient die Spiralspule nicht zum Aufbringen eines Vormagnetisierungsfelds, sondern zum Nachweisen einer induzierten Spannung.
  • Dieser spezifische Aufbau soll anhand der 9 erläutert werden.
  • Ähnlich wie bei der herkömmlichen Anordnung wird an die Elektroden 14a und 14b des Magnetfelderfassungsteils 12 des Bauelements von einer Oszillatorschaltung 217 ein impulsförmig schwingender Strom eingespeist. Wie in 10 gezeigt ist, erscheint an den Enden der Spiralspule eine Wellenform entsprechend einer impulsförmigen Spannung mit Spitzen an den Vorder- und Rückflanken des in den Magnetfeld-Erfassungsteil 12 eingespeisten impulsförmigen Stroms. Da die Spitzen-Höhe Vs sich nahezu proportional zu dem äußeren Magnetfeld ändert, wird dieser Spitzenwert von einer Detektorschaltung 218 herausgegriffen. Es ist außerdem zweckmäßig, eine Spannung durch Verarbeitung von Spitzen auf der Minusseite oder auf beiden Seiten anstelle der Spitzen auf der Plusseite zu verarbeiten. Die Kennlinie für den Zeitpunkt, zu dem die Spitzenwerte auf der Plusseite in einer S-förmigen Kennlinie erfaßt werden, ist in 11 dargestellt. Da der Magnetfelddetektorteil 12 und die Spiralspule 16 einander in dem einige Mikrometer bemessenen Spalt unter Einschluß der Isolierschicht einander treffen, ist es möglich, die Magnetflußänderung in der magnetischen Dünnschicht aufgrund des äußeren Magnetfelds wirksam auszukoppeln, um eine hohe induzierte Spannung zu erhalten.
  • (Ausführungsform 3)
  • Als nächstes wird eine Ausführungsform eines tragbaren Geräts erläutert, in welches das magnetische Erfassungselement eingebaut ist, wie es für die obige Ausführungsform erläutert ist. Wenn zwei magnetische Erfassungselemente verwendet und derart angeordnet werden, daß die jeweiligen Magnetfeld-Erfassungsrichtungen zueinander orthogonal verlaufen, ist es möglich, Signale herauszugreifen, die äußeren Magnetfeldern in zwei zueinander orthogonalen Richtungen entsprechen, wozu die jeweiligen Magnetfeld-Erfassungselemente verwendet werden. Dabei ist es möglich, ein magnetisches Sensorbauelement aufzubauen, welches äußere Magnetfelder in zwei Richtungen erfaßt, beispielsweise einen Azimutsensor, der Komponenten von Magnetfeldern des Erdmagnetfelds in zueinander orthogonalen X- und Y-Richtungen erfaßt und einen Azimutwinkel basierend auf der Richtung des Erdmagnetfeldvektors ermittelt (N- und S-Richtung, welche eine Magnetnadel in einem Kompaß angibt).
  • Bei dieser Ausführungsform sind Beispiele dargestellt, bei denen zwei magnetische Erfassungselemente gemäß der Erfindung in einer Armbanduhr oder einen PDA als Azimutsensoren eingebaut sind. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden magnetischen Erfassungselemente auf einer Schaltungsplatine der Uhr angeordnet, wobei ihre Längsrichtungen orthogonal zueinander verlaufen. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 31 eine CPU, welche die Uhrfunktionen und einen Azimutsensor steuert, und diese CPU führt arithmetische Verarbeitungen für den Azimutwinkel anhand der Ausgangsgröße von jedem der magnetischen Erfassungselemente aus. Auf der Uhrschaltungsplatine 32 sind zwei magnetische Erfassungselemente angebracht, außerdem verschiedene Schaltungen, die für Uhrfunktionen notwendig sind, so zum Beispiel die CPU 31, die außer der Azimutsensor-Treiberschaltung 35 vorgesehen ist. Bezugszeichen 33 bezeichnet unterschiedliche Betätigungstasten für die Uhrfunktionen, 34 ist ein Anzeigeteil zum Anzeigen von Zeit und Azimut. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Neigungswinkel der orthogonalen Achsen (X- und Y-Richtungen) der beiden magnetischen Erfassungselemente frei einzustellen, und schließlich wird durch Software eine Bezugsgröße für den Azimut definiert.
  • Darüber hinaus wird als weiteres spezifisches Beispiel der Einbau des magnetischen Erfassungselements gemäß der Erfindung in einen PDA als Azimutsensoreinheit dargestellt, wie in 13 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Azimutsensoreinheit auf einer Hauptschaltungsplatine des PDA montiert. In 13 übernimmt die CPU 41 verschiedene Funktionen des PDA und steuert außerdem die Azimutsensoreinheit zum Ausführen der arithmetischen Verarbeitung des Azimutwinkels. Auf der PDA-Hauptschaltungsplatine 42 ist eine Azimutsensoreinheit angeordnet, außerdem verschiedene Schaltungen, die für PDA-Funktionen notwendig sind, beispielsweise eine CPU 41 neben einer Azimutsensor-Treiberschaltung 45. Bezugszeichen 43 bezeichnet verschiedene Betätigungstasten und 44 bezeichnet einen Anzeigeteil. Bezugszeichen 47 steht für einen Lautsprecher. Bezugszeichen 48 bezeichnet einen mit der CPU 41 verbundenen 32 MB-Speicher. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, Neigungswinkel der orthogonalen Achsen (X- und Y-Richtungen) der beiden magnetischen Erfassungselemente frei einzustellen, eine Bezugsgröße für den Azimut wird schließlich durch Software definiert. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, einen laufenden Standort mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten GPS-Sensor zu erfassen, oder aber einen Azimut mit Hilfe des Azimuterfassungsteils 46, um in einem Speicher 48 auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses Karteninformation abzurufen und den derzeitigen Standort sowie den Azimut auf der Karte durch Anzeige der Karteninformation in der Nähe des laufenden Standorts anzuzeigen.
  • Wie oben ausgeführt wurde, wird es erfindungsgemäß für ein hochempfindliches Dünnschicht-Magnetoimpedanzelement möglich, ein kleines Element zu schaffen, dessen Leistungsfähigkeit stabil ist, und in welchem eine Vormagnetisierungsspule oder eine Detektorspule eingebaut ist. Da außerdem ausreichende Freiheitsgrade für Elektroden und Spulenmuster zur Verfügung stehen, ist es auch möglich, ein kleineres Element herzustellen. Im Hinblick auf das Fertigungsverfahren für das Element wird ein einfaches Fertigungsverfahren dadurch ermöglicht, da eine Spule stapelförmig an dem Element angebracht wird, nachdem die Kennwerte des Bauelements festgelegt wurden. Außerdem kann das Element stabile Leistung erbringen. Da schließlich die Spule in enger Nachbarschaft an einem magnetischen Erfassungsteil in der Größenordnung von einigen Mikrometern angeordnet ist, kann man in effektiver Weise ein Vormagnetisierungsfeld anlegen oder eine induzierte Spannung detektieren.

Claims (8)

  1. Magnetisches Erfassungselement zum Erfassen einer Stärke eines externen Magnetfelds, mit: einer magnetischen Dünnschicht (12), die auf einem einzelnen nichtmagnetischen Substrat ausgebildet ist; einer Schaltung (15, 16, 17, 217), die einen Hochfrequenzstrom der magnetischen Dünnschicht zuführt; und einer spiralartigen planaren Spule (16), die auf der magnetischen Dünnschicht über eine Isolierschicht (20) zwischen Spule und Schicht gestapelt ist, wobei die magnetische Dünnschicht in einer longitudinalen Form ausgebildet ist und magnetische Anisotropie aufweist derart, dass die magnetische Vorzugsrichtung orthogonal zur Längsrichtung der longitudinalen Form ist, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Dünnschicht zwischen einer Mitte und einem Ende der planaren Spule so angeordnet ist, dass die jeweiligen Leitungen der planaren Spule die magnetische Dünnschicht kreuzen; und die Leitungsteilung (pi) der die magnetische Dünnschicht kreuzenden planaren Spule größer ist als die Leitungsteilung (po) eines anderen Abschnitts der planaren Spule in Längsrichtung und in einer zur Längsrichtung der magnetischen Dünnschicht orthogonalen Richtung.
  2. Element gemäß Anspruch 1, ferner mit: einer Schaltung, die einen Strom an die planare Spule liefert, μm ein Bias-Magnetfeld an die magnetische Dünnschicht anzulegen; und einer Schaltung, die eine Änderung in der Impedanz die magnetische Dünnschicht erfasst.
  3. Element gemäß Anspruch 2, bei dem die Leitungsteilung S der planaren Spule in einem die magnetische Dünnschicht kreuzenden Abschnitt 8 μm ≤ S ≤ 50 μm ist.
  4. Element gemäß Anspruch 2, bei dem die Leitungsteilung S der planaren Spule in einem die magnetische Dünnschicht kreuzenden Abschnitt 8 μm ≤ S ≤ 25 μm ist.
  5. Element gemäß Anspruch 1, bei dem die planare Spule (26) zwei Spulen umfasst, die so ausgestaltet sind, dass jede Spule mit ihrer Mitte an einem separaten Ende der magnetischen Dünnschicht angeordnet ist, und wobei die Spulen gegenseitig verbunden sind.
  6. Element gemäß Anspruch 1, bei dem eine Anfangselektrode (leading electrode) ausgebildet ist, um über der planaren Spule mit einer anderen Isolierschicht zwischen der Spule und der Elektrode zu liegen.
  7. Element gemäß Anspruch 1, ferner mit: einer Schaltung, die eine Änderung einer in der planaren Spule erzeugten induzierten Spannung erfasst.
  8. Tragbares Gerät mit einem Azimutsensor, der gebildet ist durch Anordnen magnetischer Erfassungselemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in gegenseitig orthogonaler Konfiguration.
DE60205185T 2001-09-17 2002-09-16 Magnetisches Detektionselement unter Verwendung des Magnetoimpedanzeffekts, Verfahren zur Herstellung des Elements, und tragbares Gerät mit diesem Element Expired - Lifetime DE60205185T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001280971 2001-09-17
JP2001280971 2001-09-17
JP2002248545 2002-08-28
JP2002248545A JP4695325B2 (ja) 2001-09-17 2002-08-28 磁気検出素子とその製造方法及び該素子を用いた携帯機器

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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003294548A (ja) * 2002-03-29 2003-10-15 Japan Science & Technology Corp 応力インピーダンス効果素子の製造方法及びその素子
KR20040011132A (ko) * 2002-07-29 2004-02-05 주식회사 씨앤케이 평면 바이어스 코일을 이용한 자계센서
JP3781056B2 (ja) * 2003-07-18 2006-05-31 愛知製鋼株式会社 3次元磁気方位センサおよびマグネト・インピーダンス・センサ素子
US7141968B2 (en) * 2003-10-07 2006-11-28 Quasar Federal Systems, Inc. Integrated sensor system for measuring electric and/or magnetic field vector components
US7145321B2 (en) 2005-02-25 2006-12-05 Sandquist David A Current sensor with magnetic toroid
EP1746430A1 (de) * 2005-07-22 2007-01-24 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Orthogonale Fluxgate-Magnetfeldsensor
JP2007047115A (ja) * 2005-08-12 2007-02-22 Nec Tokin Corp 磁気センサ
JP4625743B2 (ja) * 2005-09-28 2011-02-02 キヤノン電子株式会社 磁気検出素子
TWI390229B (zh) * 2006-03-31 2013-03-21 Citizen Electronics 磁性感測器元件及磁性感測器
JP4818792B2 (ja) * 2006-04-20 2011-11-16 キヤノン電子株式会社 磁気検出素子及びそれを用いた磁気識別センサ
US7509748B2 (en) * 2006-09-01 2009-03-31 Seagate Technology Llc Magnetic MEMS sensors
CZ2007220A3 (cs) * 2007-03-23 2008-12-17 Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Feromagnetická sonda
JP5201885B2 (ja) * 2007-06-19 2013-06-05 キヤノン株式会社 磁性物質の検出装置及び検出方法
US7605580B2 (en) * 2007-06-29 2009-10-20 Infineon Technologies Austria Ag Integrated hybrid current sensor
JP5184309B2 (ja) * 2007-11-21 2013-04-17 株式会社フジクラ 磁界検出素子
JP2015075471A (ja) * 2013-10-11 2015-04-20 タイコエレクトロニクスジャパン合同会社 センサ用電磁コイル、及び、センサ
JP6582506B2 (ja) * 2014-08-11 2019-10-02 株式会社リコー エネルギー変換装置およびスピーカー構造
TWI545332B (zh) * 2015-09-10 2016-08-11 旺玖科技股份有限公司 電磁阻抗感測元件及其製作方法
TWI578547B (zh) * 2015-09-10 2017-04-11 旺玖科技股份有限公司 電磁阻抗感測元件及其製作方法
JP6021238B1 (ja) * 2015-10-11 2016-11-09 マグネデザイン株式会社 グラジオセンサ素子およびグラジオセンサ
JP6370768B2 (ja) * 2015-11-26 2018-08-08 矢崎総業株式会社 磁界検出センサ

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3738455A1 (de) * 1986-11-25 1988-06-01 Landis & Gyr Ag Anordnung zum messen eines flussarmen magnetfeldes
JPS63146202A (ja) 1986-12-09 1988-06-18 Canon Electronics Inc 磁気ヘツド及びその製造方法
GB2201786B (en) 1987-03-06 1990-11-28 Gen Electric Plc Magnetometers
JP2893714B2 (ja) 1989-05-25 1999-05-24 株式会社日立製作所 薄膜型squid磁束計およびこれを用いた生体磁気計測装置
JPH0394613A (ja) 1989-09-08 1991-04-19 Iseki & Co Ltd 穀粒タンク
US5038104A (en) 1990-02-05 1991-08-06 Vanderbilt University Magnetometer flux pick-up coil with non-uniform interturn spacing optimized for spatial resolution
JP2941886B2 (ja) 1990-04-24 1999-08-30 キヤノン電子株式会社 磁気ヘッド
KR960006848B1 (ko) * 1990-05-31 1996-05-23 가부시끼가이샤 도시바 평면형 자기소자
DE69126765T2 (de) 1990-11-20 1998-01-02 Canon Kk Neigungswinkelbestimmungsverfahren sowie Informationsbestimmungsschreibvorrichtung dafür
JP3025120B2 (ja) 1992-12-21 2000-03-27 キヤノン株式会社 記録再生装置
ATE171546T1 (de) 1994-01-31 1998-10-15 Fraunhofer Ges Forschung Verwendung einer miniaturisierten spulenanordnung hergestellt in planartechnologie zur detektion von ferromagnetischen stoffen
US5684659A (en) 1994-11-11 1997-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic head with coil formed by thin film
JP3096413B2 (ja) 1995-11-02 2000-10-10 キヤノン電子株式会社 磁気検出素子、磁気センサー、地磁気検出型方位センサー、及び姿勢制御用センサー
US5889403A (en) 1995-03-31 1999-03-30 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Magnetic detecting element utilizing magnetic impedance effect
JP3356585B2 (ja) * 1995-05-29 2002-12-16 キヤノン電子株式会社 磁気検出素子及び磁気ヘッド
JPH09167308A (ja) 1995-12-19 1997-06-24 Canon Electron Inc 磁気再生方法、磁気検出素子、磁気検出装置、及び磁気記録媒体
JP3639407B2 (ja) 1996-05-10 2005-04-20 キヤノン電子株式会社 磁気ヘッド
DE69725814T2 (de) 1996-08-23 2004-09-23 Canon Denshi K.K., Chichibu Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Drehung von Rädern
US6104593A (en) 1996-09-27 2000-08-15 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Tire magnetization method, tire magnetized by the tire magnetization method, tire magnetic field detection method, tire revolution detection signal processing method, and tire revolution detection apparatus
JP3258245B2 (ja) 1996-11-27 2002-02-18 キヤノン電子株式会社 硬貨識別装置
CA2267299A1 (en) 1997-07-29 1999-02-11 Shuji Ueno Magnetic impedance effect device
EP0899798A3 (de) * 1997-08-28 2000-01-12 Alps Electric Co., Ltd. Magnetoimpedanz-Element und Magnetkopf, Dünnfilmmagnetkopf, Azimuthfühler und Autokompensator unter Verwendung dieses Elements
KR100468833B1 (ko) * 1998-07-28 2005-03-16 삼성전자주식회사 차동스파이어럴형자계검출소자및이를채용한자계검출모듈
JP4024964B2 (ja) 1998-07-28 2007-12-19 キヤノン電子株式会社 磁気インク検知用磁気センサー、その信号処理方法、及び磁気インク検知装置
US6472868B1 (en) * 1998-08-05 2002-10-29 Minebea Co., Ltd. Magnetic impedance element having at least two thin film-magnetic cores
DE19839446A1 (de) * 1998-08-29 2000-03-02 Bosch Gmbh Robert Anordnung zur Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements
EP1052519B1 (de) 1999-05-12 2005-06-01 Asulab S.A. Magnetischer F?hler hergestellt auf einem halbleitenden Substrat
JP2001027664A (ja) * 1999-07-14 2001-01-30 Tokin Corp 磁気センサ
WO2001027592A1 (en) 1999-10-13 2001-04-19 Nve Corporation Magnetizable bead detector
JP2001116814A (ja) 1999-10-22 2001-04-27 Canon Electronics Inc 磁気インピーダンス素子
JP2001208816A (ja) * 2000-01-24 2001-08-03 Alps Electric Co Ltd 磁気インピーダンス効果素子
JP2001221838A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Alps Electric Co Ltd 磁気インピーダンス効果素子及びその製造方法
JP2002131342A (ja) 2000-10-19 2002-05-09 Canon Electronics Inc 電流センサ
DE10104116A1 (de) * 2001-01-31 2002-08-01 Philips Corp Intellectual Pty Anordnung zum Erfassen des Drehwinkels eines drehbaren Elements
JP2003004831A (ja) * 2001-04-17 2003-01-08 Hitachi Metals Ltd 直交フラックスゲート型磁気センサ
US6566872B1 (en) * 2001-12-31 2003-05-20 Xenosensors, Inc. Magnetic sensor device

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Publication number Publication date
US6861838B2 (en) 2005-03-01
JP2003163391A (ja) 2003-06-06
DE60205185D1 (de) 2005-09-01
EP1293792A3 (de) 2004-01-14
EP1293792B1 (de) 2005-07-27
US20030052671A1 (en) 2003-03-20
EP1293792A2 (de) 2003-03-19
JP4695325B2 (ja) 2011-06-08

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