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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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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.
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Einschlägiger Stand
der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines magnetischen
Erfassungselements gemäß der Erfindung;
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1B und 1C sind
Diagramme von Schaltungen, die an jede Elektrode des magnetischen
Erfassungselements gemäß der Erfindung
angeschlossen sind;
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2 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer spiralförmigen Spule;
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3 ist
eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Spulenteilung
und der notwendigen Spulenstromstärke veranschaulicht;
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4A ist
eine Draufsicht auf eine Spulenanordnung gleicher Teilung;
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4B ist
eine Draufsicht auf eine Spulenanordnung mit variierenden Teilungen;
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5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind
stufenweise Ansichten, die das Fertigungsverfahren des magnetischen
Erfassungselements nach 1A veranschaulichen;
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6 ist
eine graphische Darstellung der Bewertungsdaten des magnetischen Erfassungselements
nach 1A;
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7 ist
ein Diagramm, welches eine Bewertungsschaltung zeigt;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des magnetischen
Erfassungselements gemäß der Erfindung;
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9 ist
ein Diagramm einer Arbeitsschaltung für das magnetische Erfassungselement
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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10 ist
ein Impulsdiagramm, welches den Zusammenhang zwischen einer Ausgangsgröße einer
Spiralspule und einer an einen magnetischen Detektorteil angelegten
Spannung veranschaulicht;
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11 ist
eine graphische Darstellung einer Detektorausgangsgröße der Schaltung
nach 9;
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12 ist
eine Ansicht einer Armbanduhr, in die das erfindungsgemäße magnetische
Erfassungselement als Azimutsensor eingebaut ist;
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13 ist
eine Ansicht eines PDA, bei dem das erfindungsgemäße magnetische
Erfassungselement als Azimutsensor eingebaut ist;
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14 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen magnetischen Erfassungselements;
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15 ist
eine graphische Darstellung der Kennlinie des Elements nach 14;
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16 ist
eine Draufsicht auf ein weiteres herkömmliches magnetisches Erfassungselement; und
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17 ist
eine Schnittansicht des Elements nach 16.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung unter Bezugnahem auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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(Ausführungsform 1)
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In
den 1A bis 1C ist
eine erste Ausführungsform
gezeigt.
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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.
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Dies
wird speziell anhand der perspektivischen Schnittansicht nach 2 erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
folgenden wird ein Fertigungsverfahren für das magnetische Erfassungselement
gemäß der Ausführungsform
nach den 1A bis 1C anhand
der 5A bis 5E erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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6 zeigt
die Untersuchungsdaten für
das Sensorelement mit diesem Aufbau.
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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.
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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.
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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.
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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.
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(Ausführungsform 2)
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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.
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Dieser
spezifische Aufbau soll anhand der 9 erläutert werden.
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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.
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(Ausführungsform 3)
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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).
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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.
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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.
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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.