(57)【要約】【課題】異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）技術により、磁場センサ内で磁気配向を開始するために設定（ＳＥＴ）操作のみで作動する磁気計を提供する。【解決手段】磁気計内で、それぞれＸ，ＹおよびＺ軸検出器の相対配向が、全ての検知器が材料の埋め込みによって他の二つのセンサと垂直に移動され保持されるＺ軸センサとの単一の組立て作業で搭載されるパッケージによって維持される。各バーバー極構造上の短絡バーは、相互に隣接するバーバー極のより近い配置のために許容される形状で提供される。当該バーバー極構造は、ホイートストーン・ブリッジ構造におけるバランスした抵抗脚のために提供される巣状配向で配置される。【選択図】図２
2013522645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下からなる電子磁場測定装置：
スパイラル状に配置された平面コイルで、前記平面コイルはインプットおよびアウトプット、並びに第１および第２の脚部を有し、前記平面コイルは装置の第１面に配置され；
第１の複数のバーバー極構造で、第１の極性の各バーバー極の構造は、第１の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第１の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され；および
第２の複数のバーバー極構造で、第２の極性の各バーバー極構造は、第２の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第２の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、第１の面とは異なる、前記装置の第２の面に配置され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記平面コイルの第１の脚部のみの上に配置され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、互いに平行に配置され、
第１の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線および第２の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線は、互いに巣状に重ねられる。
【請求項２】
請求項１の電子磁場測定装置がさらに以下からなる：
第３の複数のバーバー極構造で、第１の極性の各バーバー極構造は、第３の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第３の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され；および
第４の複数のバーバー極構造で、第２の極性の各バーバー極構造は、第４の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第４の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記装置の第２の面に配置され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記平面コイルの第２の脚部のみの上に配置され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、互いに平行に配置され、
第３の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線および第４の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線は、互いに巣状に重ねられ、
第１、第２、第３および第４の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造は、ホイートストーン・ブリッジ回路のそれぞれ第１、第２、第３および第４の脚を備えるように互いに結合されている。
【請求項３】
さらに、シリーズ接続されたバーバー極構造の第１、第２、第３および第４の複数の少なくとも１つと結合され、ホイートストーン・ブリッジ回路の脚に抵抗の総量を調整またはバランスするように配列されている少なくとも１つの追加の導電性配線からなる請求項２の測定装置。
【請求項４】
第１の複数のバーバー極構造の各々が、第１のパーマロイ部分および第１のパーマロイ部分上に第１の角度で配向された複数の短絡バーを有し；および
第２の複数のバーバー極構造の各々が、第１のパーマロイ部分から分離した第２のパーマロイ部分、および第２のパーマロイ部分上に第２の角度で配向された第２の複数の短絡バーを有し、
第１、第２の複数の短絡バーの各短絡バーは、同じ第１の図形を有し、および
前記第１の図形は、一対の交互の及び互いに向かい合ったクリップ留めされた角を有する矩形からなる請求項１〜３の何れかの測定装置。
【請求項５】
以下からなる電子磁場測定装置：
導電性相互接続配線を有するフレキシブル基板で、第１の部分を含む前記フレキシブル基板；
ヒンジを作るためのフレキシブル基板中へ、ただし貫通しない線状切断によってフレキシブル基板中に定められたヒンジ可動性タブ部；
前記フレキシブル基板上に載置されたＡＳＩＣモジュール；
前記フレキシブル基板の第１部分上に載置された第１の磁場センサ；
前記フレキシブル基板の第１部分上に載置された第２の磁場センサ；および
前記フレキシブル基板のヒンジ可動性タブ部上に載置された第３の磁場センサ。
【請求項６】
前記フレキシブル基板に塗布された材料を樹脂に埋め込み、前記第１の部分に対して実質的に垂直にヒンジに沿ってヒンジ可動性タブ部を保持することからさらになる請求項５の測定装置。
【請求項７】
ヒンジ可動性タブ部がヒンジに沿って前記第１の部分に実質的に垂直に保持されるとき、前記第３の磁場センサーが、前記第１の部分に直角な軸上の磁場を測定するように配列された請求項５および６の何れかの測定装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかの測定装置で、第１、第２及び第３の磁場センサが以下からなる：
螺旋状に配置された平面コイルで、前記平面コイルがインプットおよびアウトプット、並びに第１および第２の脚部を有し、前記平面コイルが前記装置の第１の面に配置され；
第１の複数のバーバー極構造で、第１の極性の各バーバー極構造は、第１の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に所在する第１の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって別のバーバー極構造と電気的シリーズに結合され；そして
第２の複数のバーバー極構造で、第２の極性の各バーバー極構造は、第２の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第２の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、第１の面とは異なる、前記装置の第２の面に配置され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記平面コイルの第１の脚部のみの上に配置され、
第１および第２の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、互いに平行に配置され、
第１の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線および第２の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線は、互いに巣状に重ねられる。
【請求項９】
第１の複数のバーバー極構造の各々が、第１のパーマロイ部分および第１のパーマロイ部分上に第１の角度で配向された複数の短絡バーを有し；および
第２の複数のバーバー極構造の各々が、第１のパーマロイ部分から分離した第２のパーマロイ部分、および第２のパーマロイ部分上に第２の角度で配向された第２の複数の短絡バーを有し、
第１、第２の複数の短絡バーの各短絡バーは、同じ第１の図形を有し、および
前記第１の図形は、一対の交互の及び互いに向かい合ったクリップ留めされた角を有する矩形からなる請求項８の測定装置。
【請求項１０】
請求項８および９の何れかの測定装置で、第１、第２、第３および第４の磁場センサの各々はさらに以下からなる：
第３の複数のバーバー極構造で、第１の極性の各バーバー極構造は、第３の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第３の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され；および
第４の複数のバーバー極構造で、第２の極性の各バーバー極構造は、第４の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造において隣接するバーバー極構造間に設置された第４の複数の導電性配線のそれぞれの配線によって、別のバーバー極構造と電気的シリーズで結合され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記装置の第２の面に配置され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、前記平面コイルの第２の脚部のみの上に配置され、
第３および第４の複数のシリーズ接続のバーバー極構造は、互いに平行に配置され、
第３の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線および第４の複数の導電性配線の少なくとも１つの配線は、互いに巣状に重ねられ、
第１、第２、第３および第４の複数のシリーズで接続されたバーバー極構造は、ホイートストーン・ブリッジ回路のそれぞれ第１、第２、第３および第４の脚を備えるように互いに結合されている。
【請求項１１】
請求項８〜１０の何れかの測定装置で、さらに、第１、第２、第３および第４の磁場センサの各々がさらに以下からなる：
シリーズ接続されたバーバー極構造の第１、第２、第３および第４の複数の少なくとも１つと結合され、ホイートストーン・ブリッジ回路の脚に抵抗の総量を調整またはバランスするように配列されている少なくとも１つの追加の導電性配線。
【請求項１２】
第１のパーマロイ部分、および前記第１のパーマロイ部分に第１の角度で配向された複数の短絡バーを含む、第１のバーバー極構造；および
第１のパーマロイ部分から分離した第２のパーマロイ部分、および前記第２のパーマロイ部分に第２の角度で配向された第２の複数の短絡バーを含む第２のバーバー極構造で、
第１および第２の複数の短絡バーの各短絡バーは、同じ第１の図形を有し、
前記第１の図形は、一対の交互の互いに向かい合ったクリップ留めされた角を有する矩形からなり、
各クリップ留めされた角は、相当するパーマロイ部に渡っては配置されていない、
からなる電子磁場測定装置。
【請求項１３】
以下からなる電子磁場測定装置の製造方法：
複数の導電性配線を有するフレキシブル基板を提供し、前記フレキシブル基板は、フレキシブル基板の第１部分上にＡＳＩＣモジュールを搭載し、第１および第２の磁場センサを前記フレキシブル基板の第１部分に搭載し、第３の磁場センサを前記フレキシブル基板のタブ部分上に搭載する第１部分を含み；
タブ部を第１部分に、フレキシブル基板を線状に、しかし貫通せずに切断することによって、ヒンジ可動性に接続するようにし、ヒンジを作成し；
ヒンジ可動性に接続したタブ部をヒンジに沿って前記フレキシブル基板の第１部分に対して実質的に直交するように動かす。
【請求項１４】
タブ部を第１部分に、ヒンジ可動性に接続するようにするステップが、予め規定した線に沿ってフレキシブル基板を切除するステップを含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記第１部分に実質的に直交する前記タブ部を維持するように、材料をフレキシブル基板に埋め込むステップをさらに備える請求項１３または１４の方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５の何れかの方法で、第１、第２および第３の磁場センサの各々が、磁場が沿って測定されるそれぞれの測定軸を有し、第１、第２の磁場センサを搭載するステップが以下からなる：
第１および第２の磁場センサを、それぞれの測定軸が互いに直行するようにフレキシブル基板の第１部分に配置し；
フレキシブル基板のタブ部に第３の磁場センサを配置し、その配置するステップが、第１および第２磁場センサの１つのそれぞれの測定軸に平行にそれぞれの測定軸を配向させるステップからなる。
【請求項１７】
複数の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサからなる電子磁場測定装置の操作方法であって、前記方法は以下からなる：
各ＡＭＲセンサの各々の磁気ドメイン配向をただ一つの方向に並べ；
各ＡＭＲセンサの各々の磁気ドメイン配向を整列することに続いて、局所磁場の代表となる出力信号を前記複数のＡＭＲセンサから検出する。
【請求項１８】
さらに、先の整列ステップの後に、所定時間、次の整列ステップを実施するからなる請求項１７の方法。
【請求項１９】
さらに以下からなる請求項１７の方法：
磁気ドメイン配向を最後に整列してから出力信号の最大値Ｖｍａｘを検出し；
磁気ドメイン配向を最後に整列してから出力信号の最小値Ｖｍｉｎを検出し；
（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２と所定の数値（ＰＶ）を比較して整列ステップを繰り返すか否かを決定する。
【請求項２０】
比較するステップがさらに（Ｖｍａｘ＋Ｖｍｉｎ）／２が所定値ＰＶより大きい場合に次の整列ステップを実施することからなる請求項１９の方法。
【請求項２１】
整列ステップが、前記複数のＡＭＲセンサの近傍に配置された第１の導電体を介して第１の方向に第１の電流を流し、前記第１の電流の第１の大きさおよび第１の時間は各ＡＭＲセンサの磁気ドメイン配向を十分に整列させるように選択されることからなる請求項１７の方法。
【請求項２２】
さらに、各ＡＭＲセンサの長手方向に対して実質的に直交して各ＡＭＲセンサを通過する第１の電流の第１の方向を配向させることからなる請求項２１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［連邦援助研究開発に関する陳述］適用なし
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器、例えば携帯電話、個人用ナビゲーション機器等のＧＰＳ機能性がその機能を含んでいるので、電子方位計用の磁場センサの需要が急速に増大している。近来の研究は、此の所の失速した世界経済でさえも、ＧＰＳ可動性の携帯機器販売は、２００９年に２億４千万ユニットを上回ることが予想されていることを示している。これは、２００８年から６％を上回る増加率であり、一方で、携帯電話の全市場は４％〜８％に収縮することが予想されている。磁気センサは、推測航法（デッド・レコニング）、地図の標定、初期ヘディング指示、および殊に位置情報サービスを含む多くの観点において、ＧＰＳ移動電話を促進する。
異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）技術に基づく磁場センサは、よく知られている。当該技術の例は、米国特許４，８４７，５８４、５，２４７，２７８、５，５２１，５０１および５，９５２，８２５に記載され、それらの各々はここに全ての目的のために参照することによって挿入される。
しかし乍求められているものは、移動機器用途に必要とされるサイズの小さい、低コストで、低消費電力で、使用しやすく、移動機器に容易に組み込まれる精密な磁場センサである。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の態様は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）技術に基づく三軸磁気計に関する。さらに、三つの分離単軸ＡＭＲセンサが完全な磁場測定システムの一部分の形成に提供される。
本発明の１つの態様は、リセット機能が除外され、既知のシステムに比較して設定（セット）機能の頻度が大幅に低減される。測定毎にセットおよびリセットに電流を掛けるよりむしろ、バーバー極構造の各磁気軸を配向するために、セット電流のみがセットコイルに流される。この作用は、これらバーバー極構造の磁気ドメイン配向を一定の方向に整列させる。こうして、相当長期間に渡って既知のシステムに比べて、セットコイルに電流を流す必要がなく、電力の節減になる。
【０００４】
本発明の別の態様においては、センサ出力が地球磁場に関連するデバイスの位置の変化に応答して変化することから、自動校正システムがセンサ出力を監視する。前記センサは異なる位置や配向を通じて回転するから、地球の局所磁場の最大および最小読み取りを経験する。これら二つの読み取り、すなわち最大および最小間の差異は、地球磁場の大きさの２倍になり、平均値はセンサ・オフセットとなろう。もし、センサ・オフセット値が、ある所定の閾値より大きくなると、セットパルスがセットコイルを通じて送られる。
【０００５】
本発明の一つの態様では、バーバー極構造のレイアウトの結果として、コンパクトでよくバランスしたセンサが提供される。ホイートストーン・ブリッジ回路の第１の脚部におけるバーバー極構造は、全て陰極性であり、互いにシリーズになり、一方でセットコイル部分を横切って波状に変化する。陽極性のバーバー極構造は、また互いにシリーズであり、一方でセットコイルを横切って波状に変化する。さらに、ホイートストーン。ブリッジ回路の第２脚部にあるバーバー極構造は、セットコイルの第２のコイル部に対して位置付けされる。
【０００６】
本発明の一つの態様においては、磁気計のバーバー極構造に接続する導電体の“ネスティング”が、ホイートストーン・ブリッジ回路内に２つの脚が均一に互いにマッチングするように抵抗バランスをもたらす。さらに、付加的リード長が、ホイートストーン・ブリッジの両脚に見られる総抵抗値を調整し、バランスさせるために導電体中に備えられる。
本発明のもう１つの態様において、集積３軸磁気計が、３つのセンサのＸ、ＹおよびＺ軸間に正確な直交角を維持するパッケージ中に提供される。３つのセンサおよびＡＳＩＣは、フレキシブル基板上にフリップチップ接続される。一旦ＡＳＩＣおよびセンサが基板に接続されると、タブ部が、Ｚ軸センサに隣接するラインまたは境界に沿って切除または切断によって規定される。一旦そのラインまたは境界が、フレキシブル基板のタブ部が残る材料からヒンジ可動性に分離されて切断されると、フレキシブル基板はキャリアに配置される。そのキャリアは、その中に詰め込まれたフレキシブル基板と共に、Ｚ軸センサの下に位置する定位ポンチを有する位置決め治具上に置かれる。フレキシブル回路の部分がフレキシブル基板の表面に対して、したがって、他のセンサに対して実質的に９０°になるように配置される。パッケージは、その後直交関係を維持するために埋め込み材料でシールされる。
【０００７】
本発明のさらに別の態様において、バーバー極構造を構成する短絡通路（ストリップ）またはバーは、適切な操作に影響し得る短絡回路のリスクを負わずに互いにできる限り近接して配置するように設計される。各短絡バーの角は、近接する短絡バー間の距離を最大化するために、各短絡バー上のオフセット部を示す角度で切断される。有利なことに、短絡バーの角を留めることによって、隣接する短絡バー間の追加空隙が提供され、したがって、バーバー極構造は互いに、近くに配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の複数の態様は、添付した図面に関係した以下の記載を参照してよりよく理解される。
【図１】本発明の一態様の電気回路図
【図２】本発明の一態様に従う磁場センサのレイアウト図
【図３】Ｃ−Ｃ線に沿った図２の磁場センサの断面図
【図４】本発明の一態様に従う図２の磁場センサのセットコイル
【図５】本発明の一態様に従う３軸磁気計の機能ブロック図
【図６】図５の３軸磁気計の３次元描写
【図７】３軸磁気計のフレキシブル基板部
【図８】ＡＳＩＣおよび磁場センサを装着した図７のフレキシブル基板の描写図
【図９】製造工程における図８の装着フレキシブル基板の描写図
【図１０】製造工程における図８の装着フレキシブル基板の別の描写図
【図１１】製造工程における図８の装着フレキシブル基板のさらに別の描写図
【図１２】本発明の態様に従う“バーバー極”構造の配列の拡大描写図  図の簡略化、明確化のために図に示された要素は必要に応じて、正確にまたは同じスケールで描写されていないと認められる。例えば、要素の幾つかの寸法は、明確性のために他の要素に対して誇張され、或いは幾つかの物理的構成要素は１つの機能ブロックまたは要素に含まれ得る。さらに、適当である場合は、参照番号は相当する或いは同類の要素を示すために、図間で繰り返され得る。それ以上に、図に描かれた幾つかのブロックは、単一の機能に結合され得る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な記載には、本発明の態様の完全な理解を与えるべく、多くの特定の詳細が規定される。当業者には、本発明のこれらの態様がこれらの特定の詳細の幾つかがなくても実施し得ると理解されるであろう。別の例では、本発明の態様を曖昧にしないように、既知の方法、手順、コンポーネント及び構造が詳細に記載されていない。
【００１０】
本発明の態様は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）技術に基づく磁場センサを含む。薄膜パーマロイ（鉄とニッケルの磁性合金）材料は、シリコンウエハ上に堆積され、一方で強磁場がパーマロイ抵抗器を作るために掛けられる。これらパーマロイ抵抗器の磁性ドメインが適用された場と同じ方向に整列され、それによって、磁化ベクトルが確立される。続くリソグラフィおよびエッチング工程が、ＡＭＲ抵抗器の形状を規定する。
【００１１】
本発明の少なくとも一つの態様を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に規定された或いは図に示されたコンポーネントの構造や配置の詳細の適用に制限されるものではないことを理解すべきである。本発明は、他の態様を受容し得、種々の仕方で実施、実行され得る。
また、ここに採用された用語や表現は記載の目的のためであり、限定的に見なすべきではない。
【００１２】
明確化のために、別の態様の文脈に記載された本発明のある特徴は、他の単一の態様に組み合わせて提供され得ると理解される。逆に、単一の態様の文脈に簡略化のために記載された本発明の種々の特徴は、別々に或いは如何なる適切な副次的組合せにして提供され得る。
【００１３】
操作において、ＡＭＲ抵抗器を通る電流、および外部磁場、例えば地球局所磁場は磁化ベクトルを変性し、ＡＭＲの抵抗値を変化させる。これは、当業者によって知られ、理解される。
【００１４】
図１を参照すると、４つのＡＭＲ抵抗器Ｒ１−Ｒ４がホイートストーン・ブリッジ配列に作り込まれる。図１に示された回路は、１つのセンサを表し、概略方向合わせされたときに、１つの磁場軸における磁化を検知することを意味する。Ｘ、ＹおよびＺ軸の各軸における磁場を検出するために、３つのそのような回路が提供され、そのような測定を行なうために互いに対して方向合わせされる。
【００１５】
以下に詳しく記載されるように、本発明の態様は、各ブリッジ回路における４つのＡＭＲ抵抗器間の良いマッチングを提供し、したがって、外部磁場がないときに、ブリッジはバランスし、２つのアウトプットノード、アウト＋及びアウト―間でほぼ０のボルト差を示す。外部磁場の存在下で、ＡＭＲ抵抗器は磁場の大きさと極性に従って変化し、その結果、差異ボルト信号は２つの出力ノードのアウト＋とアウト−上に現れる。
【００１６】
本発明の一態様は、ＡＭＲ抵抗器Ｒ１−Ｒ４の各々は、パーマロイ組立てステップに続いて付加された短絡バーと共に組み立てられる。知られるように、これらの短絡バーは、“バーバー極”構造として参照されるものを形成するために、ＡＭＲセンサと抵抗器に共通である。その“バーバー極”構造は、外部磁場に対してセンサ出力を線状化する。セットコイルは、以下により詳しく記載されるように、校正システムの一部として初期磁化ベクトル方向を設定するために備えられる。
【００１７】
図２を参照すれば、磁気センサ１００が、シリコンウエハ上に堆積された、薄膜パーマロイ材料を見下ろし、（見通す）上面透視図によって示される。図２に示された描写は、Ｃ−Ｃ線に沿って切り取られたコンポーネント１００の断面図である図３に見られる複数層の“積み重ね”である。
【００１８】
図２を参照すれば、第１層１０２は、それ自身に内向きに螺旋状にされた平面構造として方向合わせされたセットコイルである。図２に示されたように、セットコイル１０２は、図３に示されたシリコン層１０４の“下に”あり、その上に、複数のパーマロイリード１０６が堆積されている。これらパーマロイリード１０６の配向及び構造は以下に説明されるが、“下に”は単に相対的位置であり、限定的ではない。
【００１９】
当業者に知られるように、短絡バー１０８は、バーバー極構造を作るためにパーマロイリード１０６の部分の上に備えられる。
【００２０】
本明細書の慣例として、しかし、他に断り書きがない限り本発明の如何なる態様にも限定されないもので、“逆スラッシュ”、すなわち上から右下へ配列された、図２に→→→の如くに示されたようなそれら短絡バー１０８は、陰極性を示し、“前向きスラッシュ”、すなわち上から左下へ向きの図２に示した／／／の如くに示された短絡バーは陽極性を有するものとして参照される。
【００２１】
パーマロイリード１０６の部分の上に配置された短絡バー１０８は、シリ−ズで、および図１に示された機能回路を得るためにホイートストーン・ブリッジ配列に配置されたバーバー極構造を形成する。
【００２２】
コンタクトパッドはセットコイル１０２のアウト＋およびアウト−ノード、バイアス＋およびバイアス−ノード、並びにイフ＋およびイフ−ノードを接続するために備えられる。これら出力パッドのセンサ部１００へ接続する機構及び方法は、当業者によく知られており、ここで述べる必要はない。
【００２３】
図４を参照すると、セットコイル１０２は、第１および第２のコイル部２０２，２０４を有する。本明細書の慣例によって、ＩＦ＋に導入される電流値Ｉは、第１のコイル部２０２のＩＵＰ方向の電流および第２コイル部のＩＤＯＷＮ方向の電流を発生させる。結果として、セットコイル１０２を流れる電流Ｉは、バーバー極構造のセットコイルに近接した位置に所定の磁性化ベクトルを与える。
【００２４】
有利なことには、本発明の態様は図２に示されたようなバーバー極構造のレイアウトのために、小型でよくバランスしたセンサを提供する。センサ１００の第１の脚部１１０におけるバーバー極構造を参照すると、全ての陰極性構造は互いにシリーズであるが、セットコイル１０２の第１のコイル部２０２を横切ってうねっている。短絡バー組合せを有するパーマロイ、すなわちバーバー極構造は、シリコン層１０４上に堆積された導電性リード１１６の操作によってシリーズで接続される。加えて、陽極性のバーバー極構造は、また互いにシリーズであるが、セットコイル１０２の第１のコイル部２０２を横切ってうねっている。これはまた、セットコイル１０２の第２コイル部２０４に対してセンサ１００の第２脚部１１２にあるバーバー極構造にとってまた事実である。
【００２５】
このように、第１脚区分１１０にある陽極性のシリーズ接続されたバーバー極構造は、図１の描写に示されたように単一抵抗器Ｒ１と同等である。第１脚区分１１０にまたある陰極性のシリーズで接続されたバーバー極構造は、第２の抵抗器Ｒ２として機能するように組合わせる。第２脚区分１１２に関し、シリーズで接続された陰極性のバーバー極構造は単一抵抗器Ｒ４として機能または操作するように組み合わせ、第２脚区分にあるシリーズで接続された陽極性のバーバー極構造は単一抵抗器Ｒ３として機能または操作するように組み合わせる。
【００２６】
有利なことに、本発明の一つの態様において、バーバー極構造に接続する導電体１１６の“ネスティング”１２０は、前記２つの脚が均一に互いにマッチングするようにホイートストーン・ブリッジ内に抵抗バランスを提供する。さらに、付加的リード長１１４が、ホイートストーン・ブリッジの両脚に見られる総抵抗値を調整しバランスするように導電体１１６中に備えられる。
【００２７】
操作において、本発明の態様は、セット／リセット機能性を用いる磁気計よりも低電力消費量をもたらす。知られているように、セット／リセット特性は、バーバー極構造の磁性ドメインを反対方向にはじく。このはじき（“ｆｌｉｐｐｉｎｇ”）の結果として、測定信号は極性をまた変更する。抵抗器製造の許容誤差に起因するセンサ・オフセットは、同じ値に留まるが、２つの読み取りを差し引くことによって、オフセット誤差は出力信号から除去し得る。
【００２８】
しかし乍、セット／リセット特性は、ＡＭＲセンサの近傍にある導電体を通過する著しい電流を要することが知られている。これは、バッテリー寿命、すなわち運転時間を最大化するために低電力消費が重要である自動車用途に不利である。
【００２９】
本発明の一つの態様においては、リセット機能が除去され、セット機能頻度は桁違いに減少する。各測定のためにセットおよびリセット電流を流す代わりに、セット電流のみがバーバー極構造の各磁性軸の方向を合わせるために、セットコイル１０２を通過して流される。この作用は、これらバーバー極構造の磁気ドメイン配向を一定の方向へ並べる。こうして、既知のシステムに比べて大へん長時間に渡って、セットコイル１０２を通過する電流を必要とせず、こうして電力を節約する。
【００３０】
本発明の一つの態様にしたがって、ＡＭＲ磁気ドメインが外部干渉によって妨げられるまで、セット作用が再び適用されることはない。通常の操作において、数分から数日の範囲の比較的長時間に渡って、そのような妨げは起こらないと予想される。セットおよびリセット電流を使用する方法、および各測定毎のおよび５０回／秒の測定頻度に相当する電力要求と云う事実を考慮すれば、本発明の態様に従う方法は、数桁違いで電流消費を低減する。
【００３１】
しかし、セット機能のみを使用することは、センサ・オフセットの低下効果および温度に起因するオフセット漂流に敏感であり得ることは指摘されるべきである。本発明の一つの態様において、ソフトウエアに基づく自動校正システムが使われる。
【００３２】
自動校正システムは、センサ出力において、地球の磁場に関連するデバイスの位置の変化に応答して変化するように見える。如何なる特定の場所においても、地球の磁場は均一な局所場として考慮し得ることが指摘される。したがって、センサが異なる位置と配向を通って回転するにしたがって、当該センサは最大および最小の読み取りを経験するであろう。それら２つの読み取り間の違いは、地球磁場の大きさの２倍を表し、その平均はセンサ・オフセットになるであろう。もしセンサ・オフセット値が所定の閾値より大きければ、セットパルスは、セットコイルを介して送られる。
【００３３】
本発明の一つの態様において、図５を参照すれば、混合信号ＡＳＩＣ  ４０２が３つの分離したセンサ４０４，４０６および４０８、すなわちＸ、ＹおよびＺ軸の各々の１つと連結して、完全な磁場測定システムを提供する。一つの態様において、ＡＳＩＣ  ４０２は、０．６μｍの３つの金属層および２つのポリシリコン層を有するＣＭＯＳでデザインされる。チップ領域は、約２．５ｍｍ×１．７ｍｍである。センサ４０４，４０６および４０８におけるＡＭＲホイートストーン・ブリッジの各々から、差異ボルト信号アウト＋およびアウト−が３つの同等の信号処理チャンネル４１０，４１２，および４１４へ供給され、それらのチャンネルは低ノイズ同調、オフセット調整、感度調整、温度補償およびアナログのデジタル変換をもたらす。
【００３４】
各デバイス４００は、感度、オフセット、バイアス電圧、発振器周波数等のパラメータに対して個別に調整され、試験される。校正情報は、工場のトリミング工程中、ヒューズ・アレイ４１６の内部に格納される。バンドギャップ／バイアス回路４１８は、内部標準電圧およびアナログ回路及びセンサブリッジのためのバイアス電流を設定する。セット・モジュール部４２０のオンチップ駆動トランジスタは、セットコイル用の２．５μ秒までの間、名目上４５０ｍＡの電流を供給する。セット操作中に要求されるエネルギーは、電源から連続的に送られる外部１０マイクロファラッド（μＦ）低ＥＳＲキャパシタ（図示せず）中に格納される。Ｉ２Ｃデジタル通信モジュール４２２は、ＦＡＳＴモードで、すなわち４００ＫＨｚ時計速度まで操作され、外部デジタル変換器の必要性を除去し、２ピンＩ２Ｃインターフェイス４２４を外部ＭＣＵへ提供する。
【００３５】
本発明の一つの態様において、通常の操作で、ＡＳＩＣ４００は、漏洩電流を除いて実質的に電力消費なしの休止状態にある。測定の要求がシステムＭＣＵによって開始されたときに、測定の命令がＩＣインターフェイス４２４を介して送られる。加えて、アクションがセット操作、センサブリッジのバイアス掛け、アナログからデジタルへの変換等を実行するような命令によって起こされる。
測定結果は、システムＭＣＵに転送されるために待機しているＩＣモジュール４２２に備えられたオンチップ抵抗器に格納される。上記のように、“オンデマンド”操作は電力消費を大幅に減少する。
【００３６】
本発明の一つの態様において、集積３軸磁気計４００は、ＡＳＩＣ  ４０２および３つのセンサ４０４，４０６，４０８を含むパッケージに備えられる。有利なことには、当該パッケージは、センサ４０４−４０８のＸ，ＹおよびＺ軸間の正確な直交角度を維持する。
【００３７】
図６に示すように、内部構造を曝露するために除去された成形または埋め込み材料と共に、３軸センサ４００の３Ｄモデルを表す。３つのセンサ及びＡＳＩＣ４０２は、フレキシブル基板５００上にフリップ−チップ接続される。
【００３８】
３軸センサパッケージ４００は、図７を参照してフレキシブル基板５００から始まり、ＡＳＩＣ  ４０２を載せるためのＡＳＩＣ箇所に導電性相互接続配線およびメイン区画５０１を備え、Ｘ軸センサ４０４を載せるＸ軸センサ箇所５０４、Ｙ軸センサ４０６を載せるＹ軸センサ箇所５０６、Ｚ軸センサ４０８を載せるＺ軸センサ箇所５０８を備える。当業者に知られているように、各センサ４０４−４０８およびＡＳＩＣ  ４０２は、フレキシブル基板５００にフリップ−チップ接続される。無論、当業者はこれらの素子が基板に取付けられるその他の機構を知っているであろう。
【００３９】
図８を参照すれば、一旦ＡＳＩＣ  ４００およびセンサ４０４−４０８が基板に取付けられると、互いに対して適当な軸に沿ってセンサ４０４−４０８を配向させるために、引き続く加工が必要になる。センサ４００を製造するためのプロセスの一部として、タブ部８０２がＺ軸センサ４０８に隣接するラインまたは境界に沿って切除または切断することによって区切られる。当業者は、例えばエアナイフ、ウォーターナイフ、カッター、ナイフ刃等を含む多くの異なる切断方法があることを知っているであろう。
【００４０】
一旦ラインまたは境界８０４が、フレキシブル基板５００のタブ部８０２が残る材料からヒンジ可動性に分離されるように切断されると、フレキシブル基板５００は図９に示すようにキャリア５５０に設置される。キャリア５５０は、そこに積載されたフレキシブル基板と共に、Ｚ軸センサ４０８の下にある定位ポンチ５５４を有する位置決め治具５５２の上に設置される。
【００４１】
キャリア５５０は、治具５５２に向かって下げられるか、その代わりに治具５５２は、フレキシブル回路５００の部分８０２が当該基板の表面に対して、したがって、図１０に示すように、他のセンサ４０４，４０６に対しても実質９０°の向きになるように配置されるように持ちあげられる。
【００４２】
第１および第２のバンパー５５８，５６０を有する２箇所が突き出た位置決め治具５５６は、引き続く注型封入（ポッティング）操作が行われる間に、タブ部８０２を適当な向きに維持するために、ポンチ５５４の周りに位置決めされ得る。注型材料は、それら各々の配置を維持し、続く最終パッケージへの挿入のために、デバイスの上に充てられる。
【００４３】
その代わりに、図１１に示すように、１箇所が突き出た位置決め治具５７０が、２箇所が突き出た治具５５６の代わりに用いられ得る。
【００４４】
本発明の一つの態様において、仕上げデバイスが５ｍｍ×５ｍｍ×１．２ｍｍの低い外形のＬＧＡパッケージである。
【００４５】
その代わりに、フレキシブル基板５００は、タブ部８０２上の２ヶ所で構成され、その２ヶ所は、２つのセンサ、例えば４０４，４０６を受け、別のセンサ４０８は主要部５０１に受けられるように設けられる。こうして、タブ部８０２が主要部５０１に対して正しい角度に向けられたときに、３軸４０４．４０６．４０８の直交関係は維持される。
【００４６】
本発明のさらにもう一つの態様において、適切な操作に影響する短絡回路のリスクなしに、互いにできる限り近くそれらの配置を許容するように、バーバー極構造を形成する短絡通路（ストリップ）が設計される。今度は、図１２を参照すると、本発明の一つの態様に従うバーバー極構造の部分の拡大図が示される。パーマロイリード１０６および短絡バー１０８は、既知のリソグラフィ法によってデポジット（設置）される。当業者はこれらバーバー極構造がデポジットされる他の機構またはプロセスがあることを知っているであろう。本発明の一つの態様によれば、各短絡バー１０８の角が、短絡バー１０８間の距離を最大化するために各短絡バーにオフセット部３０２を表す角度で切断される。有利なことには、短絡バーの角を挟むことによって、隣接する短絡バー間の付加空隙Ｄが与えられ、したがって、それらは互いにより近くに配置される。一つの態様において、短絡バー間の空隙Ｄは１．５−１．７５μｍのオーダーである。
【００４７】
こうして、本発明の少なくとも一つの態様の幾つかの特徴を記述してきたが、当業者にとって種々の変更、変性、および改良は容易になし得ることが認識される。そのような変更、変性、改良は、本開示の一部であり、本発明の範囲内であると意図される。このように、前述の記載や図面は例示に過ぎず、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれらの均等物の適当な解釈から決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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