(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に磁気抵抗素子を配置するとともに当該基板の後方にバイアス磁石を配置し、バイアス磁石によるバイアス磁界内に磁気抵抗素子を位置させ、被検出対象の運動に伴うバイアス磁界の向きの変化を磁気抵抗素子にて検出するようにした磁気センサにおいて、
前記基板の上に電流導通部を延設し、この電流導通部に電流を流し、これにより発生する磁界にて磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の向きを補正するようにしたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記基板上で、層間絶縁膜を挟んで磁気抵抗素子と電流導通部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子が２つ直列接続され、当該直列回路に所定電圧を印加したときの両素子間の中点電圧をモニター信号として用いたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体磁気センサ、特に、磁気抵抗素子を用いた磁気センサに係り、詳しくは、センサ出力のオフセットを調整する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気抵抗素子を利用したギヤ近接方式の回転センサが知られている（特開平３−１９５９７０号公報等）。このセンサは、図１０に示すように、基板５０に磁気抵抗素子５１，５２が蒸着され、この基板５０がバイアス磁石５３の着磁面５３ａに垂直に取り付けられている。この基板５０が磁性体よりなるギヤ５４に対向配置され、バイアス磁石５３からギヤ５４に向けてバイアス磁界を発生させる。そして、ギヤ５４の回転に伴いバイアス磁界の変化（磁気ベクトルＢの向きの変化）を抵抗変化として検出する。つまり、ギヤ５４における１つの歯５５が基板５０の前方を通過する度に磁気ベクトルＢの向きが変化し、それを電気信号として取り出す。
【０００３】
ところが、本来、ギヤ５４の歯５５（山／谷）の通過により磁気ベクトルＢの向きが変化することにより素子５１，５２の中点αでの電圧が変化し、比較器５６にて基準電圧Ｖref との比較にて２値化信号を得るものであるが、素子５１，５２とバイアス磁石５３との相対的位置関係に誤差が生じたり（基板５０やバイアス磁石５３に組付けズレがあったり）、バイアス磁石５３に着磁バラツキがあると、中点αでの電位にオフセットが発生し、本来、図１１の信号波形ＳＧ１を得るべきところが図１１の信号波形ＳＧ２となり、２値化ができないことが生じる。
【０００４】
このために、磁石組付けズレや磁石着磁バラツキ等により発生する磁気抵抗素子出力のオフセット対策として、ＣＭＯＳを用いた自動中点補正回路、およびピーク・ボトムホールド回路等、複雑な回路方式を用いてオフセットを許容していた。
【０００５】
しかしながら、この方式ではバイポーラチップの他に、処理回路用ＣＭＯＳチップが必要であり、小型化が困難であるという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、新規な構成にて、組付けズレ等によるセンサ出力のオフセットを調整することができる磁気センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の上に電流導通部を延設し、この電流導通部に電流を流し、これにより発生する磁界にて磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の向きを補正するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、電流導通部に電流が流され、これにより発生する磁界によって、理想的な磁気ベクトルが磁気抵抗素子に印加するように調整される。
このように、電流導通部に電流を流し、これにより磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の向きを補正することにより、素子とバイアス磁石との相対的位置関係に誤差が生じたり（基板やバイアス磁石に組付けズレがあったり）、バイアス磁石に着磁バラツキがある等によって生じるセンサ出力のオフセットを調整することができる。
【０００９】
ここで、請求項２に記載のように、前記基板上で、層間絶縁膜を挟んで磁気抵抗素子と電流導通部を配置したり、請求項３に記載のように、前記磁気抵抗素子が２つ直列接続され、当該直列回路に所定電圧を印加したときの両素子間の中点電圧をモニター信号として用いると、実用上好ましいものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
本磁気センサは車載用回転センサとして用いられるものであって、具体的には、カム角センサ、クランク角センサ、車速センサ、自動変速機に組み込まれる回転センサ、車輪速センサ等に使用されるものである。
【００１１】
図１には、本実施形態における磁気回転センサの平面図を示す。
センサハウジング１の内部には基板２が配置されている。この基板２の上には、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）３，４が配置されている。ＭＲ素子３，４の材料としてはＮｉ−Ｃｏ系やＮｉ−Ｆｅ系を挙げることができ、蒸着法にて基板２上に堆積しパターニングしたものである。ＭＲ素子３，４は帯状をなしている。ＭＲ素子３の一端が接地されるとともに、他端がＭＲ素子４の一端と接続され、ＭＲ素子４の他端が電源１６と接続されている。
【００１２】
このようにして、ＭＲ素子３，４は電源１６とグランド（ＧＮＤ）間に直列にブリッジ接続されており、２つのＭＲ素子３，４による直列回路に所定電圧Ｖｒを印加したときの両素子間の中点αでの電圧がセンシング信号として取り出される。
【００１３】
一方、基板２の後方において、基板２から離間してバイアス磁石５が配置されている。バイアス磁石５はＮ極に着磁されたＮ極面６とＳ極に着磁されたＳ極面７を有し、Ｎ極面６が基板２側を向いている。そして、このバイアス磁石５のＮ極面６にてＭＲ素子３，４に向く磁界（磁気ベクトルＢbias）が形成されている。このバイアス磁石５によるバイアス磁界内にＭＲ素子３，４が位置している。
【００１４】
このセンサハウジング１が、図３に示すように、磁性体よりなるギヤ８に対向して設けられている。詳しくは、ＭＲ素子３，４がギヤ８の外周の歯９と所定の間隔をおいて配設されている。このギヤ８は回転軸（エンジンのクランクシャフト等）に固定され、エンジンの駆動に伴うクランクシャフト等の回転に同期して回転する。
【００１５】
そして、被検出対象であるギヤ８の回転に伴う歯９（山と谷）の通過によってバイアス磁界（磁気ベクトル）Ｂbiasの向きが変化する。このバイアス磁界Ｂbiasの向きが変化すると、ＭＲ素子３，４の抵抗値も変化する。その結果、中点αの電圧も変化する。
【００１６】
図３において、中点αの電圧がオペアンプ１０にて増幅され、比較器１１にて基準電圧Ｖref と比較され、その大小関係にて比較器１１から２値化された信号が送出される。この２値化信号の周期がギヤ８の回転速度に対応する。よって、この２値化信号の周期からギヤ８の回転速度が求められる。具体的には、２値化信号（パルス信号）の周期の測定、あるいは、所定時間当たりのパルス数の計数にてギヤ８の回転速度が求められる。このように、被検出対象の運動に伴うバイアス磁界の向きの変化をＭＲ素子３，４にて検出することができる。
【００１７】
ここで、本来、ギヤ８の歯９（山と谷）の通過により磁気ベクトルＢbiasの向きが変化することにより中点αの電圧が変化し回転速度を検出することができるわけであるが、バイアス磁石５の組付けズレが生じていたりバイアス磁石５の着磁バラツキが生じていると、中点αの電圧が電源電圧Ｖｒの１／２にならずに、Ｖｒ／２からズレてしまう。このように、中点αの電圧が所定の値Ｖｒ／２に対しオフセットがあると、後段の比較器１１において２値化ができないおそれがある。
【００１８】
そこで、本実施形態においては、図１に示すように、基板２の上に電流導通部２０，２１が延設され、この電流導通部２０，２１を用いてＭＲ素子３，４に対するバイアス磁界の向きを補正するようにしている。詳しくは、図２（図１のＡ−Ａ線での縦断面）に示すように、基板２の上面には電流導通部２０，２１が配置され、電流導通部２０，２１を含めた基板２の上には層間絶縁膜２２が形成され、その上にＭＲ素子３，４が配置されている。電流導通部２０，２１はアルミよりなる。また、電流導通部２０，２１は、図１に示すように長方形をなし、バイアス磁界Ｂbiasの向きに沿って延設されている。そして、長方形をなす電流導通部２０，２１の長手方向に電流を流すことができるようになっている。この電流導通部２０，２１に電流を流し、その回りに形成される磁界（図２参照）にてＭＲ素子３，４に対するバイアス磁界の向きを補正することができる。
【００１９】
詳しくは、ＭＲ素子３，４に印加される磁気ベクトルＢbiasがバイアス磁石５の組付けズレ等によってズレていた場合、電流導通部２０，２１に定電流を流し、この電流量を調整することによって電流導通部２０，２１の回りに生じる磁界Ｂadj を調整し、本来欲しい理想的な磁気ベクトルＢobj をＭＲ素子３，４に印加し、オフセットを調整する。つまり、バイアス磁石５による磁気ベクトルＢbiasに対し電流により発生する磁気ベクトルＢadj を合成したものがＭＲ素子３，４に印加されるベクトルＢobj になるので、電流導通部２０，２１に流す電流の調整にてＭＲ素子３，４に印加されるベクトルＢobj を最適化する。
【００２０】
なお、図２において、ＭＲ素子３，４は、その上の表面保護膜２３にて覆われている。
次に、オフセットの調整原理および調整手順について説明する。
【００２１】
ＭＲ素子３，４の基本特性として、図４に示すように、ＭＲ素子３，４に流れる電流の方向と磁界方向のなす角度θに対するＭＲ素子３，４の抵抗値Ｒは、
0003988316.tif 000002
と表される。
【００２２】
ここで、図５のように、バイアス磁石５による磁気ベクトルＢbiasに対し４５°だけ傾いてＭＲ素子３，４が延設されていると、図４においてポイントＰ１，Ｐ２に示すように両素子３，４の抵抗値が等しい。その結果、中点電圧は、直列接続されたＭＲ素子３，４の印加電圧Ｖｒの１／２となる。
【００２３】
しかしながら、バイアス磁石５の組付け後においてバイアス磁石５の組付けズレにより、例えば、図６に示すように、ＭＲ素子４に印加される磁界は４５°よりも大きく、又、ＭＲ素子３に印加される磁界も１３５°よりも大きくなっていると、図４においてポイントＰ１’，Ｐ２’に示すようにＭＲ素子４の抵抗値がＭＲ素子３の抵抗値よりも小さくなる。その結果、中点電圧が、Ｖｒ／２より大きくなる。
【００２４】
そこで、中点電圧（正確には、図３のオペアンプ１０の出力）をオフセット調整の際のモニター信号として用い、中点電圧のＶｒ／２からのズレ（差）を算出し、これが図７のズレ量θx に相当する値となり、θx 値に対応する調整電流量を決定する。
【００２５】
詳しくは、図７のバイアス磁石５による磁気ベクトルＢbiasとＭＲ素子３，４の延設方向とでなす角度θ１が４５°よりも大きな値であった場合には、所望の磁気ベクルＢadj を作ることにより、補正後のＭＲ素子３，４の延設方向に対する角度θ２＝４５°のベクトルＢobj を得るようにする。この際、中点電圧がＶｒ／２に対して電位差Ｘだけズレている場合には、角度θx °だけズレていることを定量化しておき、電流導通部２０，２１に流す電流値を決定し、見かけ上の印加磁気ベクトルをＢobj に補正する。
【００２６】
このように調整用電流値は、磁石組付け後の中点電圧をモニターすることにより決定するが、具体的には、図８のセンサにおいて、露出する部位に、図９のように、トリミング可能な外部トリム端子４１，４２を設けておく。そして、ＭＲ素子３，４を製作し、バイアス磁石５を組付けた後において、中点電圧を測定（ズレ量を把握）して調整電流を決定（外部端子のトリム位置を決定）し、その後、図９に示すように、外部トリム端子４１，４２のカットラインＬcut での切断により、切断した箇所に対応する量の電流を電流導通部２０，２１に流す。図９の場合、端子４１のカットラインＬcut での切断により電流値がａミリアンペアとなり、端子４２のカットラインＬcut での切断により電流値がｂミリアンペアとなり、両方の端子４１，４２のカットラインＬcut での切断により電流値が（ａ＋ｂ）ミリアンペアとなる。また、図８の反対側の部位（調整端子）Ｘ’は中点電圧がＶｒ／２より小さくなる時に同様な考え方で使用する。つまり、電流導通部２０，２１に流す電流の向きを逆にし、且つその電流値を調整する。
【００２７】
なお、図８において符号４０にて中点モニター端子、即ち、図３のオペアンプ１０の出力端子につながる端子を示す。
また、図２において、ＭＲ素子３，４と電流導通部２０，２１の間隔ｒに関して、導線に電流を流してその回りに生じる磁界の強さＨは
Ｈ＝Ｉ／２πｒ
ただし、Ｉは電流の大きさ
で表されるので、ｒ値を考慮しつつＩ値を調整してＭＲ素子３，４に、４５°の磁気ベクトルを印加する。具体的には、バイアス磁石５の組付けズレが大きくなりやすい場合には、ＭＲ素子３，４と電流導通部２０，２１の間隔ｒを狭くして大きな磁界の強さＨを得るようにする。
【００２８】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）図１に示すように、基板２の上に電流導通部２０，２１を延設し、この電流導通部２０，２１に電流を流し、これにより発生する磁界にてＭＲ素子３，４に対するバイアス磁界の向きを補正するようにした。つまり、基板２の上のＭＲ素子３，４に対し、電流導通部２０，２１に電流を流すことにより発生する磁界によって、理想的な磁気ベクトルＢobj をＭＲ素子３，４に印加するよう調整する。
【００２９】
このように、ＭＲ素子３，４に対して電流導通部２０，２１に電流を流し、これによりＭＲ素子３，４に対するバイアス磁界の向きを補正することにより、素子３，４とバイアス磁石５との相対的位置関係に誤差が生じたり（基板２やバイアス磁石５に組付けズレがあったり）、バイアス磁石５に着磁バラツキがある等によって生じるセンサ出力のオフセットを調整することができる。
（ロ）図２に示すように、基板２上で、層間絶縁膜２２を挟んでＭＲ素子３，４と電流導通部２０，２１を配置したので、実用上好ましいものとなっている。
（ハ）図３に示すように、ＭＲ素子３，４が２つ直列接続され、この直列回路に所定電圧を印加したときの両素子３，４間の中点電圧（詳しくは、オペアンプ１０の出力）を、オフセット調整の際のモニター信号として用いているので、実用上好ましいものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態における磁気回転センサの平面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】  センサの電気的構成を示す図。
【図４】  電流方向と磁界方向のなす角度θに対する抵抗値Ｒの関係を示す図。
【図５】  各種ベクトルを説明するための図。
【図６】  各種ベクトルを説明するための図。
【図７】  各種ベクトルを説明するための図。
【図８】  センサの平面図。
【図９】  図８のＸ部の拡大図。
【図１０】  従来技術を説明するための磁気回転センサを示す図。
【図１１】  センサ信号波形を示す図。
【符号の説明】
２…基板、３…ＭＲ素子、４…ＭＲ素子、５…バイアス磁石、２０，２１…電流導通部、２２…層間絶縁膜。
【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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