[实用新型]MTJ三轴磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁场传感器的设计，特别的是一种MTJ三轴磁场传感器及其封装方法。

背景技术

隧道结磁电阻传感器（MTJ, Magnetic Tunnel Junction）是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，它利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应（TMR, Tunnel Magnetoresistance）,主要表现在磁性多层膜材料中随着外磁场大小和方向的变化,磁性多层膜的电阻发生明显变化，它比之前所发现并实际应用的AMR（各向异性磁电阻）具有更大的电阻变化率，同时相对于霍尔效应材料具有更好的温度稳定性。MTJ磁场传感器具有电阻变化率大，输出信号幅值大，电阻率高，功耗低，温度稳定性高的优点。用MTJ制成的磁场传感器比AMR、GMR、霍尔器件具有灵敏度更高，功耗更低，线性更好，动态范围更宽，温度特性更好，抗干扰能力更强的优点。此外MTJ还能方便的集成到现有的芯片微加工工艺当中，便于制成体积很小的集成磁场传感器。

通常多轴磁场传感器具有比单轴传感器更高的集成度，更好的正交性，可以非常方便的应用于多轴或是矢量传感器场合。而磁场本身就是一个矢量场，因而多轴磁场测量传感器具有非常广泛的应用，特别是电子罗盘，地磁测量等都采用双轴或三轴磁场测量，因此，生产，集成度高的，单一芯片多轴磁场传感器是一种非常现实的需求。

通常沉积在同一硅片上的MTJ元件，由于其磁矩翻转所需要的磁场强度大小相同，因而在同一个硅片上的MTJ元件，在进行退火之后，钉扎层磁化方向通常都相同，这使得制作推挽桥式传感器存在很大困难。目前主流的GMR三轴传感器是将三个芯片的X、Y、Z轴的GMR磁场传感器封装在一起实现的，体积大，封装成本高，较之MTJ磁场传感器具有灵敏度低，功耗高等缺点。

从以上方法可以看出，现有的采用AMR、霍尔、GMR元件的三轴磁场传感器具有体积大，功耗高，灵敏度低等缺点，且MTJ三轴磁场传感器在设计上难以实现。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种MTJ三轴磁场传感器，该MTJ三轴磁场传感器灵敏度高，小尺寸，高集成，低功耗。

一种MTJ三轴磁场传感器，敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器、敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器、与所述X轴桥式磁场传感器、所述Y轴桥式磁场传感器和所述Z轴磁场传感器相连接且适配的ASIC芯片，所述Z轴磁场传感器包括连接的磁传感芯片，所述磁传感芯片包括基片和制备在该基片上的MTJ元件，所述磁传感芯片贴覆在ASIC芯片上形成一贴覆边，所述磁传感芯片上与贴覆边相邻的侧边与该贴覆边形成一夹角，该夹角为锐角或钝角，其中X轴、Y轴和Z轴两两正交。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器为MTJ磁电阻传感器。

优选地，所述Y轴桥式磁场传感器为MTJ磁电阻传感器。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器可通过金线与所述ASIC芯片相电连。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器可通过锡焊球与所述ASIC芯片相电连。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器集成设置在同一芯片上。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器为参考桥式磁场传感器，所述Y轴桥式磁场传感器为推挽桥式磁场传感器。

优选地，所述磁传感芯片通过焊锡球与所述ASIC芯片相电连。

优选地，所述Z轴磁场传感器包括两个或四个MTJ磁传感芯片，所述MTJ磁传感芯片对称排布在ASIC芯片上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明采用以上结构，集成度高，灵敏度更高，功耗更低，线性更好，动态范围更宽，温度特性更好，抗干扰能力更强。

附图说明

图1是一个隧道结磁电阻（MTJ）元件的示意图。

图2是MTJ元件的理想输出曲线图。

图3是MTJ元件串联而形成MTJ磁电阻的示意图。

图4是一种MTJ推挽全桥传感器的示意图。

图5是推挽全桥的输出曲线的模拟结果。