[发明专利]磁致伸缩应变仪传感器

说明书

本申请案涉及一种磁致伸缩应变仪传感器。一种应变仪传感器(100)包含衬底(208)、所述衬底上包括磁阻材料的至少一个电阻器。所述磁阻材料展现大于或等于(≥)|2|百万分率ppm的磁致伸缩系数λ及具有大于或等于(≥)2％ΔR/R的各向异性磁阻的各向异性磁阻效应。所述应变仪传感器由单个层的所述磁阻材料组成。到所述电阻器的至少第一触点提供传感器输入且到所述电阻器的第二触点提供传感器输出。

技术领域

本发明涉及应变仪传感器。

背景技术

磁阻效应是由于磁场的存在导致的磁阻(MR)材料的电阻率的改变，且各向异性磁阻(AMR)传感器包括感测AMR效应的MR材料。磁阻表达为由于磁化导致的电阻改变ΔR除以标称电阻R。ΔR是磁化与在MR材料中流动的电流方向之间的角度的函数。

AMR传感器包括薄MR膜。举例来说，透磁合金(permalloy)是约80％的Ni及20％的Fe，或透磁合金80膜粗略地是80％的镍、15％的铁及5％的钼。如本文中所使用，材料的％全是重量百分比。存在在磁性膜的平面中沿一个方向具有对磁化能量的高需要的难磁化轴，且指示磁偏好方向的易磁化轴正交于所述膜平面中的难磁化轴。AMR传感器提供所述传感器见证的磁场改变的稳健非接触测量，其中AMR传感器可检测磁场的存在、强度及/或方向。

在典型AMR传感器应用中，MR材料是具有顶侧电连接的铁磁材料(例如镍铁(NiFe))，所述顶侧电连接用于检测存在于MR材料的平面中的磁场分量。在一些应用中，MR材料安置于衬底(例如硅)的表面上成蛇形阵列。MR材料的蛇形图案可电连接成惠斯登(Wheatstone)电桥布置(4个电阻器)或一对惠斯登电桥，以便响应于MR元件的平面中的磁场分量的强度的改变而感测MR材料电阻器的电阻的改变。为了监测MR材料电阻器的电阻的改变，位于同一芯片上的相关联组件(例如放大器)通常连接在一起以形成电路，所述电路提供表示MR感测元件电阻器的平面中的磁场的强度的输出信号。

AMR传感器的设计者有意地选择具有尽可能低的磁致伸缩的MR材料，这是因为磁致伸缩效应可改变所测量电阻而导致感测误差。MR材料合金的确切组合物可经选择以尝试获得0磁致伸缩值，例如约81.5％的Ni。举例来说，常规透磁合金膜(约20％的Fe及80％的Ni)尽管具有相对高磁阻值，但通常具有<<1百万分率(ppm)的磁致伸缩系数(λ)。

发明内容

提供本发明内容以按简化形式引入下文在包含所提供图式的具体实施方式中进一步描述的所揭示概念的精选。本发明内容不打算限制所主张的标的物的范围。

所揭示方面包含应变仪传感器，所述应变仪传感器包括衬底、所述衬底上包括磁阻材料的至少一个电阻器。所述磁阻材料展现≥|2|分率ppm的λ值且还展现具有≥2％ΔR/R的各向异性磁阻的AMR效应。常规AMR材料(例如上文所描述的透磁合金)具有识别为不适于用作应变仪传感器的<<1ppm的λ值。所述应变仪传感器由单个层的所述磁阻材料组成。

所述应变仪传感器包含用以提供传感器输入的到所述电阻器的至少第一触点及用以提供传感器输出的到所述电阻器的第二触点。所述应变仪传感器可包括电连接成惠斯登电桥架构的第一、第二、第三及第四电阻器。还揭示包含封装IC的IC，所述IC包括用于感测施加到所述IC的应变的应变仪传感器，所述应变由所述应变仪传感器通过改变所述应变仪传感器的电阻的其所得磁阻改变而感测，所述应变仪传感器耦合到补偿电路，所述补偿电路产生补偿所述同一IC上的传感器或谐振器的应变诱发的其输出参数的移位的补偿信号。

附图说明

现在将参考未必按比例绘制的附图，其中：

图1A是配置为包括由磁致伸缩材料层制成的4个电阻器的惠斯登电桥的磁致伸缩应变仪传感器的俯视图描绘，且图1B展示图1A中的应变仪传感器的等效电路，其将来自惠斯登电桥的输出展示为输出电压(Vo)。