專利名稱：磁傳感器的偏置場生成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器的領(lǐng)域，并且具體地涉及磁傳感器的偏置場生成。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，傳感器用在用于監(jiān)測、檢測以及分析的許多應(yīng)用中。一種類型的傳感器包括磁傳感器(magnetic sensor)，其能夠檢測磁場或磁場的改變。在磁阻傳感器中使用的磁阻效應(yīng)包括但不限于GMR (巨磁阻)、AMR (各項(xiàng)異性磁阻)、TMR (磁隧道效應(yīng))、CMR (龐磁阻)。 另一類型的磁傳感器基于霍爾效應(yīng)。磁傳感器例如用于檢測運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)物體的位置、旋轉(zhuǎn)物體的速度或旋轉(zhuǎn)速度等。磁阻傳感器通常對磁場的平面內(nèi)χ分量和y分量靈敏，所述平面內(nèi)χ分量和y分量此處可以被稱為磁場的橫向分量。磁場的、可以非限制性地被稱為y分量的一個分量改變靈敏度，而另一分量χ在低于例如5 mT的低場下與電阻具有線性關(guān)系。該分量通常用作感測場分量。通常，磁阻效應(yīng)具有工作范圍，在該工作范圍中靈敏度例如相對于磁場改變的電阻改變是高的。在該工作范圍之外，磁阻效應(yīng)的不利行為(諸如飽和限制)不允許傳感器用于許多應(yīng)用。對于一些磁阻設(shè)備，工作范圍也可以被稱為各項(xiàng)異性范圍。在諸如例如用于檢測物體的旋轉(zhuǎn)速度的應(yīng)用中，對磁阻傳感器施加偏置磁場以便避免磁阻傳感器的飽和。典型的示例包括例如反偏置磁體裝置(back bias magnet arrangement)。在反偏置磁體裝置中，磁傳感器提供在要感測的物體與偏置磁體之間。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，實(shí)施例包括一種設(shè)備，其具有用于為磁傳感器提供磁偏置場的偏置場生成器，其中偏置場生成器被配置成在第一方向上提供用于使傳感器偏置的磁場分量。偏置場生成器具有帶有空腔的主體，該主體包括磁材料或可磁化材料，該空腔在第一方向和第一方向的橫向上延伸，以使得空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以主體的材料為界，第二方向正交于第一方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。根據(jù)另一方面，一種制造方法包括形成用于在第一方向上為磁傳感器(magneto sensor)提供偏置磁場的偏置場生成器。偏置場生成器的形成包括帶有空腔的、永磁材料或可磁化材料的主體的形成以使得該空腔至少在第二和第三方向上橫向地以主體的材料為界，第二方向正交于第一方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。此外，該制造方法包括布置傳感器以使得傳感器的感測元件被由主體生成的磁場所偏置。
根據(jù)另一方面，一種方法包括旋轉(zhuǎn)物體以及操作磁傳感器以感測該旋轉(zhuǎn)，傳感器被偏置磁場裝置所偏置。偏置磁場裝置具有帶有空腔的主體，該主體包括磁材料或可磁化材料，該空腔在第一方向和第一方向的橫向上延伸以使得空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以主體的材料為界，其中第二方向?qū)?yīng)于傳感器的最大靈敏度方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。根據(jù)另一方面，一種設(shè)備具有傳感器和用于使傳感器偏置的偏置磁體，該傳感器用于感測由物體的旋轉(zhuǎn)引起的磁場改變，該偏置磁體包括主體，該主體包括永磁材料或可磁化材料，該主體具有第一方向上的第一最大延伸(extension)、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸。主體具有開口，并且傳感器放置在該開口內(nèi)以使得傳感器分別在主體的第一、第二和第三最大延伸內(nèi)在第一、第二和第三方向上延伸。


圖IA至IH是實(shí)施例的示意截面圖； 圖2A至2C是實(shí)施例的示意頂視圖3A和;3B是實(shí)施例的三維視圖； 圖4A是根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖；以及圖4B是示出根據(jù)實(shí)施例的磁場線的仿真。圖5A-5D示出了根據(jù)實(shí)施例的示意圖和圖。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)描述說明了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。描述不要認(rèn)為具有限制意義，而是僅用于示出本發(fā)明的實(shí)施例的一般原理的目的，同時保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求來確定。要理解的是，示例性實(shí)施例的圖中示出的元件或特征可能不是按比例繪制的并且可能相對于其它元件在一個方向上具有不同的尺寸或不同的延伸。此外，要理解的是，各個示例性實(shí)施例中描述或示出的特征可以彼此組合，除非另外具體注明。在各個圖中，相同或類似的實(shí)體、模塊、設(shè)備等可以分配相同的附圖標(biāo)記?，F(xiàn)在參照圖1A，示出了根據(jù)實(shí)施例的第一截面圖。該截面圖是在傳感器所布置的位置、沿線A-A’得到的。圖IA中示出的平面跨越第一軸和第二軸，該第一軸在此處也可以被稱為垂直軸或垂直方向。第二軸是相對于第一軸定義的垂直方向的橫向軸，并且在此處也可以被稱為第二橫向軸或第二橫向方向。第一軸在此處還可以被稱為ζ軸或ζ方向，第二軸在此處還可以被稱為y軸或y方向。如稍后將更詳細(xì)地描述的，圖IA示出了具有主體102的設(shè)備100，主體102由永磁材料或可磁化材料(諸如軟磁材料)或者二者的組合形成。主體102構(gòu)成用于為諸如磁阻傳感器的磁傳感器106提供磁偏置場的磁體。在實(shí)施例中，沿χ軸在傳感器106處生成的磁偏置場可以是大約5 mT (毫特斯拉)或大于5 mT，而沿磁化方向ζ的主偏置場可以高于100 mT。圖IA中示出的主體102具有形式為沒有完全穿透主體102的空腔的開口 104。 開口使主體102的主表面102A的幾何形式成形為非平面。在圖IA中，主表面102A是主體 102的最靠近傳感器106的主表面，而主表面102B是距傳感器106較遠(yuǎn)的相對主表面。
空腔在實(shí)施例中可以包括諸如淺凹口的淺空腔。當(dāng)從χ軸測量(take)時，由空腔成形的表面段(section)的傾斜角度在一個實(shí)施例中可以選自5°與65°之間的范圍。在一個實(shí)施例中，傾斜角度可以在5°與40°之間選擇。在一個實(shí)施例中，傾斜角度可以在 5°與20°之間選擇。在以下更詳細(xì)地描述的實(shí)施例中，空腔可以具有棱錐形式、圓錐形式或者多面體形式。如稍后將更詳細(xì)地描述的，傳感器106可以完全位于主體102內(nèi)，即位于主體102的最大延伸內(nèi)。因此，在一個實(shí)施例中傳感器106的ζ軸位置可以在主體102的最大ζ軸延伸以下。傳感器106可以包括其上提供有至少一個磁阻傳感器元件或霍爾傳感器元件的半導(dǎo)體芯片。傳感器106可以包括有集成電路。磁阻感測元件可以是GMR、MTR、CMR、AMR元件或任何其它形式的磁阻傳感器元件。磁阻傳感器可以具有以梯度計(jì)裝置提供的兩個感測元件。此外，在一個實(shí)施例中，可以從用于感測物體的至少兩個感測元件供應(yīng)差分信號。在一個實(shí)施例中，傳感器包括以惠斯登(Wheatstone)電橋配置布置的多個磁阻感測元件。在一個實(shí)施例中，傳感器106可以包括至少一個霍爾效應(yīng)感測元件。如從圖IA可以看出，主體102的開口 104沿著沿兩端的ζ軸區(qū)域108以主體102 的表面段IlOa和IlOb為界。因此，開口 104至少對于ζ軸區(qū)域108在y方向上被表面段 IlOa和IlOb包圍。圖IB示出了在傳感器位置處、在跨越ζ軸和χ軸的平面中的如圖IA所示的相同設(shè)備100的截面圖。X軸可以認(rèn)為是正交于Z軸和y軸的橫向軸。如從圖IB可以看出，主體102的開口 104至少對于ζ軸區(qū)域108也在χ軸的方向上以表面段IlOc和IlOd為界。 因此，開口 104至少對于ζ軸區(qū)域108在χ方向上被表面段IlOc和IlOd包圍。在一些實(shí)施例中，開口 104可以用既不是磁的也不是可磁化的、諸如模具材料的其它材料來填充。從圖IA的截面可以看出，當(dāng)在遠(yuǎn)離傳感器106的垂直方向上移動時，開口 104在y 軸方向上的橫向?qū)挾葴p小。此外，從圖IB的截面可以看出，當(dāng)在遠(yuǎn)離傳感器106的垂直方向上移動時，開口 104在χ軸方向上的橫向?qū)挾葴p小。換言之，圖IA和IB的截面圖示出了主體102的形成以使得主體102的表面102A在遠(yuǎn)離傳感器106的垂直方向上具有錐形形狀。雖然圖IA和IB將具有表面段110a、110b、IlOc和IlOd的整體表面102A示出為
分別相對于1軸或X軸具有非正交傾斜，但是要理解的是，在其它實(shí)施例中主表面102A可以另外具有一個或多個平行于χ軸的段。提供主表面102A以使得形成開口 104允許由主體102生成的磁場的獨(dú)立二維成形，這為傳感器106提供了具有χ方向和y方向上減小的或零的橫向場分量的偏置場。在圖IA和IB中，傳感器106的偏置場要在ζ方向上施加。因此，主體102的磁化方向基本上被提供在ζ方向上。傳感器106最靈敏的工作點(diǎn)是當(dāng)磁場的兩個橫向分量(即， χ分量和y分量)均為零時。然而，對于小尺寸的主體102，由于僅以閉環(huán)出現(xiàn)的磁場線的性質(zhì)，因此例如至于磁化在ζ方向上的主體102的立方體形式的表面102的平面延伸將在傳感器106的位置處產(chǎn)生具有χ方向和y方向上的顯著橫向場分量的磁場。當(dāng)主體102的尺寸為小時，諸如例如當(dāng)主體102和傳感器106集成時，在主體102外的空間中返回的磁場線在傳感器106的位置處實(shí)現(xiàn)來自/去往ζ方向、朝向橫向方向的場線的顯著曲率。磁場線的橫向分量對于典型尺寸的立方體偏置磁體而言如此強(qiáng)以致例如在GMR傳感器的情況下y 分量的場強(qiáng)度可以導(dǎo)致靈敏度下降4倍。主體102中的開口 104解決了避免橫向場分量并且提供了場的重新成形，以使得在傳感器106的位置處磁場的至少在χ方向和y方向上的橫向分量為零或減小到幾乎零。由于開口 104至少在χ方向以及y方向上橫向地以主體102的永磁材料或可磁化材料為界，因此使磁場的X分量和y分量成形。特別地，可以根據(jù)開口 104的形狀而彼此獨(dú)立地使χ分量和y分量成形。這允許通過表面的幾何形狀獨(dú)立地控制磁χ分量和y分量， 以同時至少對于這兩個橫向維度減小或消除由小主體尺寸效應(yīng)引起的橫向場分量。磁χ分量和ι分量的獨(dú)立控制可以例如通過在制造過程中為開口 104分別在χ方向上和y方向上提供不同的傾斜來獲得。獨(dú)立控制提供了如下優(yōu)點(diǎn)解決了磁場對傳感器106特性的影響對于χ方向和y方向是不同的。獨(dú)立控制允許增加零橫向場分量的區(qū)域，從而減輕了對傳感器106相對于主體102的極精確定位的需要，并且此外通過精確地提供最大操作所需的磁場而增加傳感器106的靈敏度。然而，要注意的是，在一些實(shí)施例中傳感器106可能不是以最大靈敏度工作的，即從獲得最大靈敏度的中心偏心。如稍后將繼續(xù)更詳細(xì)地描述的，這可以通過沿橫向χ方向或y方向之一滑動傳感器106而以方便的方式實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，開口 104可以至少在傳感器106所位于的垂直區(qū)域內(nèi)以主體102 為界。此外，在實(shí)施例中，對于延伸超過傳感器位置的垂直區(qū)域，開口 104也可以橫向地以主體102為界。此外，在實(shí)施例中，開口 104可以完全被主體102的材料包圍。通過上述實(shí)施例，因此可以避免大尺寸的偏置磁體的使用并且可以保持傳感器 106和主體102為小而不會使傳感器106的性能或靈敏度劣化。此外，可以增加獲得零橫向場分量或接近零的橫向場分量的區(qū)域，這可以放寬對傳感器106的極精確定位以獲得最大靈敏度的要求。在一些實(shí)施例中，這樣的區(qū)域可以具有在χ方向上從空腔在χ方向上的最大延伸的大約1/8到1/2的延伸。此外，該區(qū)域可以同時具有在y方向上從空腔在y方向上的最大延伸的大約1/8到大約1/2的延伸。因此，與使用大偏置磁體相比，可以實(shí)現(xiàn)價格優(yōu)勢，并且可以保持設(shè)備100的尺寸為小。在一個實(shí)施例中，主體102具有在χ方向和y方向上小于15mm的橫向尺寸。在一個實(shí)施例中，主體102具有在χ方向和y方向上小于IOmm的橫向尺寸。在一個實(shí)施例中，主體102具有在χ方向和y方向上小于7. 5mm的橫向尺寸。在一些實(shí)施例中，主體102在ζ 方向上的尺寸可以小于10mm。主體102可以例如具有矩形或立方體形式，其中χ維度、y維度以及ζ維度中的每個維度上的延伸不短于主體102的χ維度、y維度以及ζ維度上的最大延伸的1/2。雖然圖IA和IB示出了完全由諸如硬磁材料的永磁材料形成的主體102，但是圖 IC和ID示出了另一實(shí)施例，其中主體102包括由可磁化材料形成的部分202A和由永磁材料形成的部分202B。部分202A具有垂直延伸小于部分202B的板形式。然而，其它實(shí)施例可以具有部分202A和202B的其它形式和形狀。部分202A的可磁化材料可以是諸如鐵、鋼、 鋼合金等的軟磁材料。磁材料為可磁化材料提供磁化，以使得部分202A能夠?yàn)閭鞲衅?06 生成偏置磁場?？梢钥闯觯趫DIC和ID的實(shí)施例中開口 104僅形成在部分202A中。然而， 在其它實(shí)施例中，開口 104也可以部分地形成在部分202B中。此外，要注意的是，在其它實(shí)施例中可以包括多個可磁化材料部分和多個磁材料部分以形成復(fù)合主體102。在圖IA至ID的實(shí)施例中，傳感器106相對于垂直方向(ζ軸)布置，以使得傳感器 106在主體102內(nèi)。換言之，傳感器106至少在χ方向和y方向上橫向地以主體102為界。圖IE示出了實(shí)施例，其中傳感器106在χ方向上放置在平面表面部112A和112B 的頂部。平面表面部112A和112B提供在主體102的橫向邊界處。圖IF示出了另一實(shí)施例，其中主體102在χ方向上包括兩個相對的突起114A和 114B。位于相應(yīng)橫向末端的突起114A和114B為主體102提供了緣或“邊界耳(border ear)”，從而允許磁場的χ分量的更有效成形并且為磁場提供了增加的線性度。放置在邊界或邊界區(qū)處的突起導(dǎo)致在邊界或者靠近邊界的局部區(qū)域處具有主體102的最大延伸。突起 114A和114B也可以形成橫向固定或支撐以在橫向方向上將傳感器設(shè)備106維持和保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。突?14A和114B也可以被提供用于保持傳感器106在y方向上的位置。然而，在一個實(shí)施例中，突起114A和114B僅可以被提供成使得傳感器106可以沿著y方向至少從一側(cè)滑動到主體102中。圖IG示出了另一實(shí)施例，其中突起114A和114B具有帶有外伸(overhanging)表面的吊架狀(crane-like)形式。圖IG中的突起114A和114B的吊架狀形式允許獲得磁場的甚至增加更多的線性度以及因此磁場的更有效成形。除了提供磁場的具有更高線性度的更有效成形之外，獲得了在χ方向上的位置固定以及在垂直方向上的位置固定的協(xié)同效果。位置固定可以例如在模制步驟期間有利地使用，其中利用模具材料對傳感器106和磁體一起過模制(over molded)以獲得對傳感器106和主體102的保護(hù)。圖IH示出了實(shí)施例，其中開口 104在垂直方向上穿透整個主體102以在主體102 中形成洞。在根據(jù)圖IH的實(shí)施例中，傳感器106完全放置在主體102內(nèi)。圖IH示出了開口 104具有相對于垂直方向的傾斜表面，以使得χ方向上的寬度朝向傳感器106增加。然而，其它實(shí)施例可以提供相對于垂直方向的其它傾斜或者沒有傾斜?，F(xiàn)在已描述了實(shí)施例的截面圖，圖2A至2C示出了可以應(yīng)用于關(guān)于圖IA至IH描述的每個實(shí)施例的示例性頂視圖。圖2A示出了主體102的頂視圖，其中開口 104具有棱錐形狀或八面體的一半的形狀。在圖3A中示出了在關(guān)于圖IE描述的實(shí)施例中提供時的棱錐形狀的三維視圖。此外， 在圖:3B中示出了當(dāng)應(yīng)用于如關(guān)于圖IG描述的、在橫向邊界處具有突起的實(shí)施例時的棱錐形狀的三維視圖。雖然圖2A以頂視圖示出了棱錐形狀具有方形形式，但是可以注意的是，在實(shí)施例中也可以提供在X和y方向上的延伸為不同的矩形形式。圖2B示出了主體102的頂視圖，其中開口 104具有帶有16個表面的多面體的一半的形狀。在實(shí)施例中，開口 104可以具有規(guī)則多面體或規(guī)則多面體的部分的形式。圖2C示出了根據(jù)另一實(shí)施例的主體102的頂視圖，其中開口 104具有當(dāng)沿垂直線移動時半徑減小的圓形形式。圖2C示出了圓錐形式的開口 104。在另一實(shí)施例中，開口 104 可以具有截錐形式。關(guān)于圖2A至2C示出和描述的每種頂視圖形式可以具有關(guān)于圖IA至IH示出和描述的截面圖之一。例如，圖IF和IG中示出的突起可以被提供用于如關(guān)于圖2A示出和描述的棱錐形狀、用于如關(guān)于圖2B示出和描述的多面體形狀或者用于如關(guān)于圖2C示出和描述的圓錐形狀。圖2A至2C中示出的每個實(shí)施例在x_y平面中具有帶有定義的對稱中心的對稱結(jié)構(gòu)。對于這樣的結(jié)構(gòu)，為零的或基本為零的磁X分量和y分量的區(qū)域包括對稱中心。然而， 其它實(shí)施例可以具有從頂部觀看時非對稱的結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中，形成傳感器106的偏置磁體的主體102可以通過對硬磁材料和 /或軟磁材料進(jìn)行模制來制造。主體102及其幾何形狀的模制可以直接在傳感器106的頂部利用模制工具來進(jìn)行，以作為附加的封裝步驟。在一些實(shí)施例中，主體102和傳感器106 可以集成。在一些實(shí)施例中，主體102和傳感器106可以集成在共同封裝內(nèi)，該共同封裝可以通過在主體102和傳感器106上進(jìn)行模制來形成。在一些實(shí)施例中，主體102可以通過使用粘合膠或者僅利用機(jī)械夾緊機(jī)構(gòu)而裝配在傳感器106上。在一些實(shí)施例中，主體102 可以與傳感器106 —起裝配并且利用模具材料來固定，例如以熱塑料注模工藝而圍繞整個系統(tǒng)模制該模具材料?，F(xiàn)在將關(guān)于圖4A描述示出由主體102偏置的傳感器106的示例性操作的實(shí)施例。圖4A示出了使傳感器106布置在旋轉(zhuǎn)元件402附近以檢測元件402的旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)400。系統(tǒng)400以反偏置方式提供，其中傳感器106布置在生成偏置磁場的主體102與旋轉(zhuǎn)元件402之間。雖然圖4A中示出的主體102對應(yīng)于圖IG中示出的裝置，但是明顯的是， 也可以實(shí)現(xiàn)每個所描述的實(shí)施例。傳感器106可以提供為居中于具有零χ場分量和y場分量的區(qū)域中，以獲得最大靈敏度。在其它實(shí)施例中，傳感器106可以偏離具有零χ場分量和y場分量的區(qū)域的中心或者在該區(qū)域之外以便降低靈敏度。這例如可以通過使傳感器106沿著由突起114A和114b 形成的導(dǎo)向裝置(guide)或支撐而移動遠(yuǎn)離具有零χ分量和y分量的區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。如從圖4A可以看出，旋轉(zhuǎn)元件402能夠旋轉(zhuǎn)，以使得旋轉(zhuǎn)軸定向在y方向上。旋轉(zhuǎn)元件402具有多個磁體404，其中在旋轉(zhuǎn)元件402的表面處提供交替磁化。當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件 402旋轉(zhuǎn)時，磁體404生成的磁場被施加到傳感器106。傳感器106具有沿χ方向的感測方向。傳感器106經(jīng)歷了磁場的χ分量的方向改變，該方向改變由其感測方向在χ方向上的傳感器106來檢測。主體102生成的偏置磁場在工作點(diǎn)處提供傳感器106，以避免飽和和/ 或其它不利影響。圖4Β示出了由與圖IG類似的、具有包括導(dǎo)磁材料的移動元件408的裝置生成的磁場的示例性仿真?？梢钥闯觯黧w102在區(qū)域406內(nèi)生成在主體102內(nèi)基本為零的χ場分量和y場分量?？梢钥闯觯瑓^(qū)域406橫向延伸超過大于開口 104的尺寸的一半。如上所述，按照用途，傳感器106的感測元件可以提供為在區(qū)域406內(nèi)以獲得最大靈敏度或者在區(qū)域406的外部以獲得降低的靈敏度。圖5A示出了用于生成偏置磁場的主體102的截面圖的另一示例。如上所述，在該實(shí)施例中，傳感器106被布置成包括在主體102的延伸內(nèi)。換言之，圖5A中的傳感器106 在三個方向(χ方向、y方向以及ζ方向)中的每個方向上在主體的最大延伸內(nèi)延伸。如在圖5A中可以看出，如以上關(guān)于圖1F、1G、3A和概述的，傳感器106被突起114A和114B 橫向包圍，所述突起114A和114B被橫向布置為形成緣或?qū)蜓b置。開口 104在一些實(shí)施例中可以包括在一側(cè)開口的空腔。圖5A中示出的實(shí)施例例如可以用在用于以霍爾傳感器元件感測磁場的配置中。在圖5A中以虛線示出了主體102內(nèi)的傳感器106，并且傳感器的傳感器元件的位置在圖5A 中以附圖標(biāo)記502來指示。傳感器元件相對于開口的位置502在截面圖中在至少一個橫向方向上是中心。在一些實(shí)施例中，位置502關(guān)于兩個橫向方向(χ軸和y軸)是中心。在圖5A的實(shí)施例中，主體102包括在截面圖中具有表面504A的開口 104，其中表面504A具有角度508大于180°的至少兩個拐角506 (凹彎曲)。在一些實(shí)施例(ζ方向) 中，當(dāng)沿如圖5Α所示的垂直方向看時，至少兩個拐角506可以位于傳感器元件位置502以下。在一些實(shí)施例中，至少兩個拐角506可以具有在與300°之間的范圍中的角508。在一些實(shí)施例中，如圖5Α所示，開口 104的表面504具有兩個在橫向方向上朝向中心510延伸的段504Α。在圖5Α中以虛線示出了中心線。在圖5Α的實(shí)施例中，段504Α為傳感器106提供了支撐。在段504Α的末端，定位拐角506。拐角506在垂直方向上朝向背側(cè)表面102Β提供4mm的開口 104，以使得增強(qiáng)傳感器元件以下的無材料空間。如以下將更詳細(xì)地描述的，這提供了磁場成形效應(yīng)。雖然圖5A示出了拐角為陡峭邊緣，但是可以理解的是，可以提供諸如圓角或圓化表面或具有多個臺階的彎曲表面的其它形式，以提供開口表面的凹彎曲從而如上所述的那樣進(jìn)一步朝向背側(cè)表面102B延伸開口 104。開口 104可以視為包括上部分512和下部分514，其中下部分514開始于拐角506。 如以上已經(jīng)關(guān)于圖明、16、3々、；^說明的，上部分被突起1144、1148沿至少一個方向包圍。第二部分包括可以例如是在主體102中形成的圓錐洞的空腔。傳感器元件可以是位于上部分的中心的單個傳感器元件。在實(shí)施例中，單個傳感器元件可以是單個霍爾傳感器元件。在一些實(shí)施例中，開口的上部分和開口的下部分兩者均可以關(guān)于相同中心線居中。在圖5A的實(shí)施例中形成第二段514，以便在傳感器位置處使磁場的ζ分量成形。 第二段514提供的延伸獲得在第二段514中具有負(fù)場分量的磁場。具有負(fù)場分量的磁場線在傳感器元件位置502處與具有正場分量的磁場線相交，以使得主體102生成的磁場具有零垂直磁場分量(ζ分量)。要理解的是，零垂直分量可以包括精確為零的垂直分量以及基本接近零的垂直分量。此外，要理解的是，在不存在外部磁場的情況下，即在沒有受由例如周圍物體(諸如例如圖4Β的旋轉(zhuǎn)元件)引起的外部磁場影響的情況下，對于主體102生成的磁場，傳感器元件位置處的垂直場分量被提供為零。一旦存在諸如圖4Α中示出的旋轉(zhuǎn)元件的元件，該元件生成的磁場使得在感測元件位置處垂直磁場分量不同于零，這允許感測磁場例如以檢測元件的旋轉(zhuǎn)或位置。傳感器元件位置處的零垂直場分量允許傳感器106關(guān)于由溫度變化或其它環(huán)境影響引起的對傳感器的影響(諸如漂移)具有改進(jìn)的傳感器信號穩(wěn)定性。這樣的變化的影響與絕對信號幅值成比例。對于霍爾傳感器元件，垂直磁場分量確定該檢測。因此，通過將傳感器元件放置在具有零垂直磁場分量的位置處，可以減小或消除對傳感器信號的影響。在圖5Α中，開口 104的第二段514形成為圓錐類型。然而，在其它實(shí)施例中可以提供其它形式，諸如圖5Β中示出的矩形形式。此外，可以形成其它突起114Α、114Β以便為傳感器106提供緣或?qū)蜓b置。圖5Β示出了具有矩形形狀的開口 104的第二段514的主體102的實(shí)施例。此外， 與圖5Α的實(shí)施例相比，圖5Β的實(shí)施例具有稍微不同的突起114Α、114Β。
在圖5B中，描繪了主體102生成的磁場線。從圖5B可以觀察到，具有負(fù)場分量的磁場線520在第二段514中延伸。此外，在圖5B中以附圖標(biāo)記522示出了具有正場分量的磁場線。感測元件的位置502被提供為在具有負(fù)場分量的區(qū)域與具有正場分量的區(qū)域之間的邊界處。圖5C示出了示例圖以示出垂直場分量(圖5C中示出為縱坐標(biāo))與(as a function of)距背側(cè)表面102B的垂直距離(圖5C中示出為橫坐標(biāo))的相關(guān)性?？梢杂^察到，靠近背側(cè)表面102b獲得具有零垂直場分量的第一距離524。然而，由于傳感器元件遠(yuǎn)離生成要檢測的磁場的元件(諸如例如圖4A中示出的旋轉(zhuǎn)元件)，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以不使用該位置。 如圖5C所示，獲得具有零垂直場分量的第二距離526。該第二距離5 對應(yīng)于圖5A和5B 中示出的傳感器元件位置502，并且提供傳感器位置以獲得如上概述的對要感測的磁場具有高靈敏度的改進(jìn)穩(wěn)定性。圖5D示出了與關(guān)于圖5A描述的實(shí)施例對應(yīng)的主體102的三維視圖。在圖5D中可以看出，沿主體102的3側(cè)形成橫向突起114A、114B。主體的至少一側(cè)沒有形成突起114A、 114B,以使得傳感器104可以被引入到主體102中。在最終位置處，傳感器104在至少一個方向上(在圖5D中為χ方向)橫向地被主體102的材料包圍。在另一方向(y方向)上， 傳感器104僅在如下側(cè)橫向地被界定當(dāng)傳感器被引入到主體中時，該側(cè)也可以形成止塊 (stop)。在一些實(shí)施例中，在以上實(shí)施例中描述的主體102可以通過模制工藝來形成。然而，在一些實(shí)施例中，主體102可以通過諸如對原始主體的機(jī)械加工或其它機(jī)械處理的其它技術(shù)來形成。在以上描述中，此處已足夠詳細(xì)地示出和描述了實(shí)施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`此處公開的教導(dǎo)?？梢岳闷渌鼘?shí)施例并且可以從此導(dǎo)出其它實(shí)施例，以使得可以在不背離本公開的范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)和邏輯替換和改變。因此，該具體實(shí)施方式
不要視為具有限制意義，并且各個實(shí)施例的范圍僅由所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所賦予的等同物的全范圍來限定。發(fā)明主題的這些實(shí)施例在此處可以被單獨(dú)地和/或共同地由術(shù)語“發(fā)明”來引用， 這僅僅是為了方便而不旨在主動地將本申請的范圍限于任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思，如果實(shí)際上公開了多于一個的話。因此，盡管此處示出和描述了特定實(shí)施例，但是應(yīng)理解，被考慮用于實(shí)現(xiàn)相同目的的任何裝置可以替代所示出的特定實(shí)施例。本公開旨在覆蓋各個實(shí)施例的任何和所有修改或變化。在回顧以上描述時，以上實(shí)施例以及此處未具體描述的其它實(shí)施例的組合對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的。此外，要注意的是，結(jié)合特定實(shí)體描述的實(shí)施例除了這些實(shí)體中的實(shí)現(xiàn)之外還可以包括在所述描述實(shí)體的一個或多個子實(shí)體或子部分中的一種或多種實(shí)現(xiàn)。形成本發(fā)明的一部分的附圖通過說明而非限制的方式示出了其中可以實(shí)踐主題的特定實(shí)施例。在前述具體實(shí)施方式
中，可以看出，為了簡化本公開的目的而將各個特征一起分組在單個實(shí)施例中。公開的該方法不要被解釋為反映要求保護(hù)的實(shí)施例要求比每個權(quán)利要求中明確記載的更多的特征的意圖。相反，如所附權(quán)利要求所反映的，發(fā)明主題在于少于單個公開的實(shí)施例的全部特征。因此，在此所附權(quán)利要求被合并到具體實(shí)施方式
中，其中每個權(quán)利要求自己可以作為單獨(dú)的實(shí)施例。雖然每個權(quán)利要求自己可以作為單獨(dú)的實(shí)施例，但是要注意的是，雖然在權(quán)利要求中從屬權(quán)利要求可以引用具有一個或多個其它權(quán)利要求的特定組合，但是其它實(shí)施例也可以包括從屬權(quán)利要求與每個其它從屬權(quán)利要求的主題的組合。此處提出了這樣的組合，除非聲明特定組合不是想要的。 此外，要注意的是，說明書中或權(quán)利要求中公開的方法可以通過如下設(shè)備來實(shí)現(xiàn) 該設(shè)備具有用于執(zhí)行這些方法的相應(yīng)步驟中的每個步驟的裝置。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括偏置場生成器，用于為磁傳感器提供磁偏置場，其中所述偏置場生成器被配置成在第一方向上提供使所述傳感器偏置的磁場分量，其中所述偏置場生成器包括具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的橫向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述空腔至少對于沿所述第一方向的段被磁主體或可磁化主體的材料包圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述空腔是所述主體中的淺凹口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述空腔是提供用于使所述磁偏置場成形的磁主體或可磁化主體中的唯一開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述主體包括由可磁化材料形成的第一部分和由永磁材料形成的第二部分，其中所述第一部分被所述第二部分磁化并且其中所述空腔形成在所述第一部分中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述傳感器放置在傳感器位置處，其中所述空腔的橫向?qū)挾仍诔蛩鰝鞲衅魑恢玫姆较蛏显黾印?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述傳感器在第一和第二方向上橫向地被所述主體包圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述傳感器在第一和第二方向上橫向地完全被所述主體包圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述主體生成的磁場被成形為使得至少在局部區(qū)域內(nèi)，所述第二方向上的磁場分量基本為零并且所述第三方向上的磁場分量基本為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述傳感器被布置成使得第二和第三方向上的磁場分量在所述傳感器的位置處為零。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述傳感器位于偏離所述局部區(qū)域的中心，以使得所述傳感器的磁阻元件至少被所述第三方向上的非零磁場分量偏置，所述第三方向上的所述非零磁場分量使得與最大靈敏度相比降低所述傳感器的靈敏度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述主體包括由永磁材料或可磁化材料形成的突起，所述突起被配置成使所述磁場成形并且維持所述磁阻設(shè)備在第二和第三方向的至少一個方向上的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述突起還被配置成維持所述磁阻設(shè)備在所述第一方向上的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括為梯度計(jì)裝置的兩個磁阻元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述傳感器包括霍爾效應(yīng)感測元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述主體包括由所述空腔形成的至少四個傾斜表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述至少四個傾斜表面被布置成形成棱錐形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述空腔在所述第二方向上的寬度和所述空腔在所述第三方向上的寬度在所述第一方向上朝向所述感測元件增加。
19.一種制造方法，包括形成用于在第一方向上為磁傳感器提供偏置磁場的偏置場生成器，其中所述偏置場生成器的形成包括形成帶有空腔的、永磁材料或可磁化材料的主體以使得所述空腔至少在第二和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向；以及布置所述傳感器以使得所述傳感器的感測元件被由所述主體生成的磁場所偏置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述主體的形成包括通過模制來形成所述主體。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述主體的形成包括在至少兩個相對的橫向邊界處形成突起。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述主體被形成為使得所述主體生成的磁場被成形為至少在局部區(qū)域內(nèi)提供在所述第二方向上基于為零的磁場分量以及在所述第三方向上基本為零的磁場分量。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中通過圍繞所述傳感器和所述主體進(jìn)行模制而形成封裝。
24.一種方法，包括使物體旋轉(zhuǎn)；操作磁傳感器以感測所述旋轉(zhuǎn)，所述傳感器被偏置磁場裝置所偏置，所述偏置磁場裝置包括具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的橫向上延伸以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，其中所述第二方向?qū)?yīng)于所述傳感器的最大靈敏度的方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。
25.一種裝置，包括傳感器，用于感測由物體的旋轉(zhuǎn)引起的磁場的改變；偏置磁體，用于使所述傳感器偏置，所述偏置磁體包括主體，所述主體包括永磁材料或可磁化材料，所述主體具有第一方向上的第一最大延伸、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸；以及所述主體中的開口，其中所述傳感器放置在所述開口內(nèi)以使得所述傳感器分別在所述主體的第一、第二和第三最大延伸內(nèi)在第一、第二和第三方向上延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所示的設(shè)備，其中所述傳感器被放置成使得在所述感測元件的位置處獲得零的或接近零的垂直磁場分量。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述開口的表面包括朝向中心橫向延伸的第一段和第二段，其中所述開口的所述表面在每個橫向延伸的段的末端處具有凹彎曲。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述凹彎曲是具有對0°與300°之間的角度的彎曲。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述開口是空腔，或者其中所述開口是在所述第一方向上完全穿透所述主體的洞。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述開口在垂直于所述第一方向的方向上具有橫向?qū)挾?，其中所述橫向?qū)挾妊厮龅谝环较蚋淖儭?br> 31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述主體在所述第一方向上被磁化，并且其中所述傳感器被布置成具有垂直于所述第一方向的最大靈敏度方向。
32.—種設(shè)備，包括磁阻傳感器，包括至少一個磁阻元件；具有開口的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的橫向上延伸以使得所述空腔橫向地完全以所述主體的材料為界。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述磁阻傳感器完全布置在所述主體內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述開口是完全穿透所述主體的空腔或洞。
全文摘要
描述和描繪了涉及針對磁傳感器的磁偏置場的生成的實(shí)施例。本發(fā)明提供一種設(shè)備，其包括偏置場生成器，用于為磁傳感器提供磁偏置場，其中所述偏置場生成器被配置成在第一方向上提供使所述傳感器偏置的磁場分量，其中所述偏置場生成器包括具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的橫向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。
文檔編號G01R33/09GK102435962SQ20111027517
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者斯特林 J., 埃利安 K., 赫爾曼 R., 韋特 T. 申請人:英飛凌科技股份有限公司