專利名稱：磁電變換元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件及其制造方法，尤其涉及一種能通過物品磁場變化而識別物品真?zhèn)蔚拇烹娮儞Q元件及其制造方法。
背景技術：
目前，使用銻化銦材料InSb(簡稱InSb)等磁敏元件組成的磁電變換元件(也稱為磁敏傳感器)用于檢測紙葉狀媒體的磁性的手段是眾所周知的。磁敏傳感器是利用對磁場敏感的半導體InSb晶體(以后稱MR芯片)做成的傳感器，它可隨磁場的變化而改變MR芯片的阻值，將磁場的變化或磁性體的有無檢測出，用電壓的形式輸出。使用磁敏元件的磁敏傳感器的一般構造如圖1所示，由至少兩個成對的磁敏元件11和12串聯(lián)連接，磁敏元件11的另一端與電源相接，磁敏元件12的另一端與地相接，來構成分壓電路。
另外，我們知道一般磁敏元件的磁通量密度在0.1T(特斯拉，磁通量單位)左右，對其施加此密度以上的磁通量時，磁敏傳感器的線性越好，輸出越高，則磁電變換元件的靈敏度越高。加于MR芯片的磁場過小時，其電阻的變化率也小，此時，為了提高傳感器感度，通常的做法是通過用永久磁鐵加偏磁，使傳感器處于高感度狀態(tài)，這樣，傳感器就可以檢測磁性物質(zhì)了。方法如圖2所示，在由二個一對的磁敏元件11和12的附近且能產(chǎn)生垂直于磁敏元件11和12的磁場的地方粘接固定永久磁鐵21，即可起到偏磁的作用。當導磁體接近此磁場時磁場發(fā)生變化，磁場大小變化了則磁敏元件11和12的阻值也變化，因此磁敏元件11和12的節(jié)點的電壓值也隨之變化，從而可得到輸出電壓。
如圖3所示，公知的二個一對的磁敏元件11和12的制造方法是在用玻璃和軟性鐵氧體等素材作成的基板31的上面，利用蒸著或蝕刻法等來形成?；?1的平面度和平行度要求很高，而且要求是電阻率高的材料。基板31的上面被加工形成多組磁敏元件，然后用切割機沿X、Y切割線32連同基板一起切斷，從而獲得多個二個一對的磁敏元件11和12。每個被切割下來的由二個一對的磁敏元件11和12連同基板31、永久磁鐵21以及外殼等構成磁電變換元件。如圖4所示，隔著支撐磁敏元件11和12的基板31的下面固定著永久磁鐵21。有時如圖5所示，將永久磁鐵21固定在電路基板51上。
對于上述的磁敏傳感器來說，只有二個一對的磁敏元件11和12的兩方獲得的磁場強度越接近、其雙方的電阻值越接近、磁電變換元件特性才越好。
一般磁敏傳感器使用的永久磁鐵是直徑和高在4～5mm的圓柱體。其永久磁鐵的磁通量密度如圖6所示以中心位置為軸左右對稱，隨位置不同磁場強度有所不同。并有隨離永久磁鐵的表面距離的加大而磁通量密度衰減的趨勢。正因為此原因、如圖7，圖8，圖9所示，由二個一對的磁敏元件11和12連同基板31所構成的磁電變換元件與永久磁鐵21的中心位置微有偏移71、或微有傾斜81，或產(chǎn)生不平行91等問題時、對二個一對的磁敏元件11和12來說、獲得同等的磁通量是很困難的。為了減少微量偏移71、微量傾斜81、微量不平行91等方面的影響，常采用將永久磁鐵的面積加大或把永久磁石表面與磁敏元件的距離稍稍加大等辦法。不過，磁敏元件11和12與永久磁鐵21的距離增大，則其得到的磁通密度變小，為此必須采用高價格的能獲得高表面磁通量的永久磁鐵或厚度大的永久磁鐵來給與補償。
實際上，以上的各種辦法的采用，對磁敏元件11和12來說，要獲得同等的磁通量還是不容易的，獲得幾乎有同等的電阻值這種特性好的磁電變換元件也是非常困難的。另外，因為磁敏元件11和12和永久磁鐵21之間有粘接著許多中介部品的粘接層以及制造上的粘接工序的增多，很容易產(chǎn)生傾斜度91的問題。
同時，不僅僅二個一對的磁敏元件11和12連同基板31構成的磁電變換元件與永久磁鐵21之間有微量偏移71、微量傾斜81、微量不平行91等，會造成兩個成對的磁敏元件11和12的阻抗值有差異，并且隨環(huán)境溫度的變化也會造成這一對磁敏元件11和12的阻抗值變化率不一致，如圖10所示。因此磁敏元件11和12相串聯(lián)處的輸出電壓值(以下簡稱中點電壓)、也會隨環(huán)境溫度的變化而波動。
即加工過程中基板31的平面度和平行度、基板31的材料、永久磁鐵21的位置固定要求精度都很高。組裝過程中產(chǎn)生的諸多不利的因素以及環(huán)境的溫度都會影響產(chǎn)品的精度、對稱性和抗干擾能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的磁電變換元件結構的不足，本發(fā)明的一個目的在于提供一種制造工序大為減少，小型、精度高、價格低的磁電變換元件。
為了克服現(xiàn)有的磁電變換元件制造方法的不足，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種小型、精度高、價格低的磁電變換元件的制造方法，其制造工序大為減少。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件，包括磁敏元件、永久磁鐵、固定板、導線以及外殼，其特征在于所述磁敏元件為一對的磁敏元件組，并由樹脂緊粘接在永久磁鐵的上方；所述磁敏元件組和永久磁鐵粘接并固定在固定板上方。
一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件的制造方法，其特征在于包含如下步驟1.將銻化銦材料InSb薄板加工形成多組成對的磁敏元件組；2.將上述多組成對的磁敏元件組與未磁化的永久磁鐵素材用樹脂粘接；
3.將成對的磁敏元件連同永久磁鐵素材一起切斷；4.對切斷后的每一塊單一的永久磁鐵素材進行磁化成為永久磁鐵；5.將被分割的成對的磁敏元件組連同永久磁鐵一道粘接固定在固定板上。
本發(fā)明的有益效果是，磁電變換元件使用永久磁鐵作為支撐隨磁場變化而變化的磁敏元件的基板，同時替代了圖4、圖5所示現(xiàn)有技術中的基板31和作為偏磁的永久磁鐵，結構簡單。本發(fā)明的磁電變換元件，其磁敏元件11和12與永久磁鐵21的偏移量和傾斜度小，磁敏元件11和12能獲得同等的磁通量，其電阻值接近，隨溫度變化磁電變換元件的中點電壓的波動也降低了。使用本發(fā)明的制造方法，減少了制造工序，提供了一種小型、精度高、價格低的磁電變換元件。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是現(xiàn)有技術中的磁敏元件的連接方法示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中磁敏元件在加磁場情況下的模式圖；圖3是現(xiàn)有技術中磁電變換元件的制造方法示意圖；圖4是現(xiàn)有技術中磁電變換元件和永久磁鐵固定的模式示意圖；圖5是現(xiàn)有技術中磁電變元件和永久磁鐵以及電路基板的固定的模式示意圖；圖6是通常永久磁鐵的垂直方向磁通量密度增減率示意圖；圖7是現(xiàn)有技術中磁敏元件對于永久磁鐵中心的偏移現(xiàn)象示意圖；圖8是現(xiàn)有技術中磁敏元件對于永久磁鐵的傾斜現(xiàn)象示意圖；圖9是現(xiàn)有技術中磁敏元件對于永久磁鐵的不平行現(xiàn)象示意圖；圖10是磁敏元件隨溫度變化而電阻值變化率和中點電壓變化率統(tǒng)計圖；圖11是本發(fā)明的磁電變換元件的磁敏元件制造方法示意圖；圖12是本發(fā)明的磁電變換元件的磁敏元件切割造成的切斷粉吸附于永久磁鐵上的示意圖；圖13是本發(fā)明的磁電變換元件相互間的吸著示意圖；圖14是本發(fā)明的磁電變換元件的切斷方法示意圖；圖15是本發(fā)明的用磁電變換元件的磁電變換元件的模式圖；圖16是本發(fā)明的電路示意圖；圖17是現(xiàn)有技術中的磁電變換元件和本發(fā)明制作的磁電變換元件的中點電壓比較圖；圖18是現(xiàn)有技術中的磁電變換元件和本發(fā)明制作的磁電變換元件的中點電壓的變化量比較圖。
附圖符號的說明
11、12-磁敏元件；21-永久磁鐵；22-磁力線；31-基板；32-切割線；51-固定板；71-磁電變換元件對于永久磁鐵的偏移；81-磁電變換元件對于永久磁鐵的傾斜度；91-磁電變換元件對于永久磁鐵的不平行度；111-永久磁鐵素材；112-粘接樹脂；121-永久磁鐵的切斷粉；122-被磁化的永久磁鐵；131-永久磁鐵的吸引力；141-切割刀；151-外殼；152-金屬線；153-墊片；154-導線；155-封裝樹脂；161-固定阻抗。
具體實施例方式
本發(fā)明的發(fā)明點在于，磁電變換元件使用小型永久磁鐵作為支撐隨磁場變化而變化的磁敏元件的基板，替代了圖4、圖5所示現(xiàn)有技術中的基板31，小型永久磁鐵不僅起到基板的作用，同時又可以起到偏磁的作用。
用本發(fā)明制作的磁電變換元件，其結構和位置關系如圖15所示，11和12為一對被分割的磁敏元件，所述磁敏元件可采用銻化銦材料；磁敏元件11和12用樹脂112粘接在小型永久磁鐵122上方。被分割的二個一對的磁敏元件11、12和永久磁鐵122粘接固定在固定板51上。固定板51和磁電變換元件由金屬線152進行電氣連接。為使外殼151的內(nèi)側(cè)留有一定的間距，將墊片153放入磁敏元件11、12兩側(cè)，并與磁敏元件11、12保持適當間距，所述墊片153下端固定在固定板51上，上端可用來支撐外殼151。外殼151的內(nèi)部用環(huán)氧樹脂155來封裝。固定板51的導線154連接固定板51，并從磁電變換元件下方引出。所述外殼可以為金屬殼，所述固定板51可以為電路板。
由于，磁敏元件11和12與永久磁鐵122相鄰設置，即距離減小，則其得到的磁通密度變大，為此不必采用高價格的能獲得高表面磁通量的永久磁鐵或厚度大的永久磁鐵，僅僅小型永久磁鐵即可發(fā)揮作用，在此，大大降低了制造和物料成本。
以下為本發(fā)明磁電變換元件的制造方法的詳細說明以前的磁電變換元件，是在玻璃和軟性鐵氧體等素材做成的基板31上加工形成多個磁敏元件，然后用切割機切斷下來。而本發(fā)明如圖11所示，在未磁化的永久磁鐵素材111上面加工形成出許多磁敏元件11和12，利用可控制在微米內(nèi)的切割機精確地將磁敏元件11和12連同永久磁鐵素材111一起切斷，然后再對切斷后的每一塊單一的永久磁鐵素材111進行磁化后作為磁電變換元件的永久磁鐵。如果不這樣，而是將永久磁鐵111磁化后再切斷的話、則產(chǎn)生圖12表示的情況即永久磁鐵122被切斷后，會產(chǎn)生磁粉121，這個磁粉吸附在小型永久磁鐵122表面會影響永久磁鐵素材的特性。更不利的是如圖13所示磁化后的小型永久磁鐵122被切斷后，其相互之間被吸引力131相互吸著，會使磁敏元件11和12破損。
本發(fā)明使二個一對的磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁鐵122的中心可以很精確地保證一致，磁敏元件11和12可獲得同等的磁通量。同時，制造粘接工序因為采用了永久磁鐵素材111與被加工形成的多個成對的磁敏元件11和12粘接在1塊薄板上的方法、雖然這種粘接方法也會稍稍產(chǎn)生傾斜度，但是1塊直徑50mm以上的薄板，切斷后的磁敏元件僅1mm左右，與以前的一個一個粘接的制造方法相比，傾斜度減小。同時制造上也沒有其他粘接工序了、不發(fā)生傾斜度的累積。
按圖順來闡述本發(fā)明的具體實施過程。所要闡述的內(nèi)容是在永久磁鐵素材111上粘接通過蝕刻法加工形成的磁敏元件11和12形成磁電變換元的制造過程。圖11所示的是在1塊InSb薄板上，通過蝕刻法來加工形成多個磁敏元件11和12。將此薄板上與經(jīng)研磨后具有高平行度和高表面精度的永久磁鐵素材111用樹脂112粘接。為了提高永久磁鐵素材111的平面度和表面精度，可以采取平面研磨加工。為了提高永久磁鐵素材111和磁敏抗素子11和12的電氣絕緣性，作為粘接用樹脂112，要用體積阻抗率×1015Ω·cm以上的粘接用樹脂。作為永久磁鐵素材111，要在體積阻抗率×104Ω·cm以上，可以選擇永久磁鐵素材中體積阻抗率高的鐵氧系來作為永久磁鐵素材，如果選用能保持充分絕緣的其他永久磁鐵素材也可以。
這之后請看如圖14。用切割機141沿著切割線32精確地切割，分割成多個二個一對的磁敏元件。因為這時永久磁鐵素材111沒被磁化，所以不會有磁粉吸著問題。當然被切割后的由成對的磁敏元件所構成的磁電變換元件，因為不產(chǎn)生吸引力，所以永久磁鐵素材111也就不會互相吸引，磁敏元件11和12的排列與被分割前一樣不會改變，所以也不會被損壞。這樣切斷后的由二個一對的磁敏元件11和12所構成的磁電變換元件的中心和永久磁鐵素材111的中心是一致的。另外，從圖6上也可以看到永久磁鐵的垂直方向的磁通量密度以永久磁鐵的中心距離0為軸來看左右是對稱的，二個一對的磁敏元件11和12的中心和永久磁鐵21以及被磁化的小型永久磁鐵122的中心如果一致，磁敏元件11和12所通過的磁通量會一樣的，那么磁敏元件11和12也可以有幾乎相等的電阻值。
如圖15所示，將被分割的二個一對的磁敏元件11和12粘接固定在固定板51上。固定板51和由二個一對的磁敏元件11和12所構成的磁電變換元件用金屬線152進行電氣連接。此后為使外殼151的內(nèi)側(cè)留有一定的間距，將墊片153放入后固定。外殼151的內(nèi)部用環(huán)氧樹脂155來封裝。使用沖磁機對被固定在外殼151里面的小型永久磁鐵122進行磁化后作為永久磁鐵。另外，在被切割機分割分離后、一個一個對小型永久磁鐵122進行磁化也可。
用這種方法制作的磁電變換元件，每對磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁鐵122的中心一致，對于每對磁敏元件11和12來說，基本上能通過同等的磁通量。同時，不用像以前那樣在磁敏元件11和12和永久磁鐵之間粘接用作支撐磁敏元件的用玻璃和軟件鐵素體等作成的基板以及在其之間也不用粘接固定板，所以這些中介部件的粘接所產(chǎn)生的不平行91的情況也就沒有了。這樣，加工出來的磁電變換元件的磁敏元件11和12的電阻值幾乎相等，從而使由于溫度變化引起的中點電壓的波動大大減小。
綜上，本發(fā)明的一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件的制造方法，可歸納為如下步驟6.將InSb薄板加工形成多個磁敏元件組11和12；7.將上述多個磁敏元件組11和12與未磁化的永久磁鐵素材111用樹脂112粘接；8.將磁敏元件11和12連同永久磁鐵素材111一起切斷；9.對切斷后的每一塊單一的永久磁鐵素材111進行磁化成為永久磁鐵122；10.將被分割的磁敏元件組11和12連同永久磁鐵122粘接固定在固定板51上；11.用金屬線152對固定板51和磁敏元件組11和12進行電氣連接；12.將墊片153放入并固定；13.用環(huán)氧樹脂155封裝外殼151的內(nèi)部。
用本發(fā)明技術制作的5個磁電變換元件(發(fā)明_no1～no5)和用現(xiàn)有技術制作的5個磁電變換元件(舊方法_no1～no5)，每一個都按圖16構成的橋式電路，測量其不平衡電壓，測試結果如圖17所示。與用現(xiàn)有技術制作的磁電變換元件(舊方法_no1～no5)相比，用本發(fā)明制作的傳感器(發(fā)明_no1～no5)的不平衡電壓小，證明了每對磁敏元件11和12的電阻值接近一致。
另外，將用本發(fā)明制作的5個磁電變換元件(本發(fā)明_no1～no5)和用現(xiàn)有技術制作的5個磁電變換元件(舊方法_no1～no5)都放進環(huán)境實驗裝置中，改變環(huán)境實驗溫度、對每個磁電變換元件都按圖16所示的橋式電路對不平衡電壓的變動進行了測量，其結果如圖18所示。用現(xiàn)有技術制作的磁電變換元件(舊方法_no1～no5)和用本發(fā)明制作的磁電變換元件(本發(fā)明_no1～no5)相比較，用本發(fā)明制作的5個傳感器(本發(fā)明_no1～no5)隨溫度變化的不平衡電壓的變化量小。從這個結果中可以看出隨溫度的變化、其中點電壓的變化值小，理解本發(fā)明的優(yōu)越性。
另外，關于由二個一對的磁敏元件11和12和被磁化的小型永久磁鐵122的距離、本發(fā)明比以前的要小得多，因此永久磁鐵21不需使用高價格高表面磁通量密度的永久磁鐵素材了。同時，因為二個一對的磁敏元件11和12的中心和被磁化的小型永久磁鐵122的中心一致，使用小的永久磁鐵、磁敏元件11和12也可以得到同等的磁通量。還有，為了減少制造工序，小型、精度高、價格低的磁電變換元件的提供也將成為可能。
用本發(fā)明制作的磁電變換元件最廣泛的用途就是識別磁性印刷圖形，所謂磁性印刷就是用配有磁粉的油墨進行的印刷，我們身邊最常見的磁性印刷物是紙幣，如日元、美元、人民元等。但是磁性印刷物上附著物非常少，所以無法用磁鐵吸附起一張紙幣，而一般肉眼是無法識別印刷物上是否附著有磁粉的。用本發(fā)明制作的磁電變換元件，當磁性印刷的通過MR傳感器的檢測面時，MR傳感器的輸出端的電壓波形即發(fā)生變化，雖然磁性印刷物上的磁性非常微小，MR傳感器卻能清楚得地檢測出來。
用本發(fā)明制作的磁電變換元件，MR傳感器是由InSb單結晶制成，感度高，SN比好，同時還具有如下優(yōu)點·被檢體不必緊密接觸傳感器也可以檢測；·輸出電壓值與磁性體的移動速度無關；·被檢部是純電阻，抗誘導干擾能力強；·體積小，安裝方便。
權利要求
1.一種隨磁場變化而電阻值發(fā)生變化的磁電變換元件，包括磁敏元件、永久磁鐵、固定板以及外殼，其特征在于所述磁敏元件為一對磁敏元件組，所述磁敏元件組由樹脂緊粘接在永久磁鐵上方；所述磁敏元件組和永久磁鐵粘接并固定在固定板上方。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種磁電變換元件，其特征在于所述磁敏元件可采用銻化銦材料，所述固定板為電路板。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種磁電變換元件，其特征在于所述磁電變換元件還包括墊片，所述墊片放置在所述磁敏元件組的兩側(cè)，與磁敏元件組保持適當間距，所述墊片下端固定在固定板上，上端支撐外殼。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種磁電變換元件，其特征在于所述固定板和磁電變換元件內(nèi)的其他組件由金屬線進行電氣連接，所述固定板的導線一端連接固定板，另一端從磁電變換元件下方引出。
5.根據(jù)權利要求1、2或4中任何一項所述的一種磁電變換元件，其特征在于外殼的內(nèi)部用環(huán)氧樹脂來封裝。
6.一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件的制造方法，其特征在于包含如下步驟1.將銻化銦材料InSb薄板加工形成多組成對的磁敏元件組；2.將上述多組成對的磁敏元件組與未磁化的永久磁鐵素材用樹脂粘接；3.將成對的磁敏元件連同永久磁鐵素材一起切斷；4.對切斷后的每一塊單一的永久磁鐵素材進行磁化成為永久磁鐵；5.將被分割的成對的磁敏元件組連同永久磁鐵一道粘接固定在固定板上。
7.根據(jù)權利要求6所述的磁電變換元件的制造方法，其特征在于所述永久磁鐵素材經(jīng)研磨后具有高平行度和高表面精度。
8.根據(jù)權利要求7或8所述的磁電變換元件的制造方法，其特征在于所述粘接用樹脂，為體積阻抗率×1015Ω·cm以上的粘接用樹脂。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的磁電變換元件的制造方法，其特征在于所述永久磁鐵素材為體積阻抗率高的鐵氧系。
10.根據(jù)權利要求7所述的磁電變換元件的制造方法，其特征在于還包括如下步驟6.用金屬線對固定板和磁敏元件組進行電氣連接；7.將墊片放入并固定；8.用環(huán)氧樹脂封裝金屬殼的內(nèi)部。
全文摘要
一種隨磁場變化而電阻值變化的磁電變換元件，使用永久磁鐵作為支撐隨磁場變化而變化的磁敏元件的基板，兩個作為一對的磁敏元件組具有同等的磁場，和大體相同的的電阻值；所述磁電變換元件的制造方法是未磁化的永久磁鐵素材上面形成多個磁敏元件組，通過切割機很精度地連同永久磁鐵素材一起切斷，被切斷的每一對磁敏元件挨個地取出對永久磁鐵素材進行磁化后作為永久磁鐵，磁化后的永久磁鐵素材的中心和磁敏元件組的中心大體上一致、磁敏元件組內(nèi)雙方能獲得同等的磁通量。
文檔編號H01L43/00GK1532958SQ200410006598
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權日2003年3月19日
發(fā)明者菊田秀一, 中戶辰康, 前田修, 康 申請人:尼科希株式會社