信息二维码

手机看新闻

0

TDK技术人员专访 —— 关于“TMR角度传感器”的二三事

   日期:2018-08-01 15:23     来源:TDK中国    
核心提示:TDK的TMR角度传感器是运用TDK在HDD磁头中日月积累的薄膜工艺技术而全新开发的产品。其拥有高灵敏度、高精度、高稳定性的特点,且作为替代霍尔传感器或旋转变压器的车载用传感器而受到高度关注。在之前的推文中我们也曾介绍过该产品,为了进一步解析这一产品,我们采访了解决各项技术课题并最终实现产品化的TDK浅间技术工厂的2位开发技术人员,同时,也将为您揭露TMR角度传感器诞生之前技术方面的一些小插曲。


TDK的TMR角度传感器是运用TDK在HDD磁头中日月积累的薄膜工艺技术而全新开发的产品。其拥有高灵敏度、高精度、高稳定性的特点,且作为替代霍尔传感器或旋转变压器的车载用传感器而受到高度关注。在之前的推文中我们也曾介绍过该产品,为了进一步解析这一产品,我们采访了解决各项技术课题并最终实现产品化的TDK浅间技术工厂的2位开发技术人员,同时,也将为您揭露TMR角度传感器诞生之前技术方面的一些小插曲。




酒井:
TMR角度传感器的开发开始于2009年。ATF(浅间技术工厂)是世界HDD磁头生产基地,在与现任社长石黑先生谈及是否能够通过现有的技术与设备制造出今后的支柱型产品时,最终我们决定既然着手这项工作,就要挑战最高技术难度。

汽车领域是TDK的一大发展领域。因此,我们想到了当时HDD磁头中作为最顶尖读取元件而使用的TMR器件,于是我们尝试通过将该器件用作磁性传感器来开发车载用角度传感器。
平林:
当时,我负责的是HDD磁头设计工作,有一天突然被要求去参加开发工作。现在的开发小组由设计小组、评估小组等多个小组构成,小组整体也变成了一个大家庭,但当初这里包括我在内只有3个人。
酒井:
由于我们挑战的是难度极高的技术领域,因此我们不仅招募了优秀的人才,还尝试寻找能够打破陈规的独特人才。看到他工作在HDD磁头制造第一线的认真态度,同时作为设计小组的组长,他无疑是最佳人选。



平林:
TMR角度传感器的开发是从零开始的。能否鼓足勇气迈出第一步,是新产品开发成功与否的关键所在。酒井先生不仅行事谨慎,他还有大胆的一面,我想这正是他能够作为小组组长,开拓TMR角度传感器开发之路,并成功将其产品化的原因所在。



酒井:
虽然使用薄膜工艺技术制造器件的过程与HDD磁头相同,但产品理念却与HDD磁头有着根本性的差异。同时,由于是车载用途,因此必须确保其在低温至高温的大温度范围内能够拥有稳定特性。



平林:
晶圆工艺与半导体设备制造一样,拥有众多工序,需要花费很多时间。此外,即使传感器器件开发成功,如何将其组入电路中,如何将其与IC进行组合、封装等,需要解决的技术课题仍然堆积如山。虽然经常被问及在开发中最为困难的是哪个方面这个问题,但其中的困难数不胜数,实在难以列举说明。但天生好奇心旺盛可以说是一个优点,因此通过不断的反复尝试,将课题逐一解决,经过数年努力之后,终于看到了成功的希望,2014年也进入了量产化阶段。





酒井:
首先就是它拥有极高的输出。TMR传感器是运用了隧道磁阻效果(TMR)的磁性传感器,表现器件电阻变化比例的MR比在AMR器件中为3%,在GMR器件中为12%左右,然而在TMR器件中达到了100%。因此能够获得相当于AMR传感器20倍、GMR传感器8倍的输出。同时,角度精度优异,温度漂移及老化程度较小,稳定性高也是其特点。这是作为车载用传感器使用的重要特性。
平林:
由于车载用传感器故障会造成十分重大的交通事故,因此我们进行了反复彻底的可靠性试验。我们的客户主要是为汽车制造商提供元件的Tier1(一级供应商)制造商。对于Tier1制造商而言,不仅是传感器,他们需要充分掌握车载电子元件会发生怎样的损坏情况。然而,TMR角度传感器在热冲击试验以及温度循环试验等试验中,即使在远远超过规定的严酷条件下也很难损坏,这反而成为了困扰。在发动机舱中使用的电子元件要求能够应对125℃~150℃的高温。然而,将试验温度提高到170℃时,我们的产品也没有出现异常,之后将温度提高到了200℃以上以后,即使封装树脂发生了变形,导线的镀层也发生了剥离,但传感器器件仍然没有任何问题。
酒井:
原本100次循环的温度循环试验我们增加到了1000次,然而仍然没有出现损坏,最后我们增加到了8000次之后终于出现了故障,正当高兴之际发现只是单纯的封装树脂出现裂纹导致的断线,最终是空欢喜一场。总而言之,传感器器件的坚固程度令人惊异。



酒井:
最初我们是将它作为EPS(电动助力转向)马达的角度传感器进行销售的,但来自客户的询价众多,在量产化开始后的几年时间里,已经接到了许多咨询。

它还可以作为旋转传感器使用。例如在ABS中会计算车轮的滑移率,并调节制动器压力,因此会将霍尔器件或MR器件的旋转传感器作为车轮速度传感器使用。车轮速度传感器是用于检测车轮转速的传感器,但TMR角度传感器是能够替代其使用的。金属线、电动后视镜以及自动空调等,汽车内搭载了众多DC马达。我想TMR角度传感器拥有小型、低耗电量的特点,相信未来会得到更为广泛的运用。同时,由于其精度极高,因此不仅是角度检测,它还有望作为位置传感器使用。

当然,并非所有产品都需要替换为TMR传感器。传感器的性能与价格是需要进行权衡的。如果精度要求较高则使用TMR传感器,而精度要求不高时则可使用其他传感器,区分使用,使其各得其所才是最重要的。





平林:
虽然TMR角度传感器拥有高灵敏度、高精度等特点,但有一些客户并没有充分发挥出它的特点,因此我们希望通过提供组合最佳IC的解决方案,为客户带去更高的实用性以及便利性。
酒井:
不仅是车载用传感器,我们还希望能够运用它小型、轻量、低耗电量的特点,开拓其在穿戴式设备、IoT等领域中的应用。



酒井:
TDK着手开发HDD用薄膜磁头是在上世纪80年代。由于存在众多竞争企业,因此当时的技术竞争十分激烈。

薄膜磁头要求与制造半导体设备相同高要求的薄膜工艺技术,同时还要求具备磁性材料技术,以及评估、模拟技术等综合技术实力。之后竞争公司相继退出,或被淘汰,而TDK则凭借将AMR磁头、GMR磁头、TMR磁头以及最顶尖的HDD磁头产品化,得以立于不败之地,并且成为了世界首屈一指的HDD磁头制造商。我认为,这应该归功于公司成立以来,制造现场中传承至今的技术人员的不屈精神,以及基于核心技术的开发能力。
平林:
不仅如此,尤其在ATF(浅间技术工厂)中已经形成了能够自由进行挑战的风气。作为设备及人才齐聚,通过薄膜工艺技术制造各类传感器的开发基地,我相信今后将会取得更大的发展。

TMR角度传感器
TMR角度传感器为将纳米级别的薄绝缘体势垒层夹于2层强磁性体层(自由层/固定层)之间的结构。固定层的磁化方向被固定,但自由层的磁化方向根据外部磁场方向而变,元件的电阻也随之而变。由此实现了拥有极高输出、精度及稳定性的TMR角度传感器。





TMR角度传感器


 
 
更多>本文相关推荐
0相关评论

推荐阅读
广告
网站首页  |  关于我们  |  联系方式  |  使用协议  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  沪ICP备11026917号-26