一種磁阻限流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁阻限流器，包括基片、磁阻傳感器層、第一絕緣層、線圈、第二絕緣層、磁屏蔽層及輸入電極和輸出電極。線圈位于磁屏蔽層和磁阻傳感器層之間，第一絕緣層、第二絕緣層分別隔離磁阻傳感器層和線圈、線圈和磁屏蔽層，磁阻傳感器層和線圈串聯(lián)，并連接輸入電極和輸出電極。磁阻傳感器層包括N行陣列式的磁隧道結(jié)行，線圈包括2*N+M（N>1，M=-1或3）行串聯(lián)或N+M（N>1，M=0或2）行并聯(lián)的導電行，電流同方向流入位于隧道結(jié)行之上或下的導電行，且在磁隧道結(jié)行處產(chǎn)生均勻磁場，該磁阻限流器具有響應速度快、可連續(xù)操作、對增減電流均起作用等特點。
【專利說明】一種磁阻限流器【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及磁傳感器【技術(shù)領域】，特別涉及一種新型的磁阻限流器。
【技術(shù)領域】
[0002]在電子電路中，由于工業(yè)電源網(wǎng)絡波動性的存在,例如當電網(wǎng)中接入或者斷開其他電器，以及由于錯誤接線或者元器件失效以及電源電路在開啟時，電容性元件的瞬時充電等因素都可能導致高的電流沖擊，使得電子元器件如LED等受到破壞。與此相對的另一種情況是，電網(wǎng)電壓的波動導致電路中瞬時出現(xiàn)電壓不足，導致工作電流低于正常工作電流值。
[0003]為了解決這個問題，需要采用電熱元件作為限流器來保護電子元件，通過電熱元件自身參數(shù)性能如電阻的改變使得在高電流時能夠增加電阻降低電流，在電流不足時能夠減小電阻來增加電流，并在穩(wěn)定時使得電阻回復至正常電阻值來實現(xiàn)電流的限制作用，以保護電路中的元件。通常采用的電熱元件分為兩種，一種是正電阻溫度系數(shù)的電熱元件，當電流增加時，電熱元件發(fā)熱，溫度升高導致電阻快速增加，從而減小電流幅度。而對于電容性元件存在的電路中例如AC-DC電源電路，在啟動時電容充電導致瞬時峰值電流，則采用另外一種負電阻溫度系數(shù)的電熱元件，即在起始階段具有高的電阻，用于限制開始時的電容充電的瞬時沖擊電流，當電容正常工作時，電阻開始發(fā)熱溫度升高，導致電阻減小，使得消耗減小。
[0004]但是電熱元件用于電流限流，存在著以下缺點和不足:
[0005]I)電熱元件阻值的變化依賴于熱傳導所導致的溫度變化，溫度的上升和下降通常需要一定時間，因此其響應速度較慢，而且溫度的變化依賴于電熱元件所處的環(huán)境，例如環(huán)境溫度的變化，以及電熱元件附近可能存在的其他元件如PCB板等都可能影響其相應量及相應速度；`
[0006]2)如果電路中電流在間隔很短的時間內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生峰值，則電熱元件在開始時能夠產(chǎn)生相應，對于后面發(fā)生的變化，由于溫度無法在短時間內(nèi)恢復到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所以無法發(fā)揮限流作用；
[0007]3)電熱元件只能使得電路中的沖擊電流受到限制，對于電流低于正常值的情況則不能發(fā)揮作用，從而使電流減小幅度得到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種新型磁阻限流器，利用磁隧道結(jié)電阻隨外磁場變化的特點，通過線圈將電流轉(zhuǎn)變成磁場，當電流增加時，磁場增加，導致磁隧道結(jié)電阻增加，從而使得電流增加幅度得到限制，當電路恢復正常時，磁場和電阻能夠迅速回到正常值，或者另一種情況，當電流減小時，磁場減小，磁隧道結(jié)電阻減小，從而使得電流減小幅度得到限制，當電路恢復正常時，磁場和電阻回到正常值。
[0009]本實用新型提供了一種磁阻限流器，包括:基片、輸入電極、輸出電極、磁阻傳感器層、第一絕緣層、線圈、第二絕緣層以及磁屏蔽層；線圈位于磁屏蔽層和磁阻傳感器層之間，第一絕緣層分隔線圈和磁阻傳感器層，第二絕緣層分隔線圈和磁屏蔽層；磁阻傳感器層包括N行陣列式的磁隧道結(jié)行，N為大于I的整數(shù)，每行磁隧道結(jié)行包括一個或多個互聯(lián)的磁隧道結(jié)單元，磁隧道結(jié)行之間以串聯(lián)、并聯(lián)或者混合串并聯(lián)形成磁阻傳感器層的兩端口結(jié)構(gòu)，線圈也具有兩端口結(jié)構(gòu)，磁阻傳感器層的一個端口與線圈的一個端口相接，磁阻傳感器層的另一個端口與輸入電極相連，線圈的另一端口與輸出電極相連；電流經(jīng)輸入電極流入磁阻傳感器層，再經(jīng)線圈從輸出電極流出。
[0010]優(yōu)選的，所述磁阻傳感器層的電阻與流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流所產(chǎn)生磁場成線性關系，或所述磁阻傳感器層的電阻與流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流所產(chǎn)生磁場的絕對值成對稱線性分布特征，當流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流為正常值時，所述磁阻傳感器層的電阻處于最小值或者最大值位置，且隨直流電流增加或減小，其對應電阻也相應增加或減小。
[0011]優(yōu)選的，所述磁隧道結(jié)單元之間的連接方式是串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合，所述磁隧道結(jié)單元的磁敏感軸垂直于磁隧道結(jié)行。
[0012]優(yōu)選的，所述線圈包含(2*N+M)個導電行，其中N>1，M=-1或3，并且所述導電行之間串聯(lián)連接，所述導電行平行于所述磁隧道結(jié)行，部分所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行的上方或下方，另外部分所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行之間，電流正方向流入位于所述磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行，反方向流入位于兩個所述磁隧道結(jié)行之間的導電行。
[0013]優(yōu)選的，線圈包含(N+M)個導電行，其中N>1，M=O或2，并且所述導電行之間并聯(lián)連接，所述導電行平行于所述磁隧道結(jié)行，所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行的上方或下方，電流同方向流入各所述導電行。
[0014]優(yōu)選的，當M>0時，所述線圈的每個導電行的截面的尺寸相同；當]?=0或厘<0時，通過改變所述線圈的導電行的截面尺寸，從而保證在所述磁阻傳感器層的每一磁隧道結(jié)行的位置處產(chǎn)生恒定敏感軸向磁場。
[0015]優(yōu)選的，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層的材料為二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、光刻膠或苯并環(huán)丁烯。
[0016]優(yōu)選的，所述線圈由銅、金或銀這種高導電率金屬材料制成。
[0017]優(yōu)選的，所述磁屏蔽層由NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB 或 FeSiBNbCu 這種高磁導率鐵磁合金制成。
[0018]優(yōu)選的,所述線圈的厚度為1-10 um,所述導電行的寬度為5-40 um,相鄰兩個所述導電行之間的間距為10-100 um。
[0019]優(yōu)選的，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層的厚度均為100-1000 nm。
[0020]優(yōu)選的，所述磁屏蔽層的厚度為1-10 um。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0022](1)本實用新型提供的新型磁阻限流器，完全采用半導體工藝制備，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的一致性；
[0023](2)磁阻傳感器層的電阻和磁場響應速度快，同時還具有更高靈敏度，并具有低功耗的特點，不發(fā)熱，因此受環(huán)境影響較小，可重復性強；
[0024](3)磁阻限流器的工作不受相鄰電流沖擊發(fā)生事件時間的限制，能夠提供即時的響應。
[0025]磁阻限流器除了可以實現(xiàn)通常的對沖擊電流的限制之外，還可以對低于正常值的電流進行限制作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為磁阻限流器的一種拓撲結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(傳感器位于線圈之下)。
[0028]圖2為磁阻限流器的另一種拓撲結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(傳感器位于線圈之上)。
[0029]圖3為典型N行并聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M(M=3)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0030]圖4為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M (M=3)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0031]圖5為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=2)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0032]圖6為典型N行并聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=2)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的的俯視圖。
[0033]圖7為典型N行并聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=O)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0034]圖8為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=O)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0035]圖9為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M (M=_l)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0036]圖10為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M (M=-1)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0037]圖11為典型N行并聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=O)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0038]圖12為典型N行并聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M (M=-1)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0039]圖13為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和2*N+M (M=-1)行串聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0040]圖14為典型N行串聯(lián)磁隧道結(jié)行和N+M (M=O)行并聯(lián)導電行磁阻限流器的俯視圖。
[0041]圖15為磁屏蔽層和通電串聯(lián)導電行線圈磁力線的分布圖。
[0042]圖16為磁屏蔽層和通電串聯(lián)導電行線圈在磁阻傳感器層所產(chǎn)生敏感軸向磁場分量的分布圖。
[0043]圖17為通過增加串聯(lián)導電行兩端截面尺寸如增加寬度后在磁阻傳感器層所產(chǎn)生的敏感軸向磁場分量的分布圖。
[0044]圖18為磁屏蔽層和通電并聯(lián)導電行線圈磁力線的分布圖。
[0045]圖19為磁屏蔽層和通電并聯(lián)導電行線圈在磁阻傳感器層所產(chǎn)生敏感軸向磁場分量的分布圖。
[0046]圖20為通過減小并聯(lián)線圈兩端截面尺寸如增加寬度后在磁阻傳感器層所產(chǎn)生的敏感軸向磁場分量的分布圖。
[0047]圖21為均勻磁場中空氣層和磁屏蔽層磁場衰減因子計算模型示意圖。
[0048]圖22為空氣層磁場By分量的分布曲線。
[0049]圖23為磁屏蔽層磁場By分量的分布曲線。
[0050]圖24為磁隧道結(jié)單向線性增加電阻-磁場特征曲線圖。
[0051]圖25為磁隧道結(jié)軸對稱線性增加電阻-磁場特征曲線圖。
[0052]圖26為磁阻限流器在直流LED燈電路中的應用示意圖。
[0053]圖27為磁阻限流器在交流LED燈電路中的應用示意圖。
【具體實施方式】
[0054]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本實用新型。
[0055]實施例一
[0056]本實用新型提供了一種磁阻限流器，圖1和2分別對應該磁阻限流器的兩種拓撲結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。該磁阻限流器包括基片I 0-)、磁阻傳感器層2 (2’)、第一絕緣層3 (3’)、線圈4 (4’)、第二絕緣層5 (5’)以及磁屏蔽層6 (6’)。其中線圈4 (4’)位于磁屏蔽層6(6’)和磁阻傳感器層2 (2’)之間，第一絕緣層3 (3’)分隔線圈4 (4’)和磁阻傳感器層2 (2’)，第二絕緣層5 (5’)分隔線圈4 (4’)和磁屏蔽層6 (6’)。在圖1所示的拓撲結(jié)構(gòu)中，磁屏蔽層6位于線圈4之上，磁阻傳感器層2直接位于基片I上，在圖2所示的拓撲結(jié)構(gòu)中，線圈4’位于磁屏蔽層6’之上，磁屏蔽層6’直接位于基片I上。
[0057]磁阻傳感器層2 (2’)包括N行陣列式的磁隧道結(jié)行，N為大于I的整數(shù)，每行磁隧道結(jié)行包括一個或多個互聯(lián)的磁隧道結(jié)單元，磁隧道結(jié)單元之間可以是串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接，磁隧道結(jié)單元的磁敏感軸垂直于磁隧道結(jié)行。磁隧道結(jié)行之間以串聯(lián)、并聯(lián)或者混合串并聯(lián)形成磁阻傳感器層的兩端口結(jié)構(gòu)，線圈4 (4’)也具有兩端口結(jié)構(gòu)。圖3-14為磁阻限流器的俯視圖，可以看出，磁阻傳感器層2 (2’)的一個端口與線圈4 (4’)的一個端口相連，另一個端口與輸入電極8相連，線圈的另一個端口與輸出電極7相連，從而磁阻傳感器層和線圈之間形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，電流經(jīng)輸入電極8流入磁阻傳感器層2(2’)，再經(jīng)線圈4 (4’)從輸出電極7流出。線圈4 (4’)包括多個導電行，其行數(shù)與磁隧道結(jié)行數(shù)N相關，且兩者相互平行，磁隧道結(jié)行位于導電行之上或之下位置。
[0058]磁阻傳感器層2 (2’)和線圈4 (4’)具有如下幾種不同的形式:
[0059]在圖3-6所示磁阻限流器中，磁阻傳感器層包括N個陣列式的磁隧道結(jié)行，每行中的磁隧道結(jié)單元串聯(lián)連接，磁隧道結(jié)行之間串聯(lián)形成如圖4、圖5中所示的磁阻傳感層2
(I)的兩端口結(jié)構(gòu)或并聯(lián)形成如圖3、圖6中所示的磁阻傳感層2 (O)的兩端口結(jié)構(gòu)。對于這兩種磁阻傳感器層結(jié)構(gòu),對應的線圈具有兩種結(jié)構(gòu):其一為線圈包括2*N+M (M=3)個導電行，且各導電行之間形成如圖3、圖4中線圈4 (O)部分所示的串聯(lián)連接。部分導電行位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，另外部分導電行位于磁隧道結(jié)行之間，電流正方向流入位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行，且這些具有正方向電流的導電行具有相同的截面尺寸，電流反向流入磁隧道結(jié)行之間的導電行，這些具有反方向電流的導電行截面尺寸相同；其二為線圈包括N+M (M=2)個導電行，且各導電行之間形成如圖5、圖6中線圈4 (I)部分所示的并聯(lián)連接，導電行均位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，電流同向流入位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行，且各導電行具有相同截面尺寸。
[0060]在圖7-10所示磁阻限流器中，磁阻傳感器層包括N (N為大于I的整數(shù))個陣列式磁隧道結(jié)行，每個磁隧道結(jié)行中的磁隧道結(jié)單元串聯(lián)連接，磁隧道結(jié)行之間串聯(lián)形成如圖8、圖9中所示的磁阻傳感器層2 (5)的兩端口結(jié)構(gòu)或并聯(lián)形成如圖7、圖10中所示的磁阻傳感器層2 (4)的兩端口結(jié)構(gòu)。對于這兩種磁阻傳感器層結(jié)構(gòu)，所對應的線圈4具有兩種結(jié)構(gòu):其一為線圈包括2*N+M (M=-1)個導電行，且導電行之間形成如圖9、10中線圈4 (4)所示的串聯(lián)連接，。部分導電行位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，另外部分導電行位于磁隧道結(jié)行之間，電流正方向流入位于隧道結(jié)行之上或之下的導電行，反方向流入位于磁隧道結(jié)行之間的導電行，第一個和最后一個位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行的橫截面相對于中間位置的位于隧道結(jié)行之上或之下的導電行的橫截面尺寸增加，以在所對應的磁隧道結(jié)行處產(chǎn)生相同的磁敏感軸磁場分量，即電流在磁阻傳感器層的每一隧道結(jié)行的位置產(chǎn)生恒定敏感軸向磁場。其二為包括N+M (M=O)個導電行，且導電行之間形成如圖7、圖8中線圈4 (5)部分所示的并聯(lián)連接，導電行均位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，電流同方向流入所有位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行，第一個和最后一個位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行的截面向?qū)τ谥虚g位置位于隧道結(jié)行之上或之下導電行的截面尺寸減小，以在所對應的磁隧道結(jié)行處產(chǎn)生相同磁敏感軸向磁場分量。
[0061]在圖11-14所示的磁阻限流器中，磁阻傳感器層包含N=2個平行排列的磁隧道結(jié)行，每個磁隧道結(jié)行中的磁隧道結(jié)單元串聯(lián)連接，磁隧道結(jié)行之間串聯(lián)連接形成如圖13、圖14中所示的磁阻傳感器層2 (3)的兩端口結(jié)構(gòu)或并聯(lián)連接形成如圖11、圖12所示的磁阻傳感器層2 (2)的兩端口結(jié)構(gòu)。對于這兩種磁阻傳感器層，所對應的線圈4具有兩種結(jié)構(gòu)，其一為線圈4包含2*N+M (M=-1)個導電行，且導電行之間串聯(lián)連接形成如圖12、圖13中所示的線圈4 (3)，部分導電行位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，另外部分導電行位于磁隧道結(jié)行之間，電流正方向流入位于隧道結(jié)行之上或之下的導電行，反方向流入位于隧道結(jié)行之間的導電行，第一和最后一個位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行橫截面尺寸相同，在所對應的磁隧道結(jié)行處所產(chǎn)生的相同的磁敏感軸磁場分量。其二為線圈4包含N+M (M=O)個導電行，導電行之間形成如圖11、圖14中所示的線圈4 (2)，導電行均位于磁隧道結(jié)行的上方或下方，電流同方向流入位于隧道結(jié)行之上或之下的導電行，第一個和最后一個位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行橫截面尺寸相同，在所對應的磁隧道結(jié)行處產(chǎn)生的磁敏感軸磁場分量相同。
[0062]圖15所示為對應圖3、圖4中所示的串聯(lián)導電行線圈4 (O)和磁屏蔽層6 (6’)在直流電流流過輸入-輸出電極情況下所產(chǎn)生磁場的矢量分布圖，從圖中可以看出，電流在導電行處產(chǎn)生環(huán)形磁場，經(jīng)過磁屏蔽層6(6’)后強度得到增強。圖16為各導電行在磁隧道結(jié)單元位置沿磁敏感軸方向磁場分量By的分布曲線，可以看出，對應為高磁場幅度的位于隧道結(jié)行之上或之下的具有相同電流方向的導電行所產(chǎn)生的磁場分量By的磁場分布特征相同，而兩端的同向?qū)щ娦兴a(chǎn)生的磁場分量By要高于中間段。因此，磁隧道結(jié)行只有對應于中間段同方向電流導電行時，才能保證所有磁隧道結(jié)單元感受到相同的磁場分量By。
[0063]為了研究磁屏蔽層6 (6’)對磁場分量By分布特征的影響，圖16還顯示了在無磁屏蔽層條件下，磁場分量By的磁場分布特征曲線?？梢钥闯觯浯艌龇让黠@小于有磁屏蔽層的情況。因此，磁屏蔽板層的一個作用就是提高磁場分量By的幅度。
[0064]圖17為對應圖9、圖10中串聯(lián)導電行線圈4 (4)，通過增加兩端導電行截面尺寸以此減小兩端位置處磁場分量By的磁場幅度，從而獲得和中間段相同幅度的磁場分布圖，可以看出，所有對應同方向電流導電行具有相同的磁場幅度，因此隧道結(jié)行可以放置在包括兩端的所有同向?qū)щ娦兄匣蛑隆?br> [0065]對于圖12、圖13中串聯(lián)導電行線圈4 (3)，由于只有兩個位于磁隧道結(jié)行之上或之下的同向?qū)щ娦?，且都處于兩端，顯然其在所對應的磁隧道結(jié)行所產(chǎn)生的沿敏感軸向磁場分量By的幅度相同。
[0066]圖18為對應圖5、圖6中并聯(lián)導電行的線圈4 (I)和磁屏蔽層6 (6’)在直流電流流過輸入-輸出電極情況下所產(chǎn)生磁場的矢量分布圖?？梢钥闯觯艌霏h(huán)繞著導電行，同樣在屏蔽板層6 (6’)中得到增強。圖19為同向電流導電行在磁隧道結(jié)位置處所產(chǎn)生敏感軸向磁場分量By的分布圖，可以看出，在有磁屏蔽層6 (6’)的情況下，其磁場分量By的幅度更高。同樣磁場分量By在中間段導電行處的磁場強度分布相同，而兩端導電行的磁場幅度則要低于中間段。因此，磁隧道結(jié)行只有放置于中間段，才能保證所有磁隧道結(jié)感受到相同的磁場分量By。
[0067]圖20為對應圖7、圖8中并聯(lián)導電行的線圈4 (5)，通過減小兩端導電行的截面尺寸，以此來增加其電流密度，以便提高兩端導電行所對應的磁場幅度，從而使得中間段和兩端導電行產(chǎn)生相同磁場幅度的磁場分量By的磁場分布圖，因此磁隧道結(jié)行可以對應于所有并聯(lián)導電行。
[0068]圖11、圖14所對應的并聯(lián)導電行的線圈4 (2)只包含兩個對應磁隧道結(jié)行的同向?qū)щ娦?，并且位于兩端位置，因此其所產(chǎn)生的的磁場分量By的幅度相同，無需調(diào)整截面尺寸。
[0069]在圖15和圖18中所用的磁屏蔽層6 (6’)，可以使得線圈4 (4’)的導電行在磁隧道結(jié)單元位置處產(chǎn)生的磁場分量By得到大幅提高，另一方面，還可以使得磁隧道結(jié)單元得到保護，免受外磁場的影響。其對外磁場的衰減模型見圖21，在赫姆霍茲線圈中產(chǎn)生的均勻磁場Bs中，沒有磁屏蔽層6 (6’)時,其磁敏感軸向磁場分量分布如圖22所不,而在增加磁屏蔽層6 (6’)時，其對應Ba磁場分布如圖12所示，其磁場衰減因子約為9:1，即外磁場經(jīng)過磁屏蔽層6 (6’ )之后，其幅度衰減到原來的9分之1，從而有效的保護了磁隧道結(jié)單元。
[0070]磁阻傳感器層的電阻和外磁場關系的特征曲線對磁阻限流器起決定性作用。而特征曲線又取決于磁隧道結(jié)單元中自由層和釘扎層之間的角度關系，同時還取決于特征曲線的偏移。如圖24所示的特征曲線，在正向磁場范圍內(nèi)，隨磁場增加，磁阻傳感器層的電阻線性增加，這種情況適用于直流電路，線圈4 (4’)的導電行所產(chǎn)生的磁場分量By作用于磁隧道結(jié)行，當工作電流為正常值時，磁阻傳感器層的電阻處于最大值或最小值位置，當電路中電流突然減小時，線圈4 (4’)所產(chǎn)生By磁場也減小，磁阻傳感器層2 (2’)的電阻減小，從而使得直流電路中電流減小幅度得到限制；當電路中電流突然增加時，線圈4 (4’)所產(chǎn)生By磁場增加，磁阻傳感器層2 (2’)的電阻增加，從而使得直流電路中電流增加幅度得到限制。
[0071]如圖25所示，磁阻傳感器層的電阻和外磁場特征關系曲線具有軸對稱分布特征，且隨磁場幅度增加，電阻增加。這種情況適用于交流電流電路限流作用，正常工作電流時，磁阻傳感器層的電阻處于最小值或最大值位置，無論是正向電流幅度增加，或者是反向電流幅度增加，都可導致磁阻傳感器層的電阻增加，從而使得交流電流增加幅度得到限制；當電阻位置處于最大值時，當電流小于正常值時，隨磁場減小，導致電阻減小，從而使得電流減小幅度得到限制。
[0072]如圖26所示，交流電源經(jīng)過整流、濾波之后得到直流電流，并經(jīng)磁阻限流器21給LED燈20供電。該磁阻限流器21包括基片I 0-)、磁阻傳感器層2 (2’)、線圈4 (4’)、磁屏蔽層6 (6’)、第一絕緣層3 (3’)、第二絕緣層5 (5’)、輸入電極7和輸出電極9，其中線圈4 (4’)位于磁阻傳感器層2 (2’)和磁屏蔽層6 (6’)之間，第一絕緣層3 (3’)和第二絕緣層5 (5’)分別介于磁阻傳感器層2 (2’)和電流4 (4’)以及電流層4 (4’)和磁屏蔽層6之間，線圈4 (4’)和磁阻傳感器層2 (2’)串聯(lián)，磁阻傳感器層2 (2’)和線圈4 (4’)的另一端口分別連接輸入電極7和輸出電極8。其拓撲結(jié)構(gòu)有兩種形式，其一為磁阻傳感器層2直接位于基片上1，線圈4位于磁阻傳感器層2之上，而磁屏蔽層6位于頂部，其二為磁屏蔽層6’直接位于基片I’上，磁阻傳感器層2’位于頂部，線圈4’位于磁阻傳感器層2’之下。磁阻傳感器層2 (2’)包括N (N為大于I的整數(shù))個陣列式的磁隧道結(jié)行，每行內(nèi)磁隧道結(jié)單元串聯(lián)連接，磁隧道結(jié)行之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接成兩端口結(jié)構(gòu)，磁隧道結(jié)單元的磁敏感軸垂直于磁隧道結(jié)行。對應線圈則有兩種連接方式，其一為導電行串聯(lián)連接，包含2*N+M (M=-1或3)個導電行，電流正向流入位于磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行,反向流入位于磁隧道結(jié)行之間的導電行，其二為導電行并聯(lián)連接，包含N+M (M=O或2)個導電行，電流同向流入位于隧道結(jié)行之上或之下的導電行。M>0時，線圈的導電行可以具有相同的截面尺寸，此外各導電行橫截面尺寸可以變化以在其上或其下的磁隧道結(jié)單元處產(chǎn)生相同的沿敏感軸向的磁場分量。
[0073]其中，第一絕緣層3 (3’)、第二絕緣層5 (5’)的組成材料為二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、光刻膠或者苯并環(huán)丁烯等材料，其厚度為100-1000 nm，線圈4(4’)為Cu，Au或Ag等高導電率材料，其厚度在1-10 um范圍內(nèi)，導電行寬度為5-40 um，相鄰導電行之間的間距為10-100 um。磁屏蔽層 6 (6，)為 NiFe，CoZrNb，CoFeSiB，CoFeB，F(xiàn)eSiB，F(xiàn)eSiBNbCr 等高磁導率合金材料，其厚度在1-10 um范圍內(nèi)。
[0074]直流電流經(jīng)過輸入電極7流入磁阻傳感器層2 (2’)，后流入線圈4 (4’)，最后通過輸出電極8流出。當交流電源電壓出現(xiàn)波動導致電路工作電流增加時，線圈4 (4’)的導電行中電流增加，導致其在磁隧道結(jié)行所產(chǎn)生的敏感軸向磁場分量By增加，由于此時磁阻傳感器層具有單向線性增加電阻-磁場特征，且正常工作電流時，電阻處于最小值位置，因此磁場增加導致磁阻傳感器層的電阻增加，從而使得電流增加幅度得到限制，LED燈20得到保護，當電源電壓恢復正常時，電流幅度恢復正常，磁阻傳感器層的電阻和磁場均恢復到起始值；另外一種情況是，由于交流電源電壓波動導致電路中工作電流減小時，導電行中電流減小導致其在磁隧道結(jié)行所產(chǎn)生的磁敏感軸向磁場分量By減小，此時磁阻傳感器層依舊選擇具有單向線性增加電阻-磁場特征，工作電流正常時，電阻處于最大值位置，因此磁場減小導致磁阻傳感器層的電阻減小，從而使得電流減小幅度得到限制。
[0075]如圖27所示，磁阻限流器結(jié)構(gòu)如上所述，而交流電源直接給LED燈22_23供電，LED燈通過正向和反向并聯(lián)連接，當交流電源在正半周范圍內(nèi)工作時，正向LED燈22工作，當交流電流在負半周工作時，反向LED燈23工作。磁阻限流器24與LED燈22-23串聯(lián)，交流工作電流經(jīng)過輸入電極7流入磁阻傳感器層2 (2’)，后流入線圈4 (4’)，經(jīng)電流輸出電極8流出。此時選擇具有對稱電阻-磁場特征的磁阻傳感器層，且電阻隨磁場幅度增加而增加，工作電流為正常值時，電阻處于最小值位置，當交流電源在正向產(chǎn)生波動時，磁場分量By在正向的幅度增加，從而導致磁阻限流器的電阻增加，使得正向電流幅度得到限制，LED燈22得到保護，當交流電源在反向產(chǎn)生波動時，磁場分量By在反向的幅度增加，磁阻限流器的電阻同樣增加，使得反向電流幅度得到限制，LED燈23得到保護，當交流電源恢復正常時，電流恢復正常，此時感應磁場分量By和磁阻傳感器層的電阻恢復正常，使得LED燈恢復正常狀態(tài)。另一種情況是交流電源波動導致工作電流減小，此時仍居選擇具有對稱電阻-磁場特征的磁阻傳感器層，交流電流正負半周分別對應磁場-電阻正負半周，并且工作電流正常時電阻分別處于對應的最大值位置，當工作電流減小時，導致磁場分量By減小，從而使磁阻傳感器層的電阻減小，從而使得電流減小幅度得到限制。
[0076]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁阻限流器，其特征在于:其包括: 基片、輸入電極、輸出電極、磁阻傳感器層、第一絕緣層、線圈、第二絕緣層以及磁屏蔽層； 線圈位于磁屏蔽層和磁阻傳感器層之間，第一絕緣層分隔線圈和磁阻傳感器層，第二絕緣層分隔線圈和磁屏蔽層； 磁阻傳感器層包括N行陣列式的磁隧道結(jié)行，N為大于I的整數(shù)，每行磁隧道結(jié)行包括一個或多個互聯(lián)的磁隧道結(jié)單元，磁隧道結(jié)行之間以串聯(lián)、并聯(lián)或者混合串并聯(lián)形成磁阻傳感器層的兩端口結(jié)構(gòu)，線圈也具有兩端口結(jié)構(gòu)，磁阻傳感器層的一個端口與線圈的一個端口相接，磁阻傳感器層的另一個端口與輸入電極相連，線圈的另一端口與輸出電極相連；電流經(jīng)輸入電極流入磁阻傳感器層，再經(jīng)線圈從輸出電極流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述磁阻傳感器層的電阻與流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流所產(chǎn)生磁場成線性關系，或所述磁阻傳感器層的電阻與流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流所產(chǎn)生磁場的絕對值成對稱線性分布特征，當流經(jīng)輸入電極-輸出電極的電流為正常值時，所述磁阻傳感器層的電阻處于最小值或者最大值位置，且隨直流電流增加或減小，其對應電阻也相應增加或減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述磁隧道結(jié)單元之間的連接方式是串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合，所述磁隧道結(jié)單元的磁敏感軸垂直于磁隧道結(jié)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述線圈包含2*N+M個導電行，其中N>1，M=-1或3，并且所述導電行之間串聯(lián)連接，所述導電行平行于所述磁隧道結(jié)行，部分所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行的上方或下方，另外部分所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行之間，電流正方向流入位于所述磁隧道結(jié)行之上或之下的導電行，反方向流入位于兩個所述磁隧道結(jié)行之間的導電行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:線圈包含N+M個導電行，其中N>1, M=O或2，并且所述導電行之間并聯(lián)連接，所述導電行平行于所述磁隧道結(jié)行，所述導電行位于所述磁隧道結(jié)行的上方或下方，電流同方向流入各所述導電行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述一種磁阻限流器，其特征在于:當M>0時，所述線圈的每個導電行的截面的尺寸相同；當M=O或M < O時，通過改變所述線圈的導電行的截面尺寸，從而保證在所述磁阻傳感器層的每一磁隧道結(jié)行的位置處產(chǎn)生恒定敏感軸向磁場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述第一絕緣層、所述第二絕緣層的材料為二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、光刻膠或苯并環(huán)丁烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述線圈由銅、金或銀這種高導電率金屬材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述磁屏蔽層由NiFe、CoFeSiB、CoZrNb> CoFeB、FeSiB或FeSiBNbCu這種高磁導率鐵磁合金制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述線圈的厚度為1-10um，所述導電行的寬度為5-40 um，相鄰兩個所述導電行之間的間距為10-100 um。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述第一絕緣層、所述第二絕緣層的厚度均為100-1000 nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種磁阻限流器，其特征在于:所述磁屏蔽層的厚度為1-10um。
【文檔編號】H01L43/08GK203481806SQ201320459717
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】周志敏, 詹姆斯·G·迪克 申請人:江蘇多維科技有限公司