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江蘇多維科技有限公司 (MultiDimension Technology Co., LTD. ,英文簡稱“MDT”,，以下簡稱“多維科技”) 磁傳感器晶圓產(chǎn)線制造的芯片產(chǎn)品目前有少數(shù)的產(chǎn)品有配套磁鐵，大部分芯片的配套磁鐵還需客戶選購,，為了方便客戶在選購芯片的同時盡快的熟悉了解如何選擇合適的磁鐵,，本文將從磁鐵的成本、溫度特性,、尺寸和充磁方式四個方面進行詳細講述,。從圖1中，可對四種常見的磁鐵材質(zhì)釹鐵硼,、鐵氧體,、鋁鎳鈷和釤鈷做初步的性能了解。

圖1 四種常用磁鐵材質(zhì)的性能指標(biāo)對比圖

1,、磁鐵的成本

在做元器件選型的項目時,，如果預(yù)期產(chǎn)量很大，比如達到每年百萬片 (1M PCS/y) 的元器件采購規(guī)模,，那么能不能采用鐵氧體 (Ferrite) 作為配套磁鐵的材質(zhì)將是首要考慮因素,。如圖 2 所示，鐵氧體是較便宜的常用磁鐵材質(zhì),。

圖2 常用磁鐵材質(zhì)的成本對比 (%) 圖

在常用磁鐵材質(zhì)中,，鐵氧體是較便宜的選擇,，然而它的缺點是剩磁 (Brem) 低，使得安裝氣隙等條件相同時,，要達到同樣的芯片表面磁場強度,，鐵氧體磁鐵的體積更大。如圖 3 所示,，鐵氧體是剩磁較低的常用磁鐵材質(zhì),。因此，較為便宜的鐵氧體磁鐵并不是客戶常用的選擇,，而釹鐵硼 (NdFeB) 因其高剩磁的優(yōu)點則成為了很多客戶優(yōu)先選項,。

圖3 常用磁鐵材質(zhì)的剩磁參數(shù)對比圖

2. TMR角度芯片配套磁鐵的溫度特性

多維科技 TMR 角度芯片和配套磁鐵要在高溫、室溫,、低溫等環(huán)境下運行工作,，溫度特性是需要考慮的第二項磁鐵選擇因素。

圖4 常用磁鐵材質(zhì)的極限工作溫度對比圖

「高溫退磁」是目標(biāo)磁鐵的重要特征,。選擇磁鐵要考慮在最高工作溫度 (比如：T_A=150°C) 時,，磁鐵退磁后的磁場強度能否達到角度芯片的工作條件要求。多維科技大多數(shù) TMR 角度芯片要求芯片表面磁場強度不低于 200Gs 或 300Gs,。如圖 5 所示,，鐵氧體在這 5 種常用磁鐵材質(zhì)中溫漂最大。

如果希望磁鐵的溫度特性好,，或是針對一個產(chǎn)量不大,，對成本不敏感的項目需求，可以考慮釤鈷 (SmCo) 作為配套磁鐵,。相比較而言,，采用釤鈷的成本略高，但其它各項性能指標(biāo)都比較均衡,。

圖5 常用磁鐵材質(zhì)的溫漂參數(shù)對比

3. TMR角度芯片配套磁鐵的尺寸選擇

多維科技多數(shù)的 TMR 角度芯片目標(biāo)磁鐵是圓餅形狀 (實心) 或圓環(huán)形狀 (中空),。下圖將圓柱形磁鐵的外直徑約定為 OD，內(nèi)直徑為 ID,，圓柱高為 H,。

圖6 TMR 角度芯片適配的圓環(huán)磁鐵外形示意圖

磁鐵尺寸通常要與安裝氣隙 (AG, Air Gap) 結(jié)合在一起考慮。以下論述較為常用的對軸安裝 (On-Axis) 工況,。

圖7 TMR 角度芯片的對軸安裝 (On-Axis) 示意圖

3.1 在選擇對軸安裝結(jié)構(gòu)時,，磁鐵越扁平 (D/H值↗)，磁鐵正下方的磁通量分布越均勻,，對安裝偏心 Δr 的接受度越高,。

圖8 不同「寬高比」的磁鐵尺寸 VS. 安裝偏心引入的誤差

*磁場仿真結(jié)果，僅考慮了磁鐵尺寸的影響

3.2 磁路設(shè)計的兩大要素：磁鐵尺寸與安裝氣隙 (AG)，共同決定芯片表面磁場強度 B,。

多維科技 TMR 角度傳感器芯片極優(yōu)的工作表磁通常為 B = 200Gs ~ 800Gs 或 B = 200Gs ~ 1200Gs (單位轉(zhuǎn)換10Gs = 1mT),。

圖 9 和圖 10 以外直徑 OD 和厚度 H 相同的實心磁餅和中空磁環(huán)為例，展示了安裝氣隙 (AG) 對芯片表磁的調(diào)節(jié)作用,。

* 以下舉例均假設(shè)磁鐵材質(zhì)是釹鐵硼,，所以剩磁被設(shè)為 Brem = 1.2T。

圖9 一對極徑向充磁磁餅下方的芯片表磁強度示意圖

圖10 一對極徑向充磁磁環(huán)下方的芯片表磁強度示意圖

4. 磁鐵的充磁方式

在選購磁鐵時,，可以有超十種的充磁方式進行選擇,。經(jīng)常使用的充磁方式是「徑向充磁」，也是工藝較穩(wěn)定,、制造成本低的充磁方式之一,。所以，如果不是特殊的磁路設(shè)計需求,，建議優(yōu)先選用徑向充磁的磁鐵，如圖11所示,。

圖11 普通徑向充磁的磁鐵示意圖

普通徑向充磁的多對極磁鐵不能用于對軸安裝,，因為此時磁鐵正下方軸心處沒有可探測的目標(biāo)磁場，此時芯片水平磁場矢量和為 0,，如圖 12 所示,。

圖12 采用對軸安裝結(jié)構(gòu)選用的正確和錯誤磁鐵示意圖

推薦某個具體的磁鐵規(guī)格或許并不能同時滿足大多數(shù)客戶的需求，還是需要先了解文章講述的磁鐵選擇的四個因素,，在考慮成本,、溫度特性、尺寸,、充磁方式的基礎(chǔ)上,，參考推薦的磁鐵規(guī)格，再根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能設(shè)計需求選擇合適的 TMR 角度傳感器芯片適配磁鐵,。

文 /江蘇多維科技有限公司 市場部 陳曄