江苏多维科技有限公司 (MultiDimension Technology Co., LTD. ,英文简称“MDT”，以下简称“多维科技”) 磁传感器晶圆产线制造的芯片产品目前有少数的产品有配套磁铁，大部分芯片的配套磁铁还需客户选购，为了方便客户在选购芯片的同时尽快的熟悉了解如何选择合适的磁铁，本文将从磁铁的成本、温度特性、尺寸和充磁方式四个方面进行详细讲述。从图1中，可对四种常见的磁铁材质钕铁硼、铁氧体、铝镍钴和钐钴做初步的性能了解。

图1 四种常用磁铁材质的性能指标对比图

1、磁铁的成本

在做元器件选型的项目时，如果预期产量很大，比如达到每年百万片 (1M PCS/y) 的元器件采购规模，那么能不能采用铁氧体 (Ferrite) 作为配套磁铁的材质将是首要考虑因素。如图 2 所示，铁氧体是较便宜的常用磁铁材质。

图2 常用磁铁材质的成本对比 (%) 图

在常用磁铁材质中，铁氧体是较便宜的选择，然而它的缺点是剩磁 (Brem) 低，使得安装气隙等条件相同时，要达到同样的芯片表面磁场强度，铁氧体磁铁的体积更大。如图 3 所示，铁氧体是剩磁较低的常用磁铁材质。因此，较为便宜的铁氧体磁铁并不是客户常用的选择，而钕铁硼 (NdFeB) 因其高剩磁的优点则成为了很多客户优先选项。

图3 常用磁铁材质的剩磁参数对比图

2. TMR角度芯片配套磁铁的温度特性

多维科技 TMR 角度芯片和配套磁铁要在高温、室温、低温等环境下运行工作，温度特性是需要考虑的第二项磁铁选择因素。

图4 常用磁铁材质的极限工作温度对比图

「高温退磁」是目标磁铁的重要特征。选择磁铁要考虑在最高工作温度 (比如：T_A=150°C) 时，磁铁退磁后的磁场强度能否达到角度芯片的工作条件要求。多维科技大多数 TMR 角度芯片要求芯片表面磁场强度不低于 200Gs 或 300Gs。如图 5 所示，铁氧体在这 5 种常用磁铁材质中温漂最大。

如果希望磁铁的温度特性好，或是针对一个产量不大，对成本不敏感的项目需求，可以考虑钐钴 (SmCo) 作为配套磁铁。相比较而言，采用钐钴的成本略高，但其它各项性能指标都比较均衡。

图5 常用磁铁材质的温漂参数对比

3. TMR角度芯片配套磁铁的尺寸选择

多维科技多数的 TMR 角度芯片目标磁铁是圆饼形状 (实心) 或圆环形状 (中空)。下图将圆柱形磁铁的外直径约定为 OD，内直径为 ID，圆柱高为 H。

图6 TMR 角度芯片适配的圆环磁铁外形示意图

磁铁尺寸通常要与安装气隙 (AG, Air Gap) 结合在一起考虑。以下论述较为常用的对轴安装 (On-Axis) 工况。

图7 TMR 角度芯片的对轴安装 (On-Axis) 示意图

3.1 在选择对轴安装结构时，磁铁越扁平 (D/H值↗)，磁铁正下方的磁通量分布越均匀，对安装偏心 Δr 的接受度越高。

图8 不同「宽高比」的磁铁尺寸 VS. 安装偏心引入的误差

*磁场仿真结果，仅考虑了磁铁尺寸的影响

3.2 磁路设计的两大要素：磁铁尺寸与安装气隙 (AG)，共同决定芯片表面磁场强度 B。

多维科技 TMR 角度传感器芯片极优的工作表磁通常为 B = 200Gs ~ 800Gs 或 B = 200Gs ~ 1200Gs (单位转换10Gs = 1mT)。

图 9 和图 10 以外直径 OD 和厚度 H 相同的实心磁饼和中空磁环为例，展示了安装气隙 (AG) 对芯片表磁的调节作用。

* 以下举例均假设磁铁材质是钕铁硼，所以剩磁被设为 Brem = 1.2T。

图9 一对极径向充磁磁饼下方的芯片表磁强度示意图

图10 一对极径向充磁磁环下方的芯片表磁强度示意图

4. 磁铁的充磁方式

在选购磁铁时，可以有超十种的充磁方式进行选择。经常使用的充磁方式是「径向充磁」，也是工艺较稳定、制造成本低的充磁方式之一。所以，如果不是特殊的磁路设计需求，建议优先选用径向充磁的磁铁，如图11所示。

图11 普通径向充磁的磁铁示意图

普通径向充磁的多对极磁铁不能用于对轴安装，因为此时磁铁正下方轴心处没有可探测的目标磁场，此时芯片水平磁场矢量和为 0，如图 12 所示。

图12 采用对轴安装结构选用的正确和错误磁铁示意图

推荐某个具体的磁铁规格或许并不能同时满足大多数客户的需求，还是需要先了解文章讲述的磁铁选择的四个因素，在考虑成本、温度特性、尺寸、充磁方式的基础上，参考推荐的磁铁规格，再根据产品结构功能设计需求选择合适的 TMR 角度传感器芯片适配磁铁。

文 /江苏多维科技有限公司 市场部 陈晔