CN103995240B - 一种磁电阻z轴梯度传感器芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴磁场分量在XY平面内梯度，从而对磁性介质进行磁成像，其包括Si衬底、分隔Lg距离的两个或两组包含多个通量引导器的集合，以及电互连的磁电阻传感单元排列，磁电阻传感单元位于Si衬底上，且位于通量引导器边缘的上方或下方，通量引导器将Z轴磁场分量转变成平行于Si衬底表面并沿磁电阻传感单元的敏感轴方向，磁电阻传感单元电连接成半桥或者全桥梯度计排列，其中相对的桥臂分隔Lg距离，该传感器芯片可以和PCB、PCB+背磁或PCB+背磁+封装壳样式使用，本发明实现了利用平面敏感磁阻传感器对Z轴磁场梯度的测量，具有小尺寸、低功耗、比Hall传感器具有更高磁场灵敏度等优点。

Description

一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片

技术领域

本发明涉及磁性传感器领域，特别涉及一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片。

背景技术

磁阻梯度传感器广泛应用于齿轮速度传感器、磁性图像传感器，如POS机磁头、验钞机磁头等，通常情况下，磁阻传感器如GMR、TMR传感器具有平面敏感单元，其磁场敏感方向平行于传感器所在的芯片平面，而Hall传感器则具有垂直于平面的Z轴敏感方向，目前Hall传感器在用于磁性图像传感器时，主要有Murata的InSb薄膜材料的Hall效应磁头，基于Z轴磁场分量进行测量。然而不论是基于Z轴磁场分量进行测量的Hall传感器，还是基于平面内磁场分量进行测量的GMR、TMR传感器，都存在一定的问题：

1)由于InSb不是一个标准的材料，采用的是非标准的半导体制造工艺，因此，相对于TMR、GMR等传感器的标准半导体制造工艺来说，其制造工艺较为复杂；

2)目前所有的基于GMR、TMR的磁性图像传感器主要基于平面内磁场敏感方向的，在用于验钞机磁头时，需要使用一个表面切割深槽的背磁体，形状较为复杂，因此表面产生的磁场分布不均匀，而基于InSb的Z轴传感器背磁可以使用一个Z轴方向磁化的背磁块，结构较为简单；

3)相对于GMR、TMR传感器而言，Hall效应传感器磁场灵敏度较低、稳定性差(灵敏度、offset以及电阻)、可重复性差(难于控制offset和灵敏度变化)

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提出了一种磁电阻Z轴梯度计芯片，结合GMR、TMR传感器的标准制造工艺和Z轴传感器背磁的优点，成功解决了以上问题的不足，实现了利用平面敏感磁阻传感器对Z轴磁场梯度的测量，具有小尺寸、低功耗、比Hall传感器具有更高磁场灵敏度等优点。

本发明所提出的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括Si衬底、位于所述Si衬底上的电互连成全桥梯度计或半桥梯度计的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两个或两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向；

所述每组通量引导器包含至少两个通量引导器，所述两个或两组通量引导器之间的间距为Lg，所述全桥梯度计或半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg。

优选的，所述磁电阻传感单元为GMR和/或TMR传感单元。

优选的，所述通量引导器为选自Co、Fe、和Ni中的一种或几种元素组成的软磁合金。

优选的，所述通量引导器为长条形状，其长轴沿Y方向，短轴沿X方向,其长度Ly大于宽度Lx，也大于厚度Lz。

优选的，所述磁电阻传感单元到对应的所述通量引导器的Y轴方向中心线的垂直距离小于或等于1/3*Lx时，能增加所述磁电阻传感单元的磁场工作范围。

优选的，所述磁电阻传感单元的位置到所述Y轴方向中心线的垂直距离越大，或所述通量引导器的厚度Lz越大，或者所述通量引导器的宽度Lx越小，所述磁电阻传感单元的磁场灵敏度越高。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包含两个所述通量引导器，排列成两行一列阵列，其行方向为Y轴方向，列方向为X轴方向，且行间距Lg对应为梯度特征距离。

优选的，所述半桥梯度计中的两个桥臂分别对应于所述两个通量引导器，所述两个桥臂位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，两个所述桥臂上的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。

优选的，所述全桥梯度计中的两个半桥分别对应于所述两个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。

优选的，所述全桥梯度计的两个半桥中任一半桥的两个桥臂分别位于两个通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂对应同一通量引导器且对称分布在该通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。

优选的，每组通量引导器均为2*N(N>1)个，所述两组通量引导器成两行一列的阵列，且行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器成N行一列的阵列，行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg。

优选的，所述半桥梯度计的两个桥臂上的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器，且所述两个桥臂的磁电阻传感单元位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述磁电阻传感单元具有相同敏感方向。

优选的，所述全桥梯度计中的两个半桥的磁电阻传感单元分别对应于所述两组通量引导器的N个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器且位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同敏感方向。

优选的，所述全桥梯度计的两个半桥中任一个半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应于两组通量引导器中的的N个通量引导器且位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元对应同一组通量引导器的N个通量引导器且对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。

优选的，每一所述桥臂的磁电阻传感单元的数量相同，且磁电阻传感单元串联，并联或者混合串并联电互连成两端口结构，且所述桥臂均具有相同电互连结构。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片通过引线键合方式与PCB进行电连接。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片通过硅片通孔(Through Silicon Vias，TSV)与PCB进行电连接。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一PCB上，用于检测永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有高的磁场灵敏度和高于所述永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场的饱和磁场。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一PCB上，所述PCB背面设有一个永磁块以产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有更大于所述永磁体产生磁场的饱和磁场。

优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一PCB上，所述PCB背面设有一用于产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场的永磁体，所述PCB放置于一个封装壳中，所述封装壳包括一个安装支架、位于背部的插针电极，所述PCB和所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片位于所述安装支架中，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有高于永磁体磁场的饱和磁场和高磁场灵敏度。

优选的，所述磁电阻传感单元的敏感方向为X轴方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1磁电阻Z轴梯度传感器芯片及其Z磁场测量原理图。

图2通量引导器及磁电阻单元位置图。

图3双通量引导器半桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的结构示意图。

图4双通量引导器半桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图。

图5双通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的结构示意图。

图6双通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图一。

图7双通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图二。

图8多通量引导器半桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的结构示意图。

图9多通量引导器半桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图。

图10多通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的结构示意图。

图11多通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图一。

图12多通量引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁电阻单元电连接示意图二。

图13多通道引导器全桥结构磁电阻Z轴梯度传感器芯片中桥臂上的磁电阻单元连接图：a串联；b并联。

图14磁电阻Z轴梯度传感器芯片应用于硬磁磁性图像检测示意图。

图15磁电阻Z轴梯度传感器芯片应用于软磁磁性图像磁头示意图。

图16带安装结构的磁电阻Z轴梯度传感器芯片示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

实施例一

图1为磁电阻Z轴梯度计芯片示意图，包括Si衬底1，磁电阻Z轴传感器20，磁电阻Z轴传感器20位于Si衬底1之上，磁电阻Z轴传感器包括2个或2组包含多个磁通量引导器2以及磁电阻单元3(图中包括3(1)或3(2))，磁电阻单元3位于通量引导器2的上方或下方，为了简化，本图只给出了磁电阻单元3位于通量引导器2下方的情况，实际还包括磁电阻单元3位于通量引导器2上方的情况。其中磁电阻单元3电连接成半桥或者全桥结构梯度计。图1还给出了Z轴磁场的测量原理，Z轴磁场4经过通量引导器2之后，由于通量引导器2为高磁导率软磁合金材料，包括Ni，Fe和Co等几种元素组成的软磁合金材料，磁场5(1)或5(2)在靠近通量引导器2上表面或下表面的磁电阻单元3(1)或3(2)附近位置发生偏转，出现了平行于衬底的磁场分量5(3)和5(4)，从而能够被具有平面磁场灵敏度的磁电阻单元3(1)或3(2)探测到。

图2为磁电阻单元3(1)或3(2)与通量引导器2上表面或下表面的位置图，通量引导器2为长条形状，长轴沿Y轴方向，短轴沿X轴方向，磁电阻单元位于距离Y轴方向边缘7(1)或7(2)和Y轴方向中心线6之间的位置Y1或者Y2处，且Y1和Y2相对于Y轴方向中心线6对称，从图1还可以看出，Z轴磁场4经过通量引导器2之后，Y1和Y2两个位置处的X轴方向磁场分量5(4)和5(3)方向相反。

磁电阻单元3为GMR和/或TMR传感单元，其磁场敏感方向为X轴方向，且磁电阻单元3电连接成全桥或者半桥梯度计。需要说明的是，本发明中的磁电阻单元位于通量引导器的上方或下方是指位于磁电阻单元位于通量引导器的各边缘以内的范围的垂直上方或垂直下方。

实施例二

图3和图4为另一种类型的磁电阻Z轴半桥梯度传感器芯片及其电连接图，其中，半桥的两个桥臂上的磁阻单元3(5)和3(6)分别位于通量引导器A1和B1中，且其占据位置分别相同，其同处于Y1或者Y2处，为了便于说明，图3、4只给出了同处于Y1位置的情况，且具有相同的磁场敏感方向，此时，半桥输出信号可以根据如下方式进行计算：

Z轴磁场HZ经过通量引导器后得到X轴方向磁场HX，HZ与HX之间的相互关系为：

HX1＝HZ1*SXZ (1)

HX2＝HZ2*SXZ (2)

其中，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，与通量引导器几何结构、材料性能相关，HZ1、HZ2分别为通量引导器A1和B1所对应的Z轴磁场分量，HX1和HX2分别为经过通量引导器A1和B1后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量。

最终半桥输出信号为

Vout＝HX1*S-HX2*S＝SXZ*HZ1*S-SXZ*HZ2*S

＝SXZ*S*(HZ1-HZ2) (3)

其中，S为灵敏度。

Z轴磁阻梯度传感器芯片测量的Z轴磁场梯度为：

Gradient HZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(Lg*SXZ*S) (4)

可见Z轴磁场梯度正比于磁电阻Z轴半桥梯度传感器芯片的输出信号。

上述Lg是指两个或两组通量引导器之间的距离，也称梯度特征距离。

实施例三

图5-7为全桥结构梯度传感器芯片的结构示意图及其所对应的五种磁电阻单元的电连接图。图5中，通量引导器A1和B1各自所对应的位置Y1，Y2都被分别被全桥的四个桥臂所对应的磁电阻单元3(7)-3(10)所占据，其中图6中，全桥的两个半桥分别对应通量引导器A1和B1，在每个通量引导器的Y1和Y2位置的磁电阻单元具有相同的磁场敏感方向，并且与电极相连的两个桥臂的磁电阻单元具有相同的磁场敏感方向。图5所示的全桥结构梯度传感器芯片的输出信号如式(5)-(7)所示，测量的Z轴磁场梯度如式(8)所示：

V-＝HX1*S-(-HX1)*S＝2*HX1*S (5)

V+＝HX2*S-(-HX2)*S＝2*HX2*S (6)

Vout＝V+-V-＝2*SXZ*S*(HZ1-HZ2) (7)

Gradient HZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(2*Lg*SXZ*S) (8)

图7所示，全桥的两个半桥所对应的两个桥臂分别对应于两个通量引导器A1和B1中的同一位置Y1或Y2，且具有相同的磁场敏感方向，与同一电极相连的两个桥臂的磁电阻单元位于同一通量引导器内的不同位置。图7所示的全桥结构梯度传感器芯片的输出信号如式(9)-(11)所示，测量的Z轴磁场梯度如式(12)所示：

V-＝HX1*S-HX2*S (9)

V+＝-HX1*S-(-HX2)*S (10)

Vout＝V+-V-＝-2*SXZ*S*(HZ2-HZ1) (11)

Gradient HZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝-Vout/(2*Lg*SXZ*S) (12)

实施例四

图8-13所示为多个通量引导器的Z轴梯度传感器及其电连接图，多个通量引导器数目为2*N(N>1的整数)个，且分成两组，即A组和B组，对应于2(11)和2(12)，且排列成两行一列的阵列，其行方向为Y轴方向，列方向为X轴方向，两组的行间距为Lg。此外，A组和B组各自包含N个通量引导器，其中A组N个通量引导器编号分别对应为2(11)-1～2(11)-N，B组N个通量引导器编号分别对应为2(12)-1～2(12)-N,且都排列成N行一列结构，行之间的距离成为梯度特征组间距Ls，其中，Ls远小于Lg，同样每个通量引导器对应两个位置Y1和Y2。

类似于两通量引导器结构Z轴梯度传感器芯片，多组通量引导器Z轴梯度传感器结构也可以分为半桥和全桥两种结构，且分别与双通量引导器Z轴梯度传感器芯片一一对应，不同之处在于，在双通量引导器Z轴梯度传感器芯片中，每个桥臂对应于通量引导器A或B的Y1或Y2位置，而对于多通量引导器Z轴梯度传感器芯片，每个桥臂对应于A组或B组内的N个通量引导器A1-AN或B1-BN所对应的Y1或Y2位置。

图8-9为半桥结构多通量引导器Z轴梯度传感器芯片及其电连接图，其中，构成半桥的两个桥臂所对应的磁电阻单元分别对应于A组的N个通量引导器和B组的N个通量引导器中的相同位置Y1或者Y2，且具有相同的磁场敏感方向。

同样多通量引导器Z轴梯度传感器的全桥结构也有2种。

图10-12为全桥结构的多通道引导器Z轴梯度传感器及其结构图，图10中组成全桥的四个桥臂分别位于A组的N个通量引导器和B组的N个通量引导器各自所对应的两个位置Y1和Y2上。

第一种磁电阻单元连接如图11所示，全桥的两个半桥分别对应于A组的N个通量引导器的Y1/Y2位置，或者B组N个通量引导器的Y1/Y2位置，且位于Y1或Y2位置的磁电阻单元具有相同的磁场敏感方向，并且与同一电极相连的两个桥臂位于A/B或B/A不同通量引导器组内的同一位置Y1或Y2。

第二种磁电阻单元连接如图12所示，全桥的两个半桥中任一半桥所对应的桥臂分别对应于两组通量引导器的N个通量引导器的相同位置Y1或Y2，且具有相同的磁场敏感方向，与同一电极相连的两个桥臂位于同一组通量引导器内的不同位置。

无论双通量引导器或者是多通量引导器类型的磁电阻Z轴梯度传感器芯片，在全桥或者半桥结构中，对应同一通量引导器的位置Y1或Y2，存在多个磁电阻单元，这些磁电阻单元之间可以形成串联结构如图13(a)，也可以形成并联结构如图13(b)，或者形成串并联混合结构，在双通量引导器的磁电阻Z轴梯度传感器中，每个桥臂对应一个通量引导器的Y1或Y2位置，因此，这些磁电阻单元在Y1或Y2位置内通过串联，并联或者混合串并联最终形成两端口结构，形成一个桥臂。

对于多通量引导器结构的全桥或者半桥结构，桥臂对应于A组或B组中的N个通量引导器的同一X或Y位置，因此，除了X或Y位置上的串联，并联或串并混合连接之外，还包括N个通量引导器之间的串联，并联或者混合串并联，最终形成一个两端口结构，构成一个桥臂。

此外，对于半桥结构或者全桥结构的Z轴梯度传感器芯片，每个桥臂具有相同的磁电阻单元数量，其在通量引导器中的串并联电连接结构也相同。

实施例五

图14为磁电阻Z轴传感器芯片应用于硬磁图像识别的结构图，包括PCB6和磁电阻Z轴梯度传感器芯片100，磁电阻Z轴梯度传感器芯片100位于PCB6上，且硬磁磁性图像7位于平行于芯片表面的磁性图像检测面上，硬磁磁性图像7的Z轴磁场分量被磁电阻Z轴梯度传感器芯片100探测到，从而对磁性图像7进行识别，此时磁电阻Z轴梯度传感器芯片要求具有高的磁场灵敏度，且其Z轴方向磁场测量范围大于硬磁磁性图像7所产生的Z轴方向磁场。

实施例六

图15为磁电阻Z轴梯度传感器芯片应用于软磁图像识别或者应用于齿轮传感器的结构图，包括PCB6和背磁块8，磁电阻Z轴梯度传感器芯片100位于PCB6上，且背磁块8位于PCB6背面，且背磁块8的磁化方向垂直于PCB6，即沿着Z轴方向，软磁磁性图像7’位于平行于磁电阻Z轴传感器芯片100的面上，此时磁电阻Z轴梯度传感器芯片要求具有高的磁场灵敏度，且其Z轴方向磁场测量范围大于背磁块8所产生的Z轴方向磁场。

实施例七

图16为磁电阻Z轴梯度传感器芯片的安装结构示意图，在应用于验钞机磁头时，还包括PCB6、背磁块8、以及封装壳200，磁电阻Z轴梯度传感器芯片100安装在PCB6上，背磁块8位于PCB6背面，PCB6和磁电阻Z轴梯度传感器芯片100安装在封装壳200中，封装壳200包括安装支架9，插针电极12，磁电阻Z轴梯度传感器芯片100设计为具有高于背磁块8所产生Z轴方向磁场的饱和磁场和高磁场灵敏度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括：

Si衬底、位于所述Si衬底上的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向；

所述两组通量引导器之间的间距为Lg；

每组通量引导器均为2*N个，N≥1，所述两组通量引导器成两行一列的阵列，且行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器成N行一列的阵列，行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；

所述磁电阻传感单元电互连成半桥梯度计，所述半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述半桥梯度计的两个桥臂上的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器，且所述两个桥臂上的磁电阻传感单元位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述磁电阻传感单元具有相同敏感方向，Z轴磁场梯度为：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝HX1*S-HX2*S＝SXZ*HZ1*S-SXZ*HZ2*S，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，S为灵敏度；

或，所述磁电阻传感单元电互连成全桥梯度计，所述全桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述全桥梯度计中的两个半桥的磁电阻传感单元分别对应于所述两组通量引导器的N个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器且位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同敏感方向，Z轴磁场梯度为：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(2*Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝V+-V-＝2*SXZ*S*(HZ1-HZ2)，V-＝HX1*S-(-HX1)*S＝2*HX1*S，V+＝HX2*S-(-HX2)*S＝2*HX2*S，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，S为灵敏度；

或，所述磁电阻传感单元电互连成全桥梯度计，所述全桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述全桥梯度计的两个半桥中任一个半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应于两组通量引导器中的N个通量引导器且位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元对应同一组通量引导器的N个通量引导器且对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同的敏感方向，Z轴磁场梯度为：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝-Vout/(2*Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝V+-V-＝-2*SXZ*S*(HZ2-HZ1)，V-＝HX1*S-HX2*S，V+＝-HX1*S-(-HX2)*S，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，S为灵敏度。

2.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元为GMR和/或TMR传感单元。

3.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述通量引导器为选自Co、Fe和Ni中的一种或几种元素组成的软磁合金。

4.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述通量引导器为长条形状，其长轴沿Y轴方向，短轴沿X轴方向，其长度Ly大于其宽度Lx和厚度Lz。

5.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元到对应的所述通量引导器的Y轴方向中心线的垂直距离小于或等于1/3*Lx。

6.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元的位置到所述Y轴方向中心线的垂直距离越大，或所述通量引导器的厚度Lz越大，或所述通量引导器的宽度Lx越小，所述磁电阻传感单元的磁场灵敏度越高。

7.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，每一所述桥臂的磁电阻传感单元的数量相同，且磁电阻传感单元串联、并联或者混合串并联电互连成两端口结构，且所述桥臂均具有相同电互连结构。

8.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片通过引线键合方式或硅片通孔(TSV)与PCB进行电连接。

9.根据权利要求l所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一PCB上，用于检测永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片具有高于所述永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场的饱和磁场。

10.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装在一PCB上，所述PCB背面设有一用于产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场的永磁体，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片具有大于所述永磁体产生的Z轴方向磁场的饱和磁场。

11.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装在一PCB上，所述PCB背面设有一用于产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场的永磁体，所述PCB放置于一个封装壳中，所述封装壳包括一个安装支架、位于背部的插针电极，所述PCB和所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片位于所述安装支架中，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片具有高于所述永磁体产生的Z轴方向磁场的饱和磁场。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元的敏感方向为X轴方向。