磁性传感器 什么是磁传感器？最常用的磁传感器类型及应用
什么是磁传感器？最常用的磁传感器类型及应用
01 什么是磁传感器？
磁传感器通常是指将磁场的大小和变化转换成电信号。
磁场，以地球磁场(地磁)或磁石为例的磁场是我们熟悉但不可见的现象。将不可见的磁场转化为电信号，以及转化为可见效应的磁传感器一直以来都是研究的主题。
从几十年前使用电磁感应效应的传感器，到如今涉及磁场电效应、磁阻效应、约瑟夫森效应和其他物理现象的应用。
02 典型磁传感器及其应用
现在，利用各种物理效应的传感器已经商业化。以下，我们将重点介绍最常用的磁传感器类型及其应用。
【MR 传感器元件】
MR传感器元件是利用磁阻效应(MR效应)的磁传感器元件。有许多使用不同工作原理的 MR 传感器类型。
MR效应是电阻随磁场变化而变化的现象。这种效应发生在磁性物料(例如铁、镍或钴)中。
在理解MR 效应之前需要先了解电子自旋，以及洛伦兹力如何利用电子电荷起作用。
当电子在铁磁物料(具有一定磁性的物料)中运动时，电子的自旋发生波动，(电子)在磁性物料中的散射概率就会上升或下降。这就是导致 MR 效应的原因。
电子有两个重要参数：电荷和自旋。它们具有相同的负电荷，但电子自旋有两种：向上自旋和向下自旋。1922年通过实验验证了电子自旋，并确认了电子具有电子角动量和磁矩特征。
当电子通过导电物料时，它们会发生散射(电子散射)。电子散射是物料中的静电导致电子偏离其正常轨迹的现象。
洛伦兹力是一种当导电物料中的移动带电粒子(电子)暴露于磁场时所起作用的力。它影响所有带电粒子并且不依赖于电子自旋。
【AMR 传感器元件】
1856年，William Thomson通过观察放置于外部磁场中的铁磁物料，发现了各向异性磁阻效应(AMR效应)。
当铁磁物料中的磁化方向与电流平行时，电子轨道就会垂直于电流，从而产生最大电阻。这增加了依赖于自旋的散射，导致电阻上升。
当磁化方向垂直于电流时，电子轨道就会与电流平行，减少了依赖于自旋的散射，并产生最小电阻。
由磁场状态引起的电阻变化率称为磁阻比率(MR比率)。AMR 传感器元件的 MR 比率约为 5%。AMR传感器元件由于结构简单，常用于磁性开关和旋转传感器。
【TMR 传感器元件】
常温下的隧道磁阻效应(TMR 效应)是日本东北大学Terunobu Miyazaki教授于 1995 年发现的。TMR 传感器元件是利用 TMR 效应的磁传感器元件，是由极薄的纳米级非磁性绝缘层夹在两个铁磁层中间构成。电子隧道通过绝缘层从一个铁磁层穿到另一个铁磁层。这是一种量子力学现象。
当两种铁磁物料的磁化方向平行时电阻减小，不平行时电阻增大。
TMR 交界处的 MR 比率(电阻随磁场状态的变化率)在生产中可达到 100% 以上。在实验室条件下，已达到 1,000% 以上的水平。
由于具有高灵敏度，TMR 传感器元件非常适合用于硬盘磁头或高灵敏度旋转角度传感器。
【霍尔元件】
霍尔元件是霍尔效应的一种应用。Edwin H. Hall于1879年发现的霍尔效应证明了洛伦兹力会产生与电流和磁场方向成直角的电压。该电压称为霍尔电压，根据Fleming左手法则，电压的方向随磁通量的方向而变化。电压的大小和方向(正、负)使得检测磁场(N极、S极)的大小和方向成为可能。
霍尔元件的磁灵敏度不如磁阻传感器元件。但作为不依赖于磁性物料的磁传感器，可以在铁磁场或恶劣环境下使用，因此可用作电流传感器或各种磁性开关。
03 ABLIC的磁传感器
ABLIC 现在提供由硅霍尔元件和信号处理电路构成的霍尔效应传感器和 TMR 传感器IC，同样地融合了信号处理电路。
我们能提供适合您的应用和环境需求的理想产品。
ABLIC致力于打造一个安全宜居的社会，通过我们的技术，利用我们的传感器元件的优势，提出并提供磁传感器解决方案。
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估值10亿元，纳芯微并购麦歌恩，磁传感器行业迎来“新势力”
6月24日，纳芯微（688052.SH） 股价高开，盘中一度涨超11%。消息面上，23日晚间，纳芯微发布公告称，公司拟以现金收购上海麦歌恩微电子股份有限公司（以下简称“麦歌恩”）部分股份及上海莱睿企业管理合伙企业（有限合伙）、上海留词企业管理合伙企业（有限合伙）部分财产份额，本次交易完成后，公司将直接及间接持有麦歌恩79.31%的股份。
麦歌恩是国内最早一批专注磁传感器产品的公司，积累了丰富的产品迭代及技术开发经验。2023年，麦歌恩营业收入达到3亿元，净利润0.19亿元，并承诺2024至2026 年度净利润达到0.39亿元、0.52亿元、0.76亿元。此次并购，麦歌恩估值10亿元。
纳芯微方面表示，其与麦歌恩在产品、技术、市场及客户、供应链等方面具有业务协同基础。从股价反应看，市场对于这笔并购交易亦寄予厚望。
大手笔收购麦歌恩，有何战略意图？
纳芯微成立于2013年5月，2022年4月登陆上交所科创板，目前专注于模拟集成电路研发和销售，聚焦传感器、信号链和电源管理三大产品方向，产品广泛应用于汽车、泛能源、工业及消费电子领域，是数字隔离类芯片、国内汽车电子芯片领导者，国内品类完整的物联网感知芯片提供商。
在磁传感器领域，纳芯微亦有布局，据悉，纳芯微已推出了磁线性电流传感器产品，并在光伏储能客户处量产发货，车规级磁开关、磁轮速传感器等产品在客户端也已完成送样测试。
收购麦歌恩，则是纳芯微进一步聚焦主业发展、提速磁传感器领域发展的战略选择。具体来看，麦歌恩成立于2009年，一直专注于以磁电感应技术和智能运动控制为基础的芯片研发、生产和销售，主要产品包括磁性开关位置检测芯片、磁性电流/线性位置检测芯片、磁性编码芯片、磁传感器及相关模组等，产品广泛应用于消费电子、新能源汽车及工业等领域。
“本次交易事项有助于丰富公司在磁传感器领域的产品品类，进一步提高公司在磁传感器领域的销售规模和市场份额，提升公司在磁传感器领域的竞争力。”纳芯微进一步表示，“交易完成后，公司产品将涵盖磁传感器大部分产品品类和应用场景，可广泛应用于手机终端、无人机、两轮电动车、机器人、智能家居、工业控制、安防、光伏储能、新能源汽车等领域。”
丰富的产品线，将给纳芯微带来更多机会。公司方面指出，纳芯微在头部大客户资源的积累上更为丰富，而麦歌恩则在磁传感器下游领域，包括汽车电子、消费电子及工业驱动等，拥有广泛的客户基础。本次交易后，纳芯微可以结合公司其他信号链、电源管理芯片产品，围绕客户应用形成更具竞争力的解决方案，为更广泛客户提供更高的价值，提升公司整体品牌与市场覆盖率和占有率。
此外，麦歌恩还将给纳芯微带来丰厚的技术积累，在与纳芯微强强联手后，双方有望在磁传感器研发领域“事半功倍”。
据了解，麦歌恩核心团队来自霍尼韦尔、迈凌、美满电子等传感器和半导体头部企业，储备有多项平面霍尔、垂直霍尔、磁阻效应等多种磁感应技术，线性Hall、开关Hall、AMR方向都已经大规模量产，在磁编码器、角度传感器方向，高压、高可靠性产品方向及磁性传感器的基础性研发方向具有一定的技术优势。而纳芯微不仅在Hall方向已在工业、汽车方向持续突破，TMR方向也在持续加强研发投入。
“整合后的双方，将积极整合双方的研发资源，发挥双方的技术优势，优势互补，覆盖磁传感器方向主流技术。”纳芯微方面称。
磁传感器发展空间广阔
纳芯微在磁传感器领域“高歌猛进”推动并购背后，是市场需求持续的增长。
公开资料显示，磁传感器的应用领域广泛，包括汽车、工业、消费电子、能源等等，相较于光传感器，磁传感器具有尺寸小、成本低的优势。方正证券的研报显示，磁传感器市场规模成长动能强劲，2022年达65.1亿元，预计未来几年保持良好增长势头，2027年将增长至146.2亿元，CAGR达17.6%。
汽车行业占磁传感器终端市场的比例最高，2022年达47%，这一行业还被视为磁传感器未来关键的应用领域。中信证券此前指出，在汽车电子场景下，磁传感器可用于实时检测汽车内部信息，并向控制系统或后端电路反馈以实现整体闭环控制，在汽车电动化及智能化的发展浪潮中，磁传感器的单车用量有望持续提升至40~60美元，或将会成为磁传感器行业最重要的增量。
不过，受限于起步较晚等因素，目前磁传感器芯片的国产化率仍处于较低水平，Allegro、Infineon、AKM、TDK、Melexis等5家外企合计占据了国内市场七成份额，汽车磁传感器的市场也由外企把控。
事实上，据券商测算，当前国内厂商的全球市占率约为5%，这也意味着，国内厂家还有广阔的增长空间。作为行业内的“追赶者”，纳芯微已将目光瞄准了汽车行业，积极拓展其在汽车磁传感器市场的业务，不断创新技术、拓展市场，努力缩小与行业领导者之间的差距。
一旦收购麦歌恩成功，纳芯微在收获宝贵技术积累、广泛客户基础、丰富产品迭代的同时，还将成为少数同时具备位置、速度、开关、电流等多品类磁传感器产品和业务布局的企业，有望显著增强其在市场中的份额和竞争力。
中信证券亦指出，近年来，国内厂商在磁传感器领域实现品类扩张，并在客户导入方面进展积极，中长期看好国内汽车产业蓬勃的智能化及电动化升级趋势，推动磁传感器的国产配套需求提升，本土磁传感器芯片厂商有望迎来宝贵发展机遇。
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