(57)【要約】【課題】本開示は、磁気センサに関して、高温下における検出特性の変化を抑制することを目的とする。【解決手段】本開示の磁気センサは、基部４０と回路素子２０と磁気抵抗素子１０とリード端子４２と外装樹脂３０とを備え、磁気抵抗素子１０は、基板１３と、基板１３上に配置された絶縁層１４と、絶縁層１４上に配置された磁気抵抗パターン１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄと、磁気抵抗パターン１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄを覆う保護層１５とを有し、絶縁層１４と保護層１５は、ポリイミド樹脂、アリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂のいずれかの樹脂で構成されている。【選択図】図３
2020126952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の上に配置された回路素子と、
前記回路素子の上に配置された磁気抵抗素子と、
前記回路素子とワイヤを介して接続されたリード端子と、
前記基部と、前記回路素子と、前記磁気抵抗素子と、前記リード端子の一部と、を覆った外装樹脂と、を備え、
前記磁気抵抗素子は、基板と、基板上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された磁気抵抗パターンと、前記絶縁層上に配置されて前記磁気抵抗パターンを覆う保護層とを有し、
前記絶縁層と前記保護層は、ポリイミド樹脂、アリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂のいずれかの樹脂で構成されている、磁気センサ。
【請求項２】
前記外装樹脂は、エポキシ樹脂で構成されており、
前記絶縁層と前記保護層は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂のいずれかの樹脂で構成されている、請求項１に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁気センサは、磁気抵抗素子と回路素子を外装樹脂でモールドした構成が知られている。磁気抵抗素子は、基板と、基板上に形成された磁気抵抗パターンと、磁気抵抗パターンを覆う保護層を有している。昨今、磁気抵抗素子は、半導体プロセスによって成形されており、基板は、表面酸化により絶縁化された半導体基板が用いられる。基板材料はシリコンが用いられる。この場合、基板における絶縁層は二酸化シリコンである。磁気抵抗パターンの材料は鉄−ニッケルの合金が用いられる。保護層の材料は二酸化シリコンが用いられる。
【０００３】
なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０１２２７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の磁気センサにおいては、磁気抵抗パターンと接する絶縁層や保護層が二酸化シリコンのような酸化物が用いられており、我々は、高温環境下において磁気抵抗パターンと周囲の酸化物との酸化反応に着目した。つまり、高温環境下における磁気センサの検出特性の変化を課題とした。
【０００６】
そこで、本開示はこのような問題を解決し、磁気センサの高温下における検出特性の変化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様における磁気センサは、基部と、基部の上に配置された回路素子と、回路素子の上に配置された磁気抵抗素子と、回路素子とワイヤを介して接続されたリード端子と、基部と、回路素子と、磁気抵抗素子と、リード端子の一部と、を覆った外装樹脂と、を備え、磁気抵抗素子は、基板と、基板上に配置された絶縁層と、絶縁層上に配置された磁気抵抗パターンと、絶縁層上に配置されて磁気抵抗パターンを覆う保護層とを有し、絶縁層と保護層は、ポリイミド樹脂、アリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂のいずれかの樹脂で構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
この構成により、本開示は磁気センサの高温下における検出特性の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の磁気センサの断面図である。
【図２】図２は、本開示の磁気センサにおける回路素子の上に磁気抵抗素子を配置した状態を示す上面図である。
【図３】図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、本開示の磁気センサの回路ブロック図である。
【図５】図５は、本開示の磁気センサの制御回路における信号処理動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本開示の実施の形態にかかる磁気センサについて図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１１】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。
【００１２】
以下、本開示の一態様の磁気センサについて図を用いて説明する。
【００１３】
図１は磁気センサ１００の断面図である。磁気センサ１００は、磁気抵抗素子１０と、回路素子２０と、外装樹脂３０と、基部４０を有する。回路素子２０は基部４０の上に実装されている。磁気抵抗素子１０は回路素子２０の上に実装されている。磁気抵抗素子１０と回路素子２０はワイヤ４１で適宜接続されている。回路素子２０はワイヤ４１でリード端子４２と適宜接続されている。外装樹脂３０は、磁気抵抗素子１０、回路素子２０、基部４０、リード端子４２の一部を覆っている。リード端子４２の一端は、外装樹脂３０の表面から外側に突出している。
【００１４】
図２は、回路素子２０の上に磁気抵抗素子１０を配置した状態の上面図である。磁気抵抗素子１０は、検出部１１と検出部１２を有している。検出部１１は磁気抵抗パターン１１Ａ〜１１Ｄを有している。検出部１２は磁気抵抗パターン１２Ａ〜１２Ｄを有している。検出部１１と検出部１２の構造は同じである。検出部１１と検出部１２は、上面視において回転方向に４５°傾くように配置されている。
【００１５】
図３は、図２における検出部１１のＡ−Ａ断面図である。なお、検出部１１と検出部１２は同じ構造であるので、ここでは検出部１１について説明し、検出部１２についての説明を省略する。検出部１１は、基板１３と、基板１３の上に配置された絶縁層１４と、絶縁層１４の上に磁気抵抗パターン１１Ｂと、磁気抵抗パターン１１Ｂおよび基板１３を覆う保護層１５を有している。基板１３は、シリコンなどの半導体で構成することができる。磁気抵抗パターン１１Ｂは、異方性磁気抵抗で形成されている。異方性磁気抵抗は、鉄−ニッケル合金等の磁気抵抗効果を有する金属パターンで構成している。異方性磁気抵抗は、検出磁界の向き及び大きさの変化に応じて電気抵抗が変化する。保護層１５と絶縁層１４は、ポリイミド樹脂、アリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂のいずれかの樹脂で構成されている。これらの樹脂は、高耐熱性の樹脂であるとともに、酸化還元反応に寄与しない有機化合物である。なお、保護層１５と絶縁層１４は同種の樹脂とすることが好ましい。磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）は、それぞれ、並設された直線部の端部を交互に接続したミアンダ形状である。以下で、直線部の並設方向をミアンダの延伸方向と称し、直線部の延伸方向を磁気抵抗パターンの延伸方向と称す。保護層１５は複数の開口部１５Ａを有している。開口部１５Ａには磁気抵抗パターン１１Ｂの表面が露出している。この開口部１５Ａから露出した磁気抵抗パターン１１Ｂは、ワイヤ４１が接続されるパッド１６として使用される。複数のパッド１６は、ワイヤ４１が選択的に接続される。
【００１６】
図２における矢印は感磁方向を示す。各磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）においては、感磁方向とミアンダ形状の延伸方向が一致している。また、検出部１１において、磁気抵抗パターン１１Ａと磁気抵抗パターン１１Ｄの感磁方向が一致しており、磁気抵抗パターン１１Ｂと磁気抵抗パターン１１Ｃの感磁方向が一致している。磁気抵抗パターン１１Ａと磁気抵抗パターン１１Ｂの感磁方向は、上面視において回転方向に９０°傾いている。検出部１２において、磁気抵抗パターン１２Ａと磁気抵抗パターン１２Ｄの感磁方向が一致しており、磁気抵抗パターン１２Ｂと磁気抵抗パターン１２Ｃの感磁方向が一致している。磁気抵抗パターン１２Ａと磁気抵抗パターン１２Ｂの感磁方向は、上面視において回転方向に９０°傾いている。
【００１７】
図４は、磁気センサ１００の回路ブロック図である。図５は、回路ブロックにおける信号処理の動作を示す図である。磁気抵抗素子１０は、ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１とホイートストンブリッジ回路ＢＲ２を有している。検出部１１は、ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１を構成する。ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１は、磁気抵抗ＭＲ１，ＭＲ２を直列に接続したブリッジ回路ＢＲ１ａと、磁気抵抗ＭＲ３，ＭＲ４を直列に接続したブリッジ回路ＢＲ１ｂを有している。磁気抵抗ＭＲ１は、磁気抵抗パターン１１Ａで構成される。磁気抵抗ＭＲ２は、磁気抵抗パターン１１Ｂで構成される。磁気抵抗ＭＲ３は、磁気抵抗パターン１１Ｃで構成される。磁気抵抗ＭＲ４は、磁気抵抗パターン１１Ｄで構成される。検出部１２は、ホイートストンブリッジ回路ＢＲ２を構成する。ホイートストンブリッジ回路ＢＲ２は、磁気抵抗ＭＲ５，ＭＲ６を直列に接続したブリッジ回路ＢＲ２ａと、磁気抵抗ＭＲ７，ＭＲ８を直列に接続したブリッジ回路ＢＲ２ｂを有している。磁気抵抗ＭＲ５は、磁気抵抗パターン１２Ａで構成される。磁気抵抗ＭＲ６は、磁気抵抗パターン１２Ｂで構成される。磁気抵抗ＭＲ７は、磁気抵抗パターン１２Ｃで構成される。磁気抵抗ＭＲ８は、磁気抵抗パターン１２Ｄで構成される。
【００１８】
ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１は、ブリッジ回路ＢＲ１ａ、ブリッジ回路ＢＲ１ｂが、基準電位ＶｃとグランドＧＮＤの間に並列に接続されている。磁気抵抗ＭＲ１と磁気抵抗ＭＲ３は、基準電位Ｖｃに接続される。磁気抵抗ＭＲ２と磁気抵抗ＭＲ４は、グランドＧＮＤに接続される。磁気抵抗ＭＲ１と磁気抵抗ＭＲ２の間から中点電位が信号として出力される。磁気抵抗ＭＲ３と磁気抵抗ＭＲ４の間から中点電位が信号として出力される。
【００１９】
ホイートストンブリッジ回路ＢＲ２は、ブリッジ回路ＢＲ２ａと、ブリッジ回路ＢＲ２ｂとが、基準電位ＶｃとグランドＧＮＤの間に並列に接続されている。磁気抵抗ＭＲ５と磁気抵抗ＭＲ７は、基準電位Ｖｃに接続される。磁気抵抗ＭＲ６と磁気抵抗ＭＲ８は、グランドＧＮＤに接続される。磁気抵抗ＭＲ５と磁気抵抗ＭＲ６の間から中点電位が信号として出力される。磁気抵抗ＭＲ７と磁気抵抗ＭＲ８の間から中点電位が信号として出力される。
【００２０】
なお、ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１とホイートストンブリッジ回路ＢＲ２とは、検出磁界の回転に対して検出信号の位相が４５°ずれるように配置されている。以下では、磁気抵抗ＭＲ１とＭＲ２の間から出力される信号をｓｉｎ＋とする。磁気抵抗ＭＲ３とＭＲ４の間から出力される信号をｓｉｎ−とする。磁気抵抗ＭＲ５とＭＲ６の間から出力される信号を信号ｓｉｎ＋から９０°位相がずれた信号ｃｏｓ＋とする。磁気抵抗ＭＲ７とＭＲ８の間から出力される信号を信号ｓｉｎ−から９０°位相がずれた信号ｃｏｓ−とする。
【００２１】
回路素子２０は、差動アンプ２１ａ，２１ｂと演算処理部２２を有している。なお、回路素子２０の説明においては、本開示の説明上必要となる最小構成についてのみ説明する
ものであり、この構成に限定されない。
【００２２】
ホイートストンブリッジ回路ＢＲ１から出力された信号ｓｉｎ＋と信号ｓｉｎ−は、差動アンプ２１ａに入力される。差動アンプ２１ａは、入力された信号ｓｉｎ＋と信号ｓｉｎ−から増幅信号ｓｉｎを生成して出力する。
【００２３】
ホイートストンブリッジ回路ＢＲ２から出力された信号ｃｏｓ＋と信号ｃｏｓ−は、差動アンプ２１ｂに入力される。差動アンプ２１ｂは、入力された信号ｃｏｓ＋と信号ｃｏｓ−から増幅信号ｃｏｓを生成して出力する。
【００２４】
差動アンプ２１ａから出力された増幅信号ｓｉｎと差動アンプ２１ｂから出力された増幅信号ｃｏｓは、演算処理部２２に入力される。演算処理部２２は、入力された増幅信号ｓｉｎと増幅信号ｃｏｓに対してａｒｃｔａｎ演算処理を行う。演算処理部２２は、ａｒｃｔａｎ演算処理された信号ａｒｃｔａｎを出力する。磁気センサ１００は回路素子２０から検出磁界の回転情報を有した信号ａｒｃｔａｎが出力される。
【００２５】
以上のように磁気センサ１００は、各ブリッジ回路（ＢＲ１ａ、ＢＲ１ｂ、ＢＲ２ａ、ＢＲ２ｂ）の中点電位を基にして演算処理を行う。つまり、従来の技術で説明した磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）の表面酸化による磁気抵抗の変化は、磁気センサ１００の検出特性の変化につながる。
【００２６】
なお、従来の検出特性の変化は、上述したように、高温下における磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）の表面酸化による。この表面酸化は、磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）と接する絶縁層１４や保護層１５に含まれる酸素成分によるものである。したがって、本開示の磁気センサ１００のように絶縁層１４および保護層１５を、それぞれ酸化還元反応に寄与しない有機化合物で構成することで、磁気抵抗パターン（１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ）の表面酸化を防止することができる。つまり、高温下における磁気センサ１００の検出特性の変化を防止することができる。また、このような絶縁層１４や保護層１５は、製膜プロセスにフォトリソグラフィーのような汎用プロセスを採用できるので、磁気センサ１００の生産性が高められる。
【００２７】
絶縁層１４と保護層１５を構成する樹脂材料の膜物性を（表１）に示す。なお、ここでいう膜物性は樹脂材料の熱膨張係数を示している。
【表１】
2020126952.tif 000003
（表１）からエポキシ樹脂とポリイミド樹脂の膜物性が近似していることがわかる。
【００２８】
つまり、外装樹脂３０が、エポキシ樹脂で構成されていることから、外装樹脂３０と接
する保護層１５及び絶縁層１４は、外装樹脂３０の膜物性と近似するポリイミド樹脂、エポキシ樹脂で構成することが好ましい。外装樹脂３０と保護層１５と絶縁層１４の膜物性が近似することで、磁気センサ１００の使用環境における温度変化に伴う内部応力の発生が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本開示は、高温下における特性変化が少ない磁気センサを提供することができ、特に車載用途の磁気センサにおいて有効である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  磁気抵抗素子
１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ  磁気抵抗パターン
１３  基板
１４  絶縁層
１５  保護層
２０  回路素子
３０  外装樹脂
４０  基部
４１  ワイヤ
４２  リード端子
１００  磁気センサ
【図１】
2020126952.tif 000004
【図２】
2020126952.tif 000005
【図３】
2020126952.tif 000006
【図４】
2020126952.tif 000007
【図５】
2020126952.tif 000008