(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣＢ基板に閉磁路を構成するように軟磁性体が上下に平行に積重して形成された軟磁性コアと、
前記上下の二つの軟磁性コアを交番して、‘８’字形態に捲線された構造を有するように金属膜により形成された励磁コイルと、
及び前記励磁コイルの最外郭面と同じ平面上に前記上下の二つの軟磁性コアを共にソレノイド形態で捲線した構造を有するように金属膜により形成された磁界変化検出用コイルと
を含むことを特徴とする磁界検出素子。
【請求項２】
前記上下の二つの軟磁性コアは各々長さ方向を磁界検出軸方向に形成したことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項３】
プリプレグ両面に接合された金属板からなる第１基板の前記金属板を、励磁コイルを具現するためのパターンによってエッチングする段階と、
前記第１基板のエッチングされた前記各金属板上部にプリプレグと軟磁性体膜を接合して第２基板を形成する段階と、
前記第２基板の両面に接合された各軟磁性体膜をエッチングして上下の軟磁性コアを形成する段階と、
前記上下の軟磁性コアそれぞれの上部にプリプレグと金属板を接合して第３基板を形成する段階と、
前記第３基板の前記軟磁性コアから延びた両側に各々貫通孔を形成する段階；前記各貫通孔をメッキする段階と、
前記第３基板の両面に接合された金属板を励磁コイル及び磁界変化検出用コイルを具現するためのパターンによってエッチングする段階と、
及び前記励磁コイル及び前記磁界変化検出用コイルが形成された前記第３基板上部に電気的通電のためのパッドを形成する段階と
を含むことを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【請求項４】
前記パッドの上段に金をメッキする段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項５】
前記上下の二つの軟磁性コアは各々長さ方向を磁界検出軸方向に形成したことを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界検出素子に関し、特に、ＰＣＢ基板に集積された磁界検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁界検出素子は、目や耳のような人の感覚器官で直接的に感じることはできないが、多様な物理的現象を通じてその存在が立証された磁気エネルギーを人が間接的に感じることはできるように具現した装置である。そのような磁界検出素子として、軟磁性体とコイルを利用した磁気センサーが従来より利用されてきた。磁気センサーは、比較的大きい棒形のコア(core)、または軟磁性リボンで形成された環形のコアにコイルを巻いて具現する。また、測定磁界に比例する磁界を得るために電子回路が利用される。
【０００３】
しかし、従来の磁界検出素子は、大きい棒形のコアまたは軟磁性リボンによるリング形のコアにコイルを捲線して使うために高価な製作費が必要とされたし、システムの体積が大きくなる問題点があった。また、励磁コイルにより発生する磁束変化及び検出磁界は、コアによる磁束漏れを避けられないために高感度の磁界検出が難しい問題点があったのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題】
本発明の目的は、前記のような問題点を解決するために超小型であり、またより正確に磁界を検出できるようにＰＣＢ基板上に集積した高感度の磁界検出素子及びその製造方法を提供することである。
本発明の更なる他の目的は、外部測定磁界が‘０’(zero)の時、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を果たすための本発明の磁界検出素子は、ＰＣＢ基板に閉磁路を構成するように軟磁性体が上下に平行に積層して形成された軟磁性コアと、前記上下の二つの軟磁性コアを交番して、‘８’字形態に捲線された構造を有するように金属膜により形成された励磁コイルと、前記励磁コイルの最外郭面と同じ平面上に前記上下の二つの軟磁性コアを共にソレノイド形態で捲線した構造を有するように金属膜により形成された磁界変化検出用コイルとを含む。
ここで、前記上下の二つの軟磁性コアは各々長さ方向を磁界検出軸方向に形成する。
【０００６】
前記の目的を果たすための本発明のＰＣＢ基板に集積された磁界検出素子の製造方法は、プリプレグ両面に接合された金属板各々に励磁コイルを具現するためにパターンによってエッチングする段階と、前記第１基板のエッチングされた前記各金属板上部にプリプレグと軟磁性体膜を接合して第２基板を形成する段階と、前記第２基板の両面に接合された各軟磁性体膜をエッチングして上下の軟磁性コアを形成する段階と、前記上下の軟磁性コアそれぞれの上部にプリプレグと金属板を接合して第３基板を形成する段階と、前記第３基板の前記軟磁性コアから延びた外郭の両側に各々貫通孔を形成する段階と、前記各貫通孔をメッキする段階と、前記第３基板の両面に接合された金属板を励磁コイル及び磁界検出コイルを具現するためのパターンによってエッチングする段階と、前記第３基板上部に電気的通電のためのパッドを形成する段階とを含む。
【０００７】
ここで、前記各基板上の磁界検出素子を成す各部品を形成するためのエッチング過程以前に、感光性塗布剤と露光現象を利用した前記各部品のパターンを形成する段階を更に含む。また、前記パッドを形成した後、前記パッドに金をメッキする段階を更に含む。
以上のような本発明のＰＣＢ基板に集積された磁界検出素子及び磁界検出素子の製造方法によれば、軟磁性コアを検出側方向に長く形成して半磁界成分を減少できるようになっており、磁界変化検出用コイルが軟磁性コアを巻いている励磁コイル上に積層され捲線された構造を通じて磁束変化検出用コイルで誘導波形が現れない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るＰＣＢ基板に集積された磁界検出素子を模式的に示した図面である。磁界検出素子は、二つの平行したバー形態の第１及び第２軟磁性コア１、２を励磁コイル３が‘８’字形態で捲線していて、磁界変化検出用コイル４が励磁コイル３上に第１及び第２軟磁性コア１、２を共にソレノイド形態で捲線している。このように、二つのバーを‘８’字形態に捲線した構造を便宜上‘結合型構造’と名付ける。図２は、図１に示した軟磁性コア１、２がＰＣＢ基板に形成される形状による捲線構造を概略的に示した図面である。
【０００９】
図３（Ａ）ないし図３（Ｆ）は、図１及び図２に示した磁界検出素子の動作を説明するためのタイミング図である。図３（Ａ）は第１軟磁性コア１で発生された磁界の波形図、図３（Ｂ）は第２軟磁性コア２で発生された磁界の波形図、図３（Ｃ）は第１軟磁性コア１で発生された磁束密度の波形図、図２（Ｄ）は第２軟磁性コア２で発生した磁束密度の波形図、そして図３（Ｅ）及び図３（Ｆ）は磁界変化検出用コイル４に誘起される第１及び第２誘起電圧(Vind１、Vind２)と第１及び第２誘起電圧の合計(Vind１+Vind２)を各々示した波形図である。
【００１０】
磁界検出素子は、図１及び図２のように、励磁コイル３が２個の軟磁性コア１、２に‘８’字形態に捲線されれば、交流の励磁電流により各コア１、２内部の磁界‘Hext(外部磁界)+Hexc(励磁コイルによる磁界)’と‘Hext-Hexc'及び磁束密度‘Bext(外部磁界による磁束密度)+Bexc(励磁コイルによる磁束密度)’と‘Bext-Bexc’が各々互いに逆方向に発生する(図３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）、３（Ｄ）参照)。また、磁界変化検出用コイル４は、２個のコア１、２各々から発生する磁束変化の合計を取るように捲線されており、交流の励磁電流による電子誘導により発生する磁束変化を検出するようになる。この時、磁界変化検出用コイル４で検出される誘起電圧は、２個のコア１、２それぞれの内部磁界が逆方向であるゆえに、対称的に発生した二つの誘起電圧‘Vind１'、‘Vind２’の発生電圧が相殺されて検出される(図２f)。すなわち、各コア１、２の軸方向から外部磁界‘Hext’は、二つのコア１、２に対して同一方向に加えられるために、励磁磁界‘Hexc’により二つのコア１、２それぞれの内部磁界は、‘Hext+Hexc’と‘Hext-Hexc’となる。すると、各コア１、２の内部磁界により磁界変化検出用コイル４には、図３（Ｅ）に示したように各々電圧(Vind１、Vind２)が誘起されて、この誘起電圧(Vind１、Vind２)を測定して、外部磁界‘Hext’の大きさがわかる。
【００１１】
以上のように、ＰＣＢ基板に集積された磁界検出素子においては、２個の上下に積層された軟磁性コア１、２と‘８’字形態の結合型構造を有する励磁コイル３と、２個の軟磁性コア１、２で発生する磁束変化の合計を得るように、ソレノイド形態に捲く構造の磁界変化検出用コイル４を励磁コイル３の最外郭面と同一平面上に積層する構造が重要である。このような磁界検出素子の構造は、外部磁界‘Hext’がない時、軟磁性コア１、２から発生された磁界による誘起波形を相殺して、励磁コイルによって発生された磁束は軟磁性コアで閉磁路を形成するためである。
【００１２】
一方、一つの軟磁性コアに励磁コイルと磁界変化検出用コイルを配置することによっても磁界検出は可能であるが、この場合には、外部磁界がなくても検出コイルには大きい励磁コイルによる誘起電圧波形が発生して、増幅、フィルターリングなどの検出コイル出力に対する信号処理が面倒になる。したがって、二つのコアを構成することが一つのコアを使用することより信号処理上に大きい長所がある。
【００１３】
図４Ａないし図４Ｉは、ＰＣＢ基板に集積される磁界検出素子の製造過程を図１に示したY-Y'線に対し説明する工程断面図である。磁界検出素子は、プリプレグ２２両面に接合された銅板２１、２３からなる第１基板を利用する(図４Ａ)。以後、第１基板の両面に接合された銅板２１、２３各々に感光性塗布剤と露光現象を用いて結合型構造の励磁コイル一端を具現するためのパターンを形成した後、エッチングして励磁コイルの一端を形成する(図４Ｂ)。次に、第１基板のエッチングされた各銅板の上部にプリプレグ２４と軟磁性体膜２５を接合して第２基板を形成する(図４Ｃ)。そして、第２基板両面の金属板に感光性塗布剤と露光現象を用いて第１及び第２軟磁性コアのパターンを形成して、エッチングを通じ第１及び第２軟磁性コア１、２を形成する(図４Ｄ)。次に、第２基板の上部でプリプレグ２６と銅板２７を再び接合して第３基板を形成する(図４Ｅ)。そして、第３基板の軟磁性コア１、２から水平に延長された外郭両側に各々貫通孔２８を形成して(図４Ｆ)、励磁コイルと磁界変化検出用コイルを形成するために各貫通孔をメッキする(図４Ｇ)。以後、第３基板の両面に接合された銅板を感光性塗布剤と露光現象を用いて励磁コイル及び磁界変化検出用コイルを具現するためのパターンを形成した後、エッチングを通じて励磁コイル３及び磁界変化検出用コイル４を形成する(図４Ｈ)。この時、励磁コイル３のパターンは、図４Ｂに形成された励磁コイル一端と共に上下の二つの軟磁性コア１、２を‘８’字形態に交番しながら捲線する構造を有するように形成し、磁界変化検出用コイル４は、上下の二つの軟磁性コアを共にソレノイド形態で捲線した構造を有するように形成する。以後、ソルダーレジストをした後(図４Ｉ)、励磁コイルと磁界変化検出用コイルが形成された第３基板上部にマスク(solder mask)を利用して電気的通電のためのパッドを形成して、パッド上部に金(gold)をメッキする(パッド形成及び金メッキ図面は省略)。
【００１４】
図５Ａ及び図５Ｄは、本発明の実施形態に係るＰＣＢ基板上に具現された磁界検出素子の平面図である。図５Ａは、上下に積層された二つの軟磁性コア中の上層の軟磁性コア１に捲線された形態の励磁コイル一端３'の形状を示した平面図であり、図５Ｂは、下層の軟磁性コア２に捲線された励磁コイル一端３"の形状を示した平面図である。図５Ａ及び図５Ｂの図面に示した励磁コイル３'、３"は、互いに連結しており、上下の軟磁性コア１、２を交番に捲線する構造を有する。そして、図５Ｃは、上下に積層された二つの軟磁性コア１、２を一度に捲線した形態の磁界変化検出用コイル４の形状を示した平面図であり、図５Ｄは、上下に積層された二つの軟磁性コアに励磁コイル及び磁界変化検出用コイルが捲線された形態の形状を示した平面図である。
【００１５】
【発明の効果】
以上のような磁界検出素子は、地球磁気検出に係るナビゲーションシステム、地磁気変動モニター(地震予測)、生体磁気計測、金属材料の欠陥検出等に利用できる。そして磁気エンコード、無接点ポテンショメータ、電流センサー、トルクセンサー、変位センサー等に間接的に応用できる。
前記のような印刷回路基板に集積できる磁界検出素子は、他のセンサー及び回路との集積が可能で、システムの大きさを大幅に減少させることができ、超小型であるにもかかわらず各コアまたは各辺より誘起される電圧を差動的に駆動して、外部磁界に係る誘起電圧を検出できるようになって微弱な外部磁界を高感度に検出できる。
【００１６】
また、高価な棒形コアや環形コアに比べて低い単価で製造できて、大量生産が容易である。
以上では、本発明の好ましい実施形態に対し図示し、また説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されず、以下請求範囲で請求する本発明の要旨から逸脱せずに、当該発明が属する分野における通常の知識を有する者なら誰でも多様な変形実施が可能であることはもちろん、そのような変形は請求範囲記載の範囲内に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る磁界検出素子を模式的に示した図面である。
【図２】  図１に示した軟磁性コアのＰＣＢ基板に形成する形状に係る捲線構造を概略的に示した図面である。
【図３】  図１に示した磁界検出素子の動作を説明するための波形図である。
【図４Ａ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｂ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｃ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｄ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｅ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｆ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｇ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｈ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図４Ｉ】  図１に示した模式的な磁界検出素子のY-Y'線による製造工程断面図である。
【図５Ａ】  上下で積層形態を有する二つの軟磁性コア中上層の軟磁性コアに捲線された形態の励磁コイル一端の形状を示した平面図である。
【図５Ｂ】  上下で積層形態を有する二つの軟磁性コア中下層の軟磁性コアに捲線された形態の励磁コイル一端の形状を示した平面図である。
【図５Ｃ】  上下で積層形態を有する二つの軟磁性コアを共にソレノイド形態で捲線している磁界変化検出用コイルの形状を示した平面図である。
【図５Ｄ】  上下で積層形態を有する二つの軟磁性コアに励磁コイル及び磁界変化検出用コイルが捲線された形態を示した平面図である。
【符号の説明】
１…第１軟磁性コア
２…第２軟磁性コア
３…励磁コイル
３'，３"…励磁コイル一端
４…磁界変化検出用コイル
２１，２３，２７…銅板
２２，２４，２６…プリプレグ
２５…軟磁性体膜
２８…貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0003712389.tif 000008
【図４Ｅ】
0003712389.tif 000009
【図４Ｆ】
0003712389.tif 000010
【図４Ｇ】
0003712389.tif 000011
【図４Ｈ】
0003712389.tif 000012
【図４Ｉ】
0003712389.tif 000013
【図５Ａ】
0003712389.tif 000014
【図５Ｂ】
0003712389.tif 000015
【図５Ｃ】
0003712389.tif 000016
【図５Ｄ】
0003712389.tif 000017