(57)【要約】  基板上に形成された第１配線層と、前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する端部分と、を有する磁気コアと、前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、を含むフラックスゲートセンサであって、前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、前記端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていることを特徴とする、フラックスゲートセンサ。
2010134348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を含むフラックスゲートセンサであって、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、
前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていることを特徴とする、フラックスゲートセンサ。
【請求項２】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項３】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が略同一であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項４】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に配置され、３軸のそれぞれに沿うように配置された第１、第２および第３のフラックスゲートセンサと、
を含み、
前記第１、第２および第３のフラックスゲートセンサの各々は、
基板上に形成された第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を含み、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、
前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていることを特徴とする、電子方位計。
【請求項６】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の電子方位計。
【請求項７】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が同一であることを特徴とする、請求項５または６のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項８】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていることを特徴とする、請求項５または６のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項９】
第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、検出部と、前記検出部と連続してかつ前記検出部の幅よりも広い幅を持ち、前記検出部の両端に位置する第１および第２の励磁部と、を備える磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第一絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を少なくとも備えたフラックスゲートセンサにおいて、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の励磁部に、螺旋状の励磁コイルが巻き回されていることを特徴とするフラックスゲートセンサ。
【請求項１０】
前記励磁コイルは、前記第１の励磁部に巻き回された第１の励磁コイルと、前記第２の励磁部に巻き回された第２の励磁コイルとを含み、前記第１の励磁コイルと前記第２の励磁コイルは、発生する磁界が同一方向となるように直列に接続されていることを特徴とする請求項９に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項１１】
前記励磁コイルは、前記励磁部と、前記磁気コアの中央部に形成された検出部とに巻き回されていることを特徴とする請求項９に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項１２】
１つの基板上において、３軸のそれぞれに沿うように、３つの請求項９乃至１１のいずれかに記載のフラックスゲートセンサを配置することにより構成されたことを特徴とする電子方位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜プロセスにて作製された小型のフラックスゲートセンサおよびそれを用いた電子方位計に関する。特に、小型、高感度である上に、励磁効率が高く、設計自由度の高いフラックスゲートセンサおよびそれを用いた電子方位計に関する。
本願は、２００９年５月２１日に、日本に出願された特願２００９−１２３１１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気センサとしては、ホール効果を利用したものや、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistive effect）または巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）を利用したものがある。これらは薄膜プロセスにより作製されるため、小型化や集積化が可能であり、携帯機器などに広く利用されている。【０００３】
しかしながら、これらのセンサは、小型化した場合に感度が低くなり、電子方位計のように０．３Ｏｅ程度の地磁気レベルを高精度に検出することが難しく、それらのセンサを用いた電子方位計ではその方位精度は１０度程度が限界であった。【０００４】
また、近年、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス（Magneto-Impedance）センサ（以下、ＭＩセンサと称す）や直交フラックスゲートセンサによる電子方位計が提案されており、方位精度が２．５度程度というような高精度のものが実現されている。また、薄膜プロセスにて作製された小型のフラックスゲートセンサを用いた電子方位計が提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。【０００５】
ところで、特に方位精度を高めるためには、センサの感度により決まる検出分解能およびリニアリティ誤差が重要な要素となる。ＭＩセンサおよび直交フラックスゲートセンサと、フラックスゲートセンサとでは、分解能が同程度であるとされている。また、機器の内部においては、スピーカーやバイブレーションモーター、磁石等の磁場発生源となる部品が多数搭載されており、センサはこれらから発生する磁界の影響を受ける。このような周囲に配置された部品から発生する磁界の存在下においても正確に動作するためには、広い測定磁界範囲を有していることが望ましい。【０００６】
リニアリティ誤差に関しては、ＭＩセンサおよび直交フラックスゲートセンサの場合、磁気コアのヒステリシスに起因して出力電圧にもヒステリシスが出力される。そのため、リニアリティ誤差は悪化する。リニアリティを改善するために、負帰還回路を用いる方法もあるが、消費電力が増加し、回路が複雑になる。【０００７】
一方、フラックスゲートセンサの場合、非特許文献１に開示されているphase-delay methodを用いることにより、磁気コアのヒステリシスの影響を受けずに良好なリニアリティを有する磁気センサを実現できる。この方法によると、センサの出力はタイムドメインに基づき行われ、センサを構成する磁気コアの保磁力に起因するヒステリシスの影響を取り除くことができるうえに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、Ａ／Ｄ変換時の誤差の影響を取り除くことができ、リニアリティの良好なセンサを構成することができる。【０００８】
非特許文献２によれば、上記の方法を用いることにより、０．０６％ＦＳのリニアリティを実現している。アモルファスワイヤを用いたＭＩセンサでは、リニアリティ誤差は１〜２％であるため、このようにリニアリティの良好なフラックスゲートセンサを用いることで、より方位精度の高い電子方位計を実現することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２７９０２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４６１５号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４０９８号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１２６１６４号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Pavel Ripka,“Magnetic sensors and magnetometers”, p.94, ARTECH HOUSE, INC (2001)
【非特許文献２】IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL.42, NO.2, p.635, APRIL 1993
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の通り、分解能が高く、リニアリティの良好な、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサを使用することにより、方位精度の高い電子方位計を構成することができる。しかしながら、フラックスゲートセンサは、励磁コイルおよび検出コイルを磁気コアの周囲に巻き回す必要がある。従って、バイアスコイルまたはピックアップコイルのみを巻き回す構造のＭＩセンサおよび直交フラックスゲートセンサと比較して、フラックスゲートセンサは小型化が難しい。【００１２】
小型集積化を実現するために、薄膜プロセスでフラックスゲートセンサを作製する試みもなされている。しかし、小型化することにより反磁界の影響が大きくなり、感度が低下してしまう。特に、３軸方向に感度を有する電子方位計を実現しようとした場合、電子方位計を構成する基板に対して垂直方向に感磁方向を設定する必要があり、そのためには電子方位計を構成する基板にセンサを垂直に立てた状態で実装する必要がある。そのため、電子方位計を薄型化するにあたり、基板に垂直に立てるセンサは、その感磁方向の長さを短くする必要がある。例えば電子方位計の厚さを１ｍｍ以下とする場合においては、基板やモールド樹脂の厚さを考慮すると、センサの感磁方向の長さを０．５〜０．７ｍｍ程度にする必要がある。しかしながら、磁気コアの長さが１ｍｍ以下になると、反磁界の影響が大きくなり、感度が著しく低下する。【００１３】
上記の問題を解決するために、特許文献１および特許文献４は、磁気コアの端部分の幅を広くしたＨ型の磁気コアを開示している。この構成では、励磁コイルと検出コイルは磁気コア中心部の細い部分にのみ巻き回されている。従って、センサのサイズを小さくすると、励磁コイルおよび検出コイルともに巻き数が限られてしまい、十分な巻き数を確保するのが難しい。また、励磁コイルと検出コイルとが交互に巻き回された構造であるため、コイルの巻き数はセンサのサイズとコイルのピッチにより決まってしまう。従って、検出コイルとピックアップコイルそれぞれの巻き数を独立に設定することが難しく、設計の自由度が低い。【００１４】
図１５は、従来のフラックスゲートセンサの磁気コアの形状を示す概略図である。磁気コアは、端部分１と中央部分２を有する。特許文献１では、図１５の端部分１の幅Ｂと磁気コアの長手方向の長さＡの比Ｂ／Ａ＝０．８〜１．２であることがよいことを開示している。また、図１５の中央部分２の幅Ｃと端部分１の幅Ｂの比Ｃ／Ｂ＝０．０３３〜０．２であることがよいことを開示している。図１５の端部分１の幅Ｂと端部分１の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１を超える場合、磁気コアは、センサの感磁方向に対して直交する方向が長くなる。従って、端部分１における形状磁気異方性は、センサの幅方向が容易軸となる。これにより、センサの感磁方向と直交する方向の磁界に対して端部分１の磁束密度が敏感に変化しやすくなる。その結果、上記のフラックスゲートセンサを複数個直交させて電子方位計を構成する場合、フラックスゲートセンサの磁気コアが検出磁界と直交する方向の磁界の影響を受けやすいため、電子方位計の他軸感度が大きくなる。また、検出磁界と直交する方向の磁界によりピックアップ波形に歪が生じるために出力異常を生じやすく、各軸の直交性が悪化する。ここで、他軸感度とは、例えばＸ軸方向の磁界を検出する際、Ｙ軸方向もしくはＺ軸方向に感磁方向を有するセンサにおけるＸ軸方向磁界による出力の変化のことを言う。他軸感度が大きくなることで軸の直交性が悪化し、電子方位計における方位精度も悪化する。また、他軸感度には、パルス状のピックアップ電圧の時間変化だけでなく、パルス波形自体の変化による出力の変化も含まれる。【００１５】
本発明は、小型で感度が高いことに加えて、励磁効率が高く、かつ設計自由度の高いフラックスゲートセンサおよびそれを用いた電子方位計を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のフラックスゲートセンサは、基板上に形成された第１配線層と、前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、を含むフラックスゲートセンサであって、前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻きまわされていてもよい。【００１７】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が同一であってもよい。前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、巻き数が同一であることが望ましいが、電極パッドへの配線の引き回しの都合から、巻き数は必ずしも厳密に同一でなくても良い。【００１８】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていてもよい。【００１９】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さくてもよい。【００２０】
本発明の電子方位計は、基板と、前記基板上に配置され、３軸のそれぞれに沿うように配置された第１、第２および第３のフラックスゲートセンサと、を含み、前記第１、第２および第３のフラックスゲートセンサの各々は、基板上に形成された第１配線層と、前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、を含むフラックスゲートセンサであって、前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていてもよい。【００２１】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が同一であってもよい。【００２２】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていてもよい。【００２３】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さくてもよい。【００２４】
本発明のフラックスゲートセンサは、第１配線層と、前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に形成され、検出部と、前記検出部と連続してかつ前記検出部の幅よりも広い幅を持ち、前記検出部の両端に位置する第１および第２の励磁部と、を備える磁気コアと、前記磁気コアを覆い、前記第一絶縁層上に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、を少なくとも備えたフラックスゲートセンサにおいて、前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、前記第１および第２の励磁部に、螺旋状の励磁コイルが巻き回されていてもよい。【００２５】
前記励磁コイルは、前記第１の励磁部に巻き回された第１の励磁コイルと、前記第２の励磁部に巻き回された第２の励磁コイルとを含み、前記第１の励磁コイルと前記第２の励磁コイルは、発生する磁界が同一方向となるように直列に接続されていてもよい。【００２６】
前記励磁コイルは、前記励磁部と、前記磁気コアの中央部に形成された検出部とに巻き回されていてもよい。【００２７】
本発明の電子方位計は、１つの基板上において、３軸のそれぞれに沿うように、３つのフラックスゲートセンサを配置することにより構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、磁気コアの幅の広い端部分に励磁コイルを巻き回すことで、励磁コイルの巻き数が増え、端部分の励磁コイルから発生する磁束を中央部分に集中して印加することができる。【００２９】
本発明によれば、２つの励磁コイルに同時に電流を通電できるため、電極パッドを減らすことができ、小型化が実現できる。【００３０】
本発明によれば、中央部分にも励磁コイルを巻き回すことにより、より強い励磁を行うことができる。【００３１】
本発明によれば、精度の高いフラックスゲートセンサを用いることにより、高い方位精度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの、端部分の形状が角型の場合の例を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの、端部分１と中央部分２との境界にテーパー形状を有する場合の例を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの動作原理を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサを概略的に示す上面図である。
【図５】図４におけるラインａ−ａ’に沿って切った断面図である。
【図６Ａ】図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作製工程を示す図である。
【図６Ｂ】図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作製工程を示す図である。
【図６Ｃ】図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作製工程を示す図である。
【図６Ｄ】図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作製工程を示す図である。
【図６Ｅ】図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作製工程を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの形状の例を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの形状の例を説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの形状の例を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る電子方位計の概略斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサのピックアップ電圧波形を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの出力の外部磁界依存性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおけるコア内部の磁束密度の計算結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける励磁コイルおよび検出コイルの巻き回し方を説明するための図である。
【図１３】比較例のフラックスゲートセンサにおける、感磁方向と直交する磁界に対するピックアップ電圧波形を示したグラフである。
【図１４】本発明の実施例のフラックスゲートセンサにおいて、感磁方向と直交する磁界に対するピックアップ電圧波形を示すグラフである。
【図１５】従来のフラックスゲートセンサの磁気コアの形状を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの形状の一例を示す平面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサの磁気コアは、端部分１と、中央部分２を有する。端部分１の幅Ｂは、中央部分２の幅Ｃよりも広い。磁気コアの長手方向の長さＡは、１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下である。端部分１の幅Ｂと端部分１の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値は１よりも小さい。フラックスゲートセンサの磁気コアの長手方向は、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致している。図１Ａ及び図１Ｂでは図示していないが、端部分１の周囲には、励磁コイルが巻き回され、中央部分２の周囲には、ピックアップコイルが巻き回される。図１Ａは、磁気コアの端部分の形状が角型の場合の例を示す平面図である。図１Ｂは、磁気コアが端部分１と中央部分２との境界にテーパー形状を有する場合の例を示す平面図である。角部での磁束の局所的な飽和を抑えるためには、図１Ｂに示すように、端部分１と中央部分２の境界が略テーパー状になっていることが望ましい。この場合、端部分１の長手方向の長さＤは略テーパー状の部分を含む長さを表わすこととすると、端部分１の幅Ｂと端部分１の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が、１よりも小さいことが望ましい。
【００３４】
磁性薄膜においては、膜厚方向と面内方向の比率が、数１００〜数１０００程度と大きい。従って、反磁界係数は膜厚方向と面内方向で数１００〜数１０００倍の違いがあり、面内方向の反磁界係数は非常に小さい。磁性薄膜を、長手方向を有する形状にパターニングした場合、長手方向と幅方向の寸法比によって反磁界係数が決定される。この場合、長手方向の反磁界係数は小さく、幅方向の反磁界係数は大きくなるため、形状異方性は、長手方向が容易軸となる。
【００３５】
上述したように、本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサは、磁気コアに中央部分２よりも幅の広い端部分１を有し、端部分１の幅Ｂは端部分１の長手方向の長さＤよりも小さい。端部分１の形状異方性による容易軸は、フラックスゲートセンサの長手方向である。従って、感磁方向と直交する磁界によるコア内の磁束密度の変化が少なく、他軸感度特性が良好である。これにより、方位精度の優れた電子方位計を構成することが可能である。
【００３６】
本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサの動作原理について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの動作原理を示すグラフである。図２の（ａ）は、励磁コイルに通電する三角波電流の時間変化を示すグラフである。図２の（ｂ）は、コアの磁化状態の時間変化を示すグラフである。図２の（ｃ）は、ピックアップコイルに生じる出力電圧の時間変化を示すグラフである。図３は、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアの磁化状態の時間による変化を示すヒステリシス曲線である。励磁コイルに図２の（ａ）に示すような三角波電流を通電すると、励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃにより磁気コアが励磁され、磁気コア内部の磁束密度Ｂ、すなわち磁気コアの磁化状態は、飽和特性を有するため、図２の（ｂ）に示すような時間変化をする。ピックアップコイルには、磁気コアの磁束密度Ｂの時間微分すなわち時間変化ｄＢ／ｄｔが存在する領域において、磁気コアの断面積Ｓ、ピックアップコイルの巻き数Ｎに比例した出力電圧Ｖｐｕ＝ＮＳ×ｄＢ／ｄｔが生じる。ピックアップコイルの出力電圧Ｖｐｕは、図２の（ｃ）に示すような時間変化をする。磁気コアの磁束密度Ｂの時間変化ｄＢ／ｄｔが大きいほど、ピックアップ電圧波の高値は高く、パルス幅は狭くなり、より急峻なパルス電圧が得られる。図２の（ｃ）における時間間隔ｔ１は、外部磁界Ｈｅｘｔ、磁気コアの磁束密度Ｂが増加する時と減少する時との磁場の強さＨのずれＨｃ、励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃ、三角波の周期Ｔ及びコイルのインダクタンスによる遅延時間Ｔｄを用いて、式（１）のように表される。
【００３７】
【数１】
2010134348.tif 000003
【００３８】
同様に、図２の（ｃ）における時間間隔ｔ２は、式（２）のように表される。
【００３９】
【数２】
2010134348.tif 000004
【００４０】
式（１）及び式（２）より、外部磁界に対する時間間隔の変化量ｔ２−ｔ１は、式（３）のように表される。
【００４１】
【数３】
2010134348.tif 000005
【００４２】
式（３）より、外部磁界に対する時間間隔の変化ｔ２−ｔ１は、外部磁界Ｈｅｘｔと励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃの比Ｈｅｘｔ／Ｈｅｘｃおよび三角波の周期Ｔに依存することが分かる。外部磁界に対する感度Ｓ＝ｄ（ｔ２−ｔ１）／ｄＨｅｘｔは、励磁コイルに通電する電流振幅Ｉｅｘｃ、励磁コイルに流れる単位電流当たりの発生磁界すなわち励磁効率α、及び三角波の周期Ｔを用いて、Ｓ＝Ｔ／（２・Ｉｅｘｃ×α）で表される。よって、励磁電流が大きいほど、センサの感度Ｓは小さくなる。三角波の周期Ｔが大きいすなわち励磁周波数ｆｅｘｃが小さいほど、センサの感度Ｓは大きくなる。
【００４３】
励磁効率αは、フラックスゲートセンサを構成する磁気コアとコイルの巻き数によって決定される値である。励磁効率αが大きいほど、少ない電流でフラックスゲートセンサを駆動することができる。また、式（３）において、Ｈｅｘｔ＝Ｈｅｘｃとなるとき式（３）は０となり、このときのＨｅｘｔが測定磁界範囲の上限となる。Ｈｅｘｃ＝α×Ｉｅｘｃで表されることから、励磁効率αが大きいほど、同一の電流で駆動した場合に広い測定磁界範囲を有することとなる。
【００４４】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサを概略的に示す上面図である。図５は、図４におけるラインａ−ａ’に沿って切った断面図である。図６Ａ−図６Ｅは、図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作成工程を示す図である。
【００４５】
本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサは、図４−図５に示すように、磁気コア３と、第１配線層４と、第１絶縁層５と、第２絶縁層６と、第２配線層７と、開口部８と、基板１００とを含む。磁気コア３は、端部分１と、中央部分２とを含む。第１配線層４及び第２配線層７は、端部分１に巻き回された第１のソレノイドコイル９及び中央部分２に巻き回された第２のソレノイドコイル１０を構成している。
【００４６】
本発明の第１の実施形態において、端部分１に巻き回された第１のソレノイドコイル９は励磁コイルである。中央部分２に巻き回された第２のソレノイドコイル１０はピックアップコイルである。本発明の第１の実施形態において、端部分１は励磁部であり、中央部分２は検出部である。
【００４７】
図６Ａ−図６Ｅを用いて、本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサの作製工程について説明する。まず、図６Ａのように、非磁性の基板１００の上に、ソレノイドコイルの下側配線を形成するための第１配線層４が形成される。次に、図６Ｂのように、第１配線層４の上に、磁気コア３とソレノイドコイルを絶縁するための第１絶縁層５とが形成される。ここで、この第１絶縁層５においては、第１配線層４と、後に形成されるソレノイドコイルの上側配線となる第２配線層７とが接続される部分に、開口部８が設けられる。
【００４８】
次に、図６Ｃのように、第１絶縁層５の上には、軟磁性体膜からなる磁気コア３が形成される。この軟磁性体膜からなる磁気コア３の形状は、図４に示す通り、その中央部分２における幅が端部分１における幅よりも狭くなっている。
【００４９】
次に、図６Ｄのように、磁気コア３の上には、第１配線層４と第２配線層７の接続部に開口部８を設けた第２絶縁層６が形成される。さらに、図６Ｅのように、第２絶縁層６の上に、第２配線層７が、第１配線層４の隣接する配線どうしをその端部にて接続するように形成され、それによりソレノイドコイルを形成している。配線は、隣接する配線と接続されるため、断面におけるソレノイドコイルのループは閉じない。
【００５０】
第１配線層４および第２配線層７により形成された第１のソレノイドコイル９及び第２のソレノイドコイル１０は、磁気コア３の両端の幅の広い端部分１と幅の狭い中央部分２において、それぞれ独立に巻き回されている。両端の幅の広い端部分１に巻き回されている第１のソレノイドコイル９は、一方の端の端部分１に巻き回されている第３のソレノイドコイルと、もう一方の端の端部分１に巻き回されている第４のソレノイドコイルとを含む。両端の端部における第３のソレノイドコイル及び第４のソレノイドコイルが直列に、かつ発生する磁界方向が同一となるように第１配線層４もしくは第２配線層７により接続されていて、それにより全体として第１のソレノイドコイル９を形成している。磁気コア３の中央部分２に巻き回された第２のソレノイドコイル１０の両端には、外部と接続するための電極パッド１１が形成されている。磁気コア３の両端の端部分１に巻き回された２つの直列に接続された第１のソレノイドコイル９の両端には、外部と接続するための電極パッド１２が形成されている。
【００５１】
磁気コア３の両端の端部分１にそれぞれ巻き回された第３のソレノイドコイル及び第４のソレノイドコイルは、巻き数が同じで対称であることが好ましい。
【００５２】
なお、図４は、模式的に示されており、第１のソレノイドコイル９及び第２のソレノイドコイル１０に関し、磁気コア３の下側配線の一部が省略されている。また、第１のソレノイドコイル９および第２のソレノイドコイル１０の形状は、図４で示された形状に限定されない。
【００５３】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサを図４におけるラインａ−ａ’に沿って切った断面図の一例であり、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける第１配線層４と第２配線層７の位置関係は、図５の形状に限定されない。
【００５４】
図６Ａ−図６Ｅは、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサを図４におけるラインｂ−ｂ’に沿って切った断面図の一例であり、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの形状は、図６Ａ−図６Ｅの形状に限定されない。
【００５５】
磁気コア３の両端の幅の広い端部分１は、その周囲に巻き回された第１のソレノイドコイル９に通電することにより励磁される。一方、磁気コア３の幅の狭い中央部分２には誘導電圧がかかり、その誘導電圧は中央部分２の周囲に巻き回された第２のソレノイドコイル１０により検出される。
【００５６】
外部より電極パッド１２を介して、時間的に変化する交流電流を、磁気コア３の端部分１の第１のソレノイドコイル（励磁コイル）９に対して通電することにより、磁気コア３が交流励磁される。端部分１において発生した磁束は、磁気コア３の中央部分２に導かれる。これにより磁気コア３の中央部分２も交流励磁されて、中央部分２の第２のソレノイドコイル（検出コイル）１０に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は第２のソレノイドコイル１０および電極パッド１１を介して外部の検出回路で検出できる。ここで、第１のソレノイドコイル９に通電される交流電流は、一定周波数の三角波であることが望ましい。
【００５７】
このとき、外部磁界が印加されると、上述した略パルス状の誘導電圧の発生するタイミングは、時間的に変化する。三角波電流における正から負に切り替わるタイミングにおいて、正の誘導電圧が出力される。また、三角波電流における負から正に切り替わるタイミングにおいて、負の誘導電圧が出力される。従って、この正負のパルス状誘導電圧の発生するタイミングをカウンタで計測することにより、外部磁界に対する応答を得ることができる。
【００５８】
なお、上述の第１の実施形態においては、磁気コアとして図４に示したものを挙げたが、本発明の趣旨における磁気コアの形状はこれに限られることはなく、その端部分における幅が、中央部分における幅よりも広くなっていれば、いかなる形状であってもよい。図７Ａ−図７Ｃは、本発明の第１の実施形態のフラックスゲートセンサに係る磁気コアの形状の例を説明するための図である。なお、模式的に表された図７Ａ−図７Ｃにおいては、磁気コアと、第１のソレノイドコイル９および第２のソレノイドコイル１０の上側配線とが示されており、実際は、紙面の上から見た場合、磁気コアは、コイルと重なる部分においてコイルに隠れている。
フラックスゲートセンサの構成としては、前述の構成に加えて、第２配線層７を覆う封止層が形成されていてもよい。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサの作製方法について説明する。
まず、非磁性の基板１００上にＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＷなどのバリアメタルをスパッタ成膜した後にＣｕをスパッタにより成膜する。次に、フォトリソグラフィにより第１配線層４となるレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより配線パターンを形成する。あるいは上記のスパッタ膜をシード膜として電解めっきにより第１配線層４を形成してもよい。このとき、後に形成される絶縁層上に磁気コア３を形成するため、第１配線層４の厚さは、その配線による絶縁層表面の凹凸が磁気コアの厚さに比べて十分小さくなるような厚さであって、かつコイルの抵抗が小さくなるような厚さであることが望ましい。具体的には、その厚さは、０．２μｍ〜２μｍ程度が好ましい。
【００６０】
次に、感光性樹脂を塗布し、露光、現像および熱硬化処理を行うことにより、第１絶縁層５を形成する。このとき、第１配線層４と後に形成される第２配線層７とが接続される部分が開口され、第１配線層４と後に形成される磁気コア３とが絶縁されるようにする。このとき、第１絶縁層５の厚さは、第１配線層４の凹凸を緩和するだけの十分な厚さを有することが望ましい。具体的には、第１配線層４の厚さの３〜１０倍程度であることが望ましい。なお、図５においては、第１配線層４の図面上での表示の便宜上、そのような比率にはなっていない。
【００６１】
また、このとき、感光性ポリイミドは、後の工程での熱履歴による収縮や変形により磁気コア３に歪みが生じるのを防ぐ必要がある。そのため、感光性ポリイミドは、例えば実装時のはんだリフローや磁気コアに誘導磁気異方性を付与するための磁場中熱処理による熱収縮や変形が起こらないだけの十分な耐熱性を有する樹脂であることが望ましい。具体的には、感光性ポリイミドのガラス転移点（Ｔｇ：Glass Transition Temperature）は摂氏３００度以上であることが望ましい。すなわち、ここで用いられる樹脂は、高い耐熱性を有するポリイミドやポリベンゾオキサゾール、熱硬化したノボラック系樹脂であることが望ましい。
【００６２】
次に、磁気コア３となる軟磁性体膜をスパッタにより成膜し、所望の形状になるように、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングを行う。軟磁性体膜としては、ＣｏＮｂＺｒおよびＣｏＴａＺｒ等に代表される零磁歪のＣｏ系アモルファス膜や、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などが望ましい。これらの軟磁性体膜は難エッチング材料であるため、レジストを形成した後にスパッタ成膜を行い、レジストを除去することで所望のパターンを得るリフトオフ法により形成してもよい。また、磁気コア３となる磁性膜を成膜した後に、応力や成膜時に付与された不均一な一軸異方性を除去し、均一な誘導磁気異方性を付与するために、回転磁場中熱処理または静磁場中熱処理を行うことが望ましい。
また、レジストフレームを用いた電解めっき法を利用して、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金を所望の形状に成形することにより、磁気コア３を形成してもよい。
【００６３】
次に、第１配線層４と第２配線層７の接続部分が開口され、磁気コア３と第２配線層７とを電気的に絶縁するように、感光性樹脂に対して露光、現像および熱硬化処理を行うことにより、第２絶縁層６を形成する。
【００６４】
次に、第２絶縁層６と第２絶縁層６の開口部とを含む基板上にＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＷなどのバリアメタルをスパッタ成膜した後にＣｕをスパッタにより成膜することでシード膜を形成する。そして、レジストフレームを形成し、Ｃｕの電解めっきにより所望の配線パターンを形成し、上記シード層をエッチングすることにより第２配線層７を形成する。
【００６５】
最後に、必要に応じて外部に接続するための電極パッドおよび端子、保護膜を形成することで本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサが構成される。ここで、外部に接続する端子としては、はんだバンプおよび金バンプ、ならびにワイヤボンディング等の一般的な半導体デバイスや薄膜デバイスに用いられる手法を適用することができる。
【００６６】
なお、上述の説明においては、第１配線層４および第２配線層７としてスパッタおよび電解めっきによるＣｕを用いたが、無電解Ｃｕや電解Ａｕめっきなどにより形成してもよく、またスパッタ膜のＣｕ、Ａｌ、Ａｕなどによる良導電膜を用いてもよい。また、第１絶縁層５および第２絶縁層６として樹脂材料を用いたが、ＳｉＯ２やＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁膜をスパッタや化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて成膜し、上述の開口部をドライエッチングにより形成してもよい。
【００６７】
次に、本発明の第１の実施形態の電子方位計を説明する。図８は、本発明の第１の実施形態に係る電子方位計の概略斜視図である。
図８に示した電子方位計は、第１フラックスゲート（Ｘ軸）センサ２０、第２フラックスゲート（Ｙ軸）センサ３０、第３フラックスゲート（Ｚ軸）センサ４０、および信号処理用ＩＣ５０を、１つの基板上に配置することにより構成される。具体的には、第１フラックスゲートセンサ２０および第２フラックスゲートセンサ３０は、電子方位計を構成する基板面に対して、その形成された面が略平行となるように、かつ感磁方向が互いに直交するように配置される。また、第３フラックスゲートセンサ４０は、電子方位計を構成する基板面に対して略垂直となるように配置される。このとき、第１フラックスゲートセンサ２０、第２フラックスゲートセンサ３０および第３フラックスゲートセンサ４０は、外部との接続端子を除いた領域、すなわち磁気コア３およびコイル６１、７１を形成する部分の形状が同一であることが望ましい。これは、第１フラックスゲートセンサ２０、第２フラックスゲートセンサ３０および第３フラックスゲートセンサ４０のそれぞれの特性を揃えることにより、各センサの特性のばらつきを補正する必要がなく、電子回路を簡略化できるようにするためである。また、第３フラックスゲートセンサ４０は、基板面に対して略垂直に実装されるので、電子方位計の厚さを薄くするためには、その感磁方向の長さが、１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００６８】
信号処理用ＩＣ５０は、各フラックスゲートセンサにおける励磁コイル６１に一定周波数の三角波電流を通電する回路と、検出コイル７１に現れる誘導電圧を検出するための検出回路と、誘導電圧が発生するタイミングを計数するためのカウンタと、第１フラックスゲートセンサ２０、第２フラックスゲートセンサ３０および第３フラックスゲートセンサ４０のそれぞれに対して上記２つの回路との接続を切り替えるためのセレクタとを備えている。かかる構成により、第１フラックスゲートセンサ２０、第２フラックスゲートセンサ３０および第３フラックスゲートセンサ４０で３軸方向それぞれの磁界を順次計測し、演算を行うことで方位誤差の小さい電子方位計を実現することができる。
【００６９】
（実施例）
実施例として、上記のようにしてフラックスゲートセンサを作製した。フラックスゲートセンサの磁気コアの形状は、磁気コアの長手方向の長さＡ＝４８０μｍ、端部分１の幅Ｂ＝８０μｍ、中央部分２の幅Ｃ＝２０μｍ、端部分１の長手方向の長さＤ＝１４０μｍ、励磁コイルの巻き数は１６．５、ピックアップコイルの巻き数は６．５とした。
図９は、上記実施例のフラックスゲートセンサに、振幅１００ｍＡ、周波数３０ｋＨｚの三角波電流を通電したときの、正負のパルス状ピックアップ電圧の出力波形を示すグラフである。図１０は、図９の正負のパルス状ピックアップ電圧がそれぞれの基準電圧Ｖｔｈを超える時間間隔ｔの外部磁界依存性、すなわち外部磁界に対するフラックスゲートセンサの出力を示すグラフである。
【００７０】
フラックスゲートセンサの磁気コアの幅広の端部分１にソレノイドコイルを巻き回すことにより、励磁コイルの巻き数を稼ぐことができる。これにより、センササイズを０．５ｍｍ以下に小型化しても、ＳＮ比の良好なピックアップ波形が得られる。上記実施例のフラックスゲートセンサの出力は外部磁界に対しても良好な直線性を有しており、理想直線からのずれは±１４Ｏｅの範囲において０．５％であった。上記フラックスゲートセンサの励磁効率αは、０．２９Ｏｅ／ｍＡであった。
【００７１】
比較例として、上記実施例のフラックスゲートセンサと同一のセンサ長を持ち、図１５に示すような、磁気コアの長手方向の長さＡ＝４８０μｍ、端部分１の幅Ｂ＝６００μｍ、中央部分２の幅Ｃ＝３０μｍ、端部分１の長手方向の長さＤ＝６０μｍのコアを有し、上記実施例のフラックスゲートセンサと同じ配線ピッチでコイルを巻き回したフラックスゲートセンサを作製した。比較例のフラックスゲートセンサにおいては、励磁効率は０．２０Ｏｅ／ｍＡであった。よって、本発明の実施例に係るフラックスゲートセンサは、高い励磁効率を有していることが分かる。
【００７２】
本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサは、端部分１の端までソレノイドコイルを巻き回した構造を持ち、ソレノイドコイルの巻き数が多いこと、及び端部分１の幅が中央部分２の幅よりも広いことから、端部分１で発生した磁束が中央部分２において集中する。従って、中央部分２の磁束密度が端部分１の磁束密度よりも高くなり、中央部分２における見かけ上の励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃの値が大きくなる。これにより、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサは、高い励磁効率を有する。
【００７３】
図１１は、図４に示す本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける励磁電流通電時のコア内部の断面ａ−ａ’における磁束密度を３次元有限要素法により計算した結果を示すグラフである。フラックスゲートセンサの磁気コアにおいて、端部分１の幅Ｂが広く、中央部分２の幅Ｃが狭い構造になっているため、中央部分２における磁束密度が端部分１における磁束密度よりも高くなっており、より少ない電流値で中央部分２の磁束密度が飽和してくることが図１１より分かる。このことは、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおいて、見かけ上の励磁コイルの作る磁界Ｈｅｘｃが増大し、励磁効率が大きくなっていることを示している。
【００７４】
以上説明した通り、本発明の第１の実施形態では、薄膜により形成したフラックスゲートセンサにおいて、フラックスゲートセンサを小型にしたときの反磁界による感度の低下を補うため、Ｈ型の磁気コアを使用することで、検出部分の反磁界を小さくすることができる。これにより、小型でも励磁効率が高まり、感度の高いフラックスゲートセンサを構成することができる。また、より少ない電流で高感度かつ測定磁界範囲の広いフラックスゲートセンサを構成することができる。
【００７５】
以上説明した通り、本発明の第１の実施形態では、Ｈ型の磁気コアにおいて、両端部の幅の広い端部分１に励磁コイルを巻き回している。励磁コイルにより磁気コアに発生する磁束は、磁気コアの両端の幅の広い端部分１の断面積×磁束密度で表わされる。励磁コイルに交流電流を通電した際に、励磁コイルにより磁気コアに発生する磁束は、磁気コアの端部分と連続している、幅の狭い磁気コアの中央部分２に導かれる。このとき、磁気コアの端部分１の幅Ｂ、中央部分２の幅Ｃを用いて、磁気コアの中央部分１の断面積は、両端の幅の広い端部分１の断面積のＣ／Ｂ倍となる。磁気コアの両端の端部分１から中央部分２に磁束が導かれる過程において、磁束の損失がなければ、端部分１と中央部分２とで磁束は同一であるため、中央部分２の磁束密度は、端部分１の磁束密度のＢ／Ｃ倍となる。よって、磁気コアの端部分１と中央部分２の幅の比を大きくすればするほど、磁束密度は飛躍的に向上する。
【００７６】
以上説明した通り、本発明の第１の実施形態では、励磁コイルと検出コイルは独立して巻き回している。これにより、励磁コイルおよび検出コイルの巻き数や配線幅、配線間スペースを任意に設定できる。ゆえに、センサに求められる仕様に応じて、励磁コイルおよび検出コイルを自由に設計できる。
【００７７】
以上説明した通り、本発明の第１の実施形態では、磁気コアの全域に渡ってソレノイドコイルを巻き回している。よって、特許文献１および特許文献４で開示されている構造と比較して、ソレノイドコイルの巻き数が増え、磁気コアに発生する磁束を増やすことができる。ゆえに、中央部分２における磁束密度が高まり、磁気センサの検出感度が向上する。
【００７８】
磁気コアの両端の端部分１から中央部分２につながる部分において、図１Ａのように直角に近い角度を有して急峻に幅が狭くなっている場合、角の部分で局所的に磁束が飽和しやすくなるため、磁束の損失が生じる可能性がある。一方、図１Ｂのように、磁気コアの端部分１と中央部分２との境界にテーパー形状を設けた場合、局所的な磁束の飽和を抑えることができ、磁気コアの中央部分２の磁束密度を向上させることができる。
【００７９】
他軸感度について、記述する。図１３は、上記比較例のフラックスゲートセンサにおける、膜面内で直交する方向の磁界を０Ｏｅ〜１０Ｏｅまで印加したときの感磁方向と直交する磁界に対するピックアップ電圧波形を示したグラフである。図１３より、感磁方向と直交する磁界の印加により、ピックアップ電圧の発生するタイミングおよびピックアップ電圧のピーク高さが変化しており、他軸感度を有していることが判る。特に４Ｏｅ〜６Ｏｅ程度の外部磁界による変化が顕著であることがわかる。センサの感磁方向と直交する磁界に対してこのような特性を有している場合においても、０．３Ｏｅ程度の地磁気のみを検出する場合においては、方位精度に対する影響は小さい。しかし、実際に電子機器に搭載して用いる場合においては、機器内に搭載されている部品から発生する磁界が加わる。この機器内に搭載されている部品から発生する磁界が検出対象とする地磁気に対してオフセットとなり、正確な測定ができなくなる場合がある。従って、周囲に搭載された部品から発生するオフセット磁界を測定、計算して校正を行い、地磁気を計測する必要がある。しかしながら、前述のとおり、センサの感磁方向と直交する方向の磁界に対して出力が変動する特性を有していると、オフセット磁界がセンサに対して直交する方向に重畳された場合、オフセット磁界の計算値自体の誤差が大きくなる上に、オフセット磁界が重畳されることにより出力が変化するため地磁気の検出精度が低下することになる。
【００８０】
一方、図１４は、本発明の上記実施例のフラックスゲートセンサにおいて同様に膜面内で直交する方向の磁界を０Ｏｅ〜１０Ｏｅまで印加したときの感磁方向と直交する磁界に対するピックアップ電圧波形を示すグラフである。感磁方向と直交する磁界の印加により、ピックアップ電圧の発生するタイミングおよびピックアップ電圧のピーク高さの変化はほとんど無く、他軸感度は非常に小さいことが判る。これは、コア両端の幅の広い端部分が、反磁界による形状異方性がコアの長手方向、すなわちセンサの感磁方向と一致するように設計されていることに加え、前記端部分が常に感磁方向に励磁された状態であるため、直交方向からの磁界の影響を受けにくいためである。
【００８１】
フラックスゲートセンサの場合、励磁電流によりセンサの有する測定磁界範囲を広げることが可能であり、図１０に示すとおり、良好な直線性を保ったまま±１０Ｏｅ以上の広い測定磁界範囲を確保することが可能である。このように広い測定磁界範囲を有することで、オフセット磁界の校正範囲を広く取ることができる。  
【００８２】
このとき、センサの感磁方向と直交する磁界に対する影響を小さくすることで、広範囲の磁界においてオフセット磁界の校正精度を高めることが可能となり、機器内部での配置の自由度を高めることができる。
【００８３】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける励磁コイルおよび検出コイルの巻き回し方を説明するための図である。
第１の実施形態においては、磁気コアの両端の幅の広い端部分１のみに励磁コイルを巻き回した。これに対して、第２の実施形態においては、両端部の幅の広い端部分１のみならず、幅の狭い中央部分２にも、励磁コイルである第１のソレノイドコイル９を巻き回した。すなわち、励磁コイルは磁気コアの全体の周囲に巻き回し、検出コイルである第２のソレノイドコイル１０は磁気コアの中央部分２のみに巻き回した。かかる巻き回し方でも、前述の第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００８４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、説明する。
本発明の第３の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアは、本発明の第１の実施形態に係るフラックスゲートセンサと同じ構成であるが、ソレノイドコイルの動作が異なる。すなわち、本発明の第３の実施形態に係るフラックスゲートセンサの磁気コアは、本発明の第１の実施形態と同様に、図１Ａ−図１ＢのようなＨ型の形状をしている。本発明の第３の実施形態のフラックスゲートセンサの磁気コアは、端部分１と、中央部分２を有する。端部分１の幅Ｂは、中央部分２の幅Ｃよりも広い。本発明の第１の実施形態とは異なり、本発明の第３の実施形態では、端部分１の周囲に巻き回されている第１のソレノイドコイルは、ピックアップコイルである。中央部分２の周囲に巻き回されている第２のソレノイドコイルは、励磁コイルである。
【００８５】
本発明の第１の実施形態と同様に、本発明の第３の実施形態に係るフラックスゲートセンサの上面図は、図４のようになる。本発明の第１の実施形態とは異なり、本発明の第３の実施形態では、第１のソレノイドコイル９はピックアップコイルであり、第２のソレノイドコイル１０は励磁コイルである。磁気コア３の幅の狭い中央部分２は、その周囲に巻き回された第２のソレノイドコイル１０に通電することにより励磁される。一方、磁気コア３の幅の広い端部分１には誘導電圧がかかり、その誘導電圧は端部分１の周囲に巻き回された第１のソレノイドコイル９により検出される。
【００８６】
本発明の第３の実施形態に係るフラックスゲートセンサの作製方法は、本発明の第１の実施形態と同様である。本発明の第３の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおいても、前述の第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明し例証したが、これらはあくまで発明の例示であって限定的に考慮されるべきものではなく、追加、削除、置換及び他の変更は本発明の範囲を逸脱しない範囲で可能である。即ち、本発明は前述した実施形態により限定されるものではなく、請求項の範囲により限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明のフラックスゲートセンサは小型の磁気センサとして利用でき、またその磁気センサは電子方位計等として携帯電話、ポータブルナビゲーションデバイス、ゲームコントローラなどに広く利用される。
【符号の説明】
【００８９】
１  磁気コアの端部分
２  磁気コアの中央部分
３  磁気コア
４  第１配線層
５  第１絶縁層
６  第２絶縁層
７  第２配線層
８  開口部
９  第１のソレノイドコイル
１０  第２のソレノイドコイル
１１  電極パッド
１２  電極パッド
２０  第１フラックスゲート（Ｘ軸）センサ
３０  第２フラックスゲート（Ｙ軸）センサ
４０  第３フラックスゲート（Ｚ軸）センサ
５０  信号処理用ＩＣ
１００  基板
Ａ  磁気コアの長手方向の長さ
Ｂ  端部分１の幅
Ｃ  中央部分２の幅
Ｄ  端部分１の長手方向の長さ
【図１Ａ】
2010134348.tif 000006
【図１Ｂ】
2010134348.tif 000007
【図２】
2010134348.tif 000008
【図３】
2010134348.tif 000009
【図４】
2010134348.tif 000010
【図５】
2010134348.tif 000011
【図６Ａ】
2010134348.tif 000012
【図６Ｂ】
2010134348.tif 000013
【図６Ｃ】
2010134348.tif 000014
【図６Ｄ】
2010134348.tif 000015
【図６Ｅ】
2010134348.tif 000016
【図７Ａ】
2010134348.tif 000017
【図７Ｂ】
2010134348.tif 000018
【図７Ｃ】
2010134348.tif 000019
【図８】
2010134348.tif 000020
【図９】
2010134348.tif 000021
【図１０】
2010134348.tif 000022
【図１１】
2010134348.tif 000023
【図１２】
2010134348.tif 000024
【図１３】
2010134348.tif 000025
【図１４】
2010134348.tif 000026
【図１５】
2010134348.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月2日(2011.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を含むフラックスゲートセンサであって、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、
前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていることを特徴とする、フラックスゲートセンサ。
【請求項２】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項３】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が略同一であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項４】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項５】
前記第１の端部分と前記第２の端部分とが、前記磁気コアの終端をなしていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項６】
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の端部分、前記中央部分、前記第２の端部分のみからなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のフラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることを特徴とするフラックスゲートセンサ。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に配置され、３軸のそれぞれに沿うように配置された第１、第２および第３のフラックスゲートセンサと、
を含み、
前記第１、第２および第３のフラックスゲートセンサの各々は、
基板上に形成された第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分と連続してかつ前記中央部分の幅よりも広い幅を持ち、前記中央部分の両端に位置する第１および第２の端部分と、を有する磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第１絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を含み、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の端部分に、螺旋状の第１のソレノイドコイルが巻き回されており、
前記中央部分に、螺旋状の第２のソレノイドコイルが巻き回されていることを特徴とする、電子方位計。
【請求項９】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載の電子方位計。
【請求項１０】
前記第１のソレノイドコイルは、前記第１の端部分に巻き回された第３のソレノイドコイルおよび前記第２の端部分に巻き回された第４のソレノイドコイルを含み、前記第３のソレノイドコイルおよび前記第４のソレノイドコイルは、直列に接続され、かつ巻き数が同一であることを特徴とする、請求項８または９のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項１１】
前記第１のソレノイドコイルは、前記中央部分、前記第１および第２の端部分に巻き回されていることを特徴とする、請求項８または９のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項１２】
前記第１の端部分と前記第２の端部分とが、前記磁気コアの終端をなしていることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項１３】
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の端部分、前記中央部分、前記第２の端部分のみからなることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の電子方位計。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれかに記載のフラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることを特徴とする電子方位計。
【請求項１５】
第１配線層と、
前記第１配線層を覆うように形成された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に形成され、検出部と、前記検出部と連続してかつ前記検出部の幅よりも広い幅を持ち、前記検出部の両端に位置する第１および第２の励磁部と、を備える磁気コアと、
前記磁気コアを覆い、前記第一絶縁層上に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に形成された第２配線層と、
を少なくとも備えたフラックスゲートセンサにおいて、
前記第１配線層および前記第２配線層は、複数の互いに略平行な配線を有し、
前記第１配線層の配線および前記第２配線層の配線の両端が、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の選択的に除去された部分を介して電気的に接続され、
前記第１および第２の励磁部に、螺旋状の励磁コイルが巻き回されていることを特徴とするフラックスゲートセンサ。
【請求項１６】
前記励磁コイルは、前記第１の励磁部に巻き回された第１の励磁コイルと、前記第２の励磁部に巻き回された第２の励磁コイルとを含み、前記第１の励磁コイルと前記第２の励磁コイルは、発生する磁界が同一方向となるように直列に接続されていることを特徴とする請求項１５に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項１７】
前記励磁コイルは、前記励磁部と、前記磁気コアの中央部に形成された検出部とに巻き回されていることを特徴とする請求項１５に記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項１８】
前記第１の励磁部と前記第２の励磁部とが、前記磁気コアの終端をなしていることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項１９】
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の励磁部、前記検出部、前記第２の励磁部のみからなることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載のフラックスゲートセンサ。
【請求項２０】
請求項１５から１９のいずれかに記載のフラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることを特徴とするフラックスゲートセンサ。
【請求項２１】
１つの基板上において、３軸のそれぞれに沿うように、３つの請求項１５乃至２０のいずれかに記載のフラックスゲートセンサを配置することにより構成されたことを特徴とする電子方位計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さくてもよい。
前記第１の端部分と前記第２の端部分とが、前記磁気コアの終端をなしていることができる。
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の端部分、前記中央部分、前記第２の端部分のみからなることができる。
前記フラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
前記第１および第２の端部分の幅Ｂと、前記第１および第２の端部分の長手方向の長さＤの比Ｂ／Ｄの値が１よりも小さくてもよい。
前記第１の端部分と前記第２の端部分とが、前記磁気コアの終端をなしていることができる。
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の端部分、前記中央部分、前記第２の端部分のみからなることができる。
前記フラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
前記励磁コイルは、前記励磁部と、前記磁気コアの中央部に形成された検出部とに巻き回されていてもよい。
前記第１の励磁部と前記第２の励磁部とが、前記磁気コアの終端をなしていることができる。
前記磁気コアが、フラックスゲートセンサの感磁方向と一致するその長手方向に沿って、前記第１の励磁部、前記検出部、前記第２の励磁部のみからなることができる。
上記フラックスゲートセンサが、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサとされてなることができる。
【国際調査報告】
2010134348.tif 000028
2010134348.tif 000029