(57)【要約】  マグネトインピーダンスセンサ素子は、基板上にアモルファスワイヤを組み込んだ平面型構造からなり、非磁性体の基板と、検出コイルを形成する平面パターンの配列方向に配設されたアモルファスワイヤと、アモルファスワイヤの外周に平面パターンと立体パターンとからなる螺旋状の検出コイルと、平面パターンとアモルファスワイヤを絶縁する平面絶縁部と、平面絶縁部の上面にアモルファスワイヤを固定するためのワイヤ固定部と、立体パターンとアモルファスワイヤを絶縁する立体絶縁部とから構成されている。
2010097932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体からなる基板と、
前記基板表面の平坦面に配列された複数の第１導体膜からなる平面パターンと、
前記複数の第１導体膜を横断するように前記平面パターンの配列方向に沿って配設されたアモルファスワイヤと、
該アモルファスワイヤの外周面を覆うとともに、該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に固定する絶縁体と、
前記絶縁体の外表面と前記平面パターンの表面とに渡って形成されると共に前記アモルファスワイヤを横断するように配列された複数の第２導体膜からなる立体パターンとを有し、
前記平面パターンと前記立体パターンとは、前記第１導体膜の端部と前記第２導体膜の端部とを積層した状態で接合してなる積層接合部を前記基板表面の平坦面上における前記アモルファスワイヤの両脇に形成することにより、前記平面パターンと前記立体パターンとが一体化してなる検出コイルを前記絶縁体の周囲に形成してなり、
前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を呈していることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項２】
請求項１において、前記アモルファスワイヤは、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面が円形状であることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面における前記平面パターンに平行な方向の幅寸法の最大値をＬとし、前記アモルファスワイヤの直径をｄとした場合、Ｌ／ｄが１．３〜５の範囲内に収まる形状に構成されていることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項４】
請求項３において、前記Ｌ／ｄは２〜５の範囲内であることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、前記絶縁体は、前記平面パターンの表面を覆う平面絶縁部と、該平面絶縁部と前記アモルファスワイヤとの間に介在し、該アモルファスワイヤを前記基板に対して固定するワイヤ固定部と、前記アモルファスワイヤと前記立体パターンとの間に介在し両者の間を絶縁する立体絶縁部との３部分を有し、少なくとも前記ワイヤ固定部は、固化前に液状樹脂を用いて形成してあることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項６】
請求項５において、前記アモルファスワイヤはその外周面がガラス被膜により覆われており、該ガラス被膜が前記立体絶縁部の少なくとも一部を構成していることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項のマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法であって、
前記基板表面の平坦面に前記平面パターンを形成する平面パターン形成工程と、
前記平面パターン上に前記アモルファスワイヤを配置するとともに、前記絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
前記立体パターンを形成する立体パターン形成工程と、を有し、
前記絶縁体形成工程において、少なくとも前記アモルファスワイヤを前記基板に対して固定するワイヤ固定部は、液状樹脂を用いて該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に付着させた後、前記液状樹脂を固化することにより形成することを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに用いられるアモルファスワイヤを組み込んだマグネトインピーダンスセンサ素子（以下、ＭＩ素子という。）の小型化、薄型化に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２に、従来のＭＩ素子の構造を示す（特許文献１）。
ＭＩ素子９は、基板上９１の中心部にアモルファスワイヤ９２を固定し、その基板周辺を検出コイル９３が巻きつけられている。アモルファスワイヤ９２は長さ４mm、直径３０μmを使用し、ＭＩ素子の大きさは幅３mm、高さ２mm、長さ４mmなどが一般的である。
上記従来のＭＩ素子は、磁気センサとして適用すると高感度化、小型化はある程度達成したが、高性能磁気センサ（以下、ＭＩセンサという。）として小型化は必ずしも十分ではなかった。
ＭＩ素子の磁性体コアであるアモルファスワイヤは加熱によるはんだ接合では結晶化がおこるために、アモルファスワイヤの両端と電極との間には超音波ボンディングなどによる電気的結合を行っている。アモルファスワイヤの両端にこの電気的結合部を必要とするためにアモルファスワイヤは長くなる。
また、アモルファスワイヤの磁気的性質は外部応力による歪みの影響を受けやすいのでアモルファスワイヤをゲル状物質で被覆している。そして、検出コイルは基板の上にてゲル状物質で被覆したアモルファスワイヤと基板とを外周から巻く構造のため太くなる。
そのためにＭＩ素子のサイズは大きなものとなり、小型化には困難であった。
【特許文献１】特開２００１−２９６１２７号公報
【０００３】
ＭＩ素子の小型化のためには、アモルファスワイヤ自体を短くするとともに検出コイルが基板を外周から巻くことなく、基板上でアモルファスワイヤのみを巻くことが必要である。しかし、応力がかかっていないアモルファスワイヤを基板の検出コイルパターン上に配置することは難しい。アモルファスワイヤに応力がかかると磁気特性に影響を及ぼし、ＭＩ効果を十分に発揮することができないためＭＩ素子としての信頼性に欠けるからである。
そこで、基板に溝加工を施して溝内にアモルファスワイヤを埋設すればアモルファスワイヤ自体に何らの応力もかからず、信頼性のあるＭＩ素子が期待できる。【０００４】
図１３および図１４に、溝方式のＭＩ素子の構造（凹型）を示す（特許文献２）。
微細加工による溝方式のＭＩ素子は、上記従来のＭＩ素子の大幅な小型化を達成したものである。その構造は、基板１のある方向に延在溝１１（凹形状）を切削加工し、延在溝内にアモルファスワイヤ２、絶縁体４および第１検出コイル部３１を埋設し、溝上面１１２に第２検出コイル部３２を形成したものである。これにより、アモルファスワイヤ２は長さ１．５mm、直径３０μmを使用し、基板１の大きさは幅０．５mm、厚さ（高さ）０．５mm、長さ１．５mmである。なお、基板上の溝の深さ０．０５mm、幅０．０７mmである。
しかし、上記溝方式の構造（凹型）によるＭＩ素子は、基板に延在溝加工を行うことから、延在溝加工時における破損のおそれがある。現状のアモルファスワイヤは３０μｍであり、検出コイルはできるだけ近接捲きした方が出力があがるため、溝加工の刃の幅はできるかぎり３０μｍに近いサイズが好ましい。
しかしながら、通常のセラミックスの溝加工に用いる刃の幅は１００μｍ以上であり、それ未満のサイズは特殊サイズであり、５０μｍが最小グレードである。そのため、現状は、刃の幅は最小グレードの５０〜７０μｍで溝加工が行われている。しかし、刃の幅が薄いほど、刃の磨耗及び破損の恐れがある。
特に、ワイヤを載せる基板の母材であるウエハにおいて、通常の広く用いられているアルミナセラミックス基板使って、上記の幅の刃で、工業ベースの加工速度で上記溝加工を行うと刃及びウエハ共に割れてしまう。
そのため、割れないように加工するには生産性を度外視したゆっくりとした加工をしなければならなかった。そこで、実際は、ウエハ用のセラミックス基板としては材質が通常のアルミナより柔らかいマシナブルセラミックスを用いなければならなかった。
溝深さは、ワイヤを絶縁層とコイルで覆うため、ワイヤ径に約１５μｍを加えた深さが最低限必要となっており、３０μｍのワイヤにおいては溝深さは５０μｍ程度が必要であった。溝構造が溝幅５０μｍで溝深さ５０μｍの場合、現行品は加工性の良いものの強度の低いマシナブルセラミックスを使用しているため、溝による割れを防止するために基板全体の厚さは０．６ｍｍ程度が必要であった。また、マシナブルセラミックスを使用しても、溝加工刃の刃幅が狭いため刃の磨耗は早く、コスト高となっていた。
また、基板の溝深さを５０μｍ以上に深くすると、溝の基板への切り欠き効果が大きくなり、基板強度の低下を招き、更に基板を厚く、大型化しなければならなくなっていた。
すなわち、溝構造において３０μｍ径のワイヤにおいては、溝構造が溝幅５０〜７０μｍで溝深さ５０μｍで、基板厚さ０．６ｍｍが、出力特性と小型化の面で最適化されていた。
この延在溝構造で、素子全体の更なる小型化のため、溝構造を小さくしようとしても、溝幅は刃のサイズの制限から５０μｍ以下にはできないため困難であった。
また、ワイヤ径を細くして、溝幅は５０μｍであっても、溝深さを浅くすることで、切り欠き効果を低減し基板厚さを薄くすることも考えられる。
溝構造の場合、検出コイルは溝に沿って形成されるため、検出コイルはワイヤ径が小さくなっても、溝幅が固定されているため溝幅方向で５０μｍ、深さ方向でもワイヤ径＋約１５μｍとなり、ワイヤ径が小さくなればなる程、近接捲きでなくなる。そのため、ＭＩ素子としての出力特性はワイヤ径が小さくなることで、相対的にワイヤ径に対し検出コイルが離れることとなり、径の減少以上に出力が大幅に低下することとなっていた。
また、溝幅に対して、ワイヤ径が小さいと、検出コイルの中央にワイヤを位置させることが困難なため、ワイヤの位置のバラツキに伴い出力特性にバラツキを生じることとなっていた。
更に、マシナブルセラミックスを深さ方向に薄く加工することは困難であり、加工速度を遅くする必要があり、そのため刃のエッジの磨耗が激しくなる。そのため、ウエハ内での溝形状にバラツキが生じ、同じ形状を前提として樹脂等の絶縁層を供給すると、樹脂が溝からあふれる等の問題を生じることとなり、製造性も大きく低下していた。
以上のように、溝構造方式において基板溝内にＭＩ素子の加工、組み立てする際等の強度の保持とＭＩ素子の出力特性の維持を両立しつつ、基板のサイズの小型化、特に薄型化することは困難であった。
また、基板は延在溝を加工するためマシナブルセラミックスのような切削性のよい材質に制限され、基板に使われるウェハの大きさも制限されていた。
【特許文献２】再公表特許ＷＯ２００３／０７１２９９号公報
【０００５】
一方、アモルファスワイヤからなるＭＩ素子は微細加工に適しておらず、コイル巻きや実装技術が面倒であるとの理由から超小型の磁気検出素子は困難であるため、基板上に薄膜磁気コアを設けたＭＩ素子が提案されている（特許文献３および特許文献４）。
薄膜磁気コアからなるＭＩ素子は、基板上にて薄膜磁気コアはスパッタ膜により形成されるため薄膜磁気コア自体に応力が問題となることもなく容易に配置されている。
しかし、円形状の断面形状を有するアモルファスワイヤを用いたＭＩ素子に比べて矩形膜状の断面形状を有する薄膜磁気コアを用いたＭＩ素子は、矩形膜の幅方向の磁気インピーダンス効果が十分に発揮できない。
【特許文献３】特開２０００−２９２５０６号公報
【特許文献４】特開２００２−２７０９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＭＩセンサとして磁気インピーダンス効果の優れている（基板上に載せられる）アモルファスワイヤを組み込んだＭＩ素子について、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従来のＭＩ素子と同等の出力特性を維持したまま、小型化、薄型化を図るものであり、また基板材質の選択の自由度を図ること、基板用ウェハの大きさの自由度を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子は、非磁性体からなる基板と、
前記基板表面の平坦面に配列された複数の第１導体膜からなる平面パターンと、
前記複数の第１導体膜を横断するように前記平面パターンの配列方向に沿って配設されたアモルファスワイヤと、
該アモルファスワイヤの外周面を覆うとともに、該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に固定する絶縁体と、
前記絶縁体の外表面と前記平面パターンの表面とに渡って形成されると共に前記アモルファスワイヤを横断するように配列された複数の第２導体膜からなる立体パターンとを有し、
前記平面パターンと前記立体パターンとは、前記第１導体膜の端部と前記第２導体膜の端部とを積層した状態で接合してなる積層接合部を前記基板表面の平坦面上における前記アモルファスワイヤの両脇に形成することにより、前記平面パターンと前記立体パターンとが一体化してなる検出コイルを前記絶縁体の周囲に形成してなり、
前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を呈していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、絶縁体によって、基板表面上にアモルファスワイヤを固定するため、従来のように基板に延在溝（図１４参照）を形成する必要がない。これにより、延在溝形成時に基板が破損する等の不具合を防止することが可能となる。また、基板の強度を充分に確保できるため、基板を薄型化でき、ひいてはセンサ全体の大きさを小型化できる。
また、微細加工性の問題が解消して基板材質の選択肢が拡がる。さらに、アモルファスワイヤと検出コイルとを隔離する絶縁体の材質、厚さ、形状の選択肢が拡がるので検出コイルを小径化して感度を向上することができる。
また、絶縁体は、アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、平面パターンに平行な方向の幅寸法が、平面パターンに近づくほど大きくなる形状を呈している。このようにすることで、導体層である立体パターンの隣接する第２導体膜同士を短絡させたり、第２導体膜の断線をさせることなく形成でき、かつ、溝壁面に沿ってコイルを形成する溝型構造に比べ、ワイヤに近接して検出コイルが形成でき、同一ワイヤでの出力の向上が図れる。
絶縁体の形状を、このように特定することで、なぜ、第二導電膜同士を短絡させること無く形成できるのかを説明する。
ここで、複数の第一導電膜からなる平面パターンと複数の第二導電膜からなる立体パターンの製法について述べる。上記パターンの製造方法は、通常、以下の２種類の方法で行われる。
一つ目の方法は、導電パターンを載せたい絶縁体面上にＣｕ層を作成し、その上にレジストをのせ所定状態に配列された複数の導電膜の形成のために露光・現像工程からなるパターニングを行う。次に、Ｃｕ層をエッチングにより除去し、その後、レジストを除去することにより形成される。
二つ目の方法は、導電パターンを載せたい絶縁体面上に薄い下部Ｔｉ／Ｃｕシード層を作成し、その上にレジストをのせ所定状態に配列された複数の導電膜の形成のために露光・現像工程からなるパターニングを行う。次に、銅メッキ処理して、レジストを除去後、選択エッチングにより下部Ｔｉ／Ｃｕシード層を除去することにより形成される。
問題となるのは立体パターンを形成するときである。
例えば、一つ目の方法で説明する。問題となるのは絶縁体の形状が、前述のようにアモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を有さず、図１５に示すように、平面パターンに近づいたときに絶縁体９７の平面パターンに平行な方向の幅寸法が小さくなるような形状（以下、幅寸法が小さくなる部分をへこみ部９０と称す）の場合である。
この場合、その絶縁体９７の上にＣｕ層９６を作成すると、その絶縁体９７の形状になぞった形でＣｕ層９６が形成される。そのＣｕ層９６の上にポジタイプのレジストをのせ上記のパターニングを行う。これにより、パターニング時に露光されない部分は、残ったレジストによりマスクされ、将来、所定状態に配列された複数の第二導電膜である立体パターンとなる。一方、パターニング時に露光される部分は、レジストが取り除かれてＣｕ層９６が表出することとなり、次工程でエッチングで除去され、導電膜のない非パターン部となる。
しかし、パターニングの露光される部分において、エッチングで表出するはずの上記のへこみ部９０は、未露光部となり現像時に溶け出さないため、未露光部レジスト９８は残存することとなる。
そのため、エッチング時に、残存したレジスト部９８の下層のＣｕ層９６はエッチングされず残存することとなる。そのため、隣接する複数の第二導電膜をこの残存Ｃｕ層９６が短絡することなり、検出コイルを形成することが出来なくなる。
また、二つ目の方法においても、図１６に示すごとく、へこみ部を持つ絶縁層９７の上にＴｉ／Ｃｕシード層９６ａを載せ、その上部に、レジストをのせ所定状態に配列された複数の導電膜の形成のために露光・現像工程からなるパターニングを行う。
これにより、パターニング時に露光されない部分は、残ったレジストによりマスクされ、将来、Ｃｕ等のメッキ工程でレジスト上にはメッキされず、その後のレジスト除去工程、Ｔｉ／Ｃｕシード層除去エッチング工程によって非パターン部が形成される。
一方、パターニング時に露光される部分は、通常は、現像によりレジストが取り除かれ、将来、メッキ工程でＴｉ／Ｃｕシード層上にＣｕ等がメッキされ、所定状態に配列された複数の第二導電膜である立体パターンとなる。
しかし、パターニングの露光される部分において、現像工程で表出するはずの上記のへこみ部９０は、未露光部となり現像時に溶け出さないため、未露光部レジスト９８は残存することとなる。そのため、Ｃｕ９６をメッキする時に、残存したレジスト部９８の上部にはメッキされないこととなる。その結果、複数の第二導電膜は、この残存レジスト部９８に対応したところで断線することなり、検出コイルを形成することが出来なくなる。
ここでは、ポジタイプのレジストを用いて説明したが、ネガタイプの場合は、樹脂の露光部の現像時の溶解性が反対のため、第一の方法で行う場合は第二導電膜が断線し、第二の方法で行う場合は、非パターン部においてＣｕ層９６が形成され短絡が生じることとなる。
それに対し、本発明では絶縁体の形状が、前述のようにアモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を有するため、上記のへこみ部は存在せず、未露光部レジストはないため、非パターン部にＣｕ層９６は形成されず、第二導電膜において断線も生じず、検出コイルを形成することが出来る。【０００９】
さらに、本発明の構造においては、バルク状のアモルファスワイヤを組み込んだＭＩ素子であるにもかかわらず、スパッタ膜やメッキ膜などの薄膜のみからなる多層薄膜マグネトインピーダンスセンサ素子の薄膜磁気コアと同様に、基板の厚さを薄くすることができる。その基板の厚さは、基板の平坦面においてバルクのアモルファスワイヤをコアとして絶縁体及び検出コイルの形成を順次行うことができるフィルム状の厚さまで薄くできる。これにより、一層の薄型化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子の正面を示す概念図である。
【図２】実施例１、２及び７における、図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】本実施例における、ＭＩ素子の評価方法についての説明図。
【図４】本実施例における、ＭＩ素子の評価方法についての説明図。
【図５】実施例３における、図１のＢ−Ｂ矢視図。
【図６】実施例４における、図１のＢ−Ｂ矢視図。
【図７】実施例４における、マグネトインピーダンスセンサ素子の矢視図であって、液状樹脂のみを用いて絶縁体を構成した例。
【図８】実施例５における、図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図９】実施例５とその比較例における、特性を示す線図である。
【図１０】実施例６における、図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図１１】実施例８における、マグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法説明図。
【図１２】特許文献１の従来例（機械式ＭＩ素子）である。
【図１３】特許文献２の従来例（溝型のＭＩ素子）の正面を示す概念図である。
【図１４】特許文献２の従来例（溝型ＭＩ素子）の断面を示す概念図である。
【図１５】ＭＩ素子の絶縁層形状における問題点を説明するための図。
【図１６】ＭＩ素子の絶縁層形状における問題点を説明するための図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において、前記アモルファスワイヤは、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面が円形状であることが好ましい。
前記アモルファスワイヤが断面が円形状とするのは、ワイヤ断面が多角形であると、角部のワイヤ表層に不要な磁区が形成されるため、ＭＩ特性が劣化するためである。よって、本発明における円形状は、基本的に角部を有さないという意味である。そのため、ワイヤ表面の加工のばらつきの範囲の程度は問題がなく、真円以外の楕円形状や、円形外周が滑らかにうねるような外形状でもよい。そのような形状においても、十分なＭＩ特性が得られる。製造状は、円形状が製造しやすく、多角形形状は製造がしにくい。【００１２】
本発明において、前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面における前記平面パターンに平行な方向の幅寸法の最大値をＬとし、前記アモルファスワイヤの直径をｄとした場合、Ｌ／ｄが１．３〜５の範囲内に収まる形状に構成されていることが好ましい。【００１３】
Ｌ／ｄが１．３未満であると、本発明の特徴の一つである、アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を構成できず、立体パターンの隣接する第２導体膜同士が短絡する、若しくは、第２導体膜が断線するため、検出コイルの形成が困難となる。また、Ｌ／ｄが５を超えると、絶縁体の幅が大きくなりすぎるため、素子を小型化できないという問題が生じる。【００１４】
また、前記Ｌ／ｄは２〜５の範囲内であることが好ましい。
Ｌ／ｄが２以上であれば、アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を構成でき、立体パターンの隣接する第２導体膜同士の短絡や、第２導体膜の断線を確実に回避し、検出コイルの形成ができる。【００１５】
また、前記絶縁体は、前記平面パターンの表面を覆う平面絶縁部と、該平面絶縁部と前記アモルファスワイヤとの間に介在し、該アモルファスワイヤを前記基板に対して固定するワイヤ固定部と、前記アモルファスワイヤと前記立体パターンとの間に介在し両者の間を絶縁する立体絶縁部との３部分を有し、少なくとも前記ワイヤ固定部は、固化前において液状樹脂を用いて形成してあることが好ましい。【００１６】
このようにすると、平面絶縁部と立体絶縁部とによりアモルファスワイヤの絶縁性を確保できるとともに、ワイヤ固定部が上記液状樹脂により構成されているため、アモルファスワイヤに大きな応力を加えることなく、該アモルファスワイヤと基板との間に液状樹脂を配置することができる。そして、その状態で液状樹脂を固化してアモルファスワイヤを固定することによって、応力によるアモルファスワイヤの磁気特性低下を抑制することができる。【００１７】
また、前記平面絶縁部は、前記ワイヤ固定部形成前に該ワイヤ固定部とは別個に形成された膜状形状を呈することが好ましい。
このようにすると、平面絶縁部が予め形成されており、その上にアモルファスワイヤを載置できるので、平面パターンとアモルファスワイヤとの絶縁性を高めることができる。【００１８】
また、前記平面絶縁部は、前記ワイヤ固定部と同時に一体的に形成されていることが好ましい。
この場合には、前記平面絶縁部とワイヤ固定部とが一体化して両者の境界がない一つの部分となる。そして、平面絶縁部を別途形成する場合と比較して、製造工程を簡単にすることができる。【００１９】
また、前記立体絶縁部は、前記ワイヤ固定部とは別個に形成された膜状形状を呈することが好ましい。
このようにすると、ワイヤ固定部を形成した後に立体絶縁部を別個に形成するため、アモルファスワイヤと立体パターンとの絶縁性をさらに高めることができる。
なお、この場合、ワイヤ固定部と平面絶縁部とは一体に形成されていてもよく、別個に形成されていてもよい。【００２０】
また、前記立体絶縁部は、前記ワイヤ固定部と同時に一体的に形成されていることが好ましい。
この場合には、前記立体絶縁部とワイヤ固定部とが一体化して両者の境界がない一つの部分となる。このようにすると、立体絶縁部を別個に形成する場合と比較して、マグネトインピーダンスセンサ素子の製造工程を簡単にすることができる。
また、この場合、ワイヤ固定部と平面絶縁部とが一体に形成されていてもよく、別個に形成されていてもよい。
平面絶縁部とワイヤ固定部と立体絶縁部とを一体に形成して一つの部分とすれば、製造工程を最も簡略化できる。【００２１】
また、前記アモルファスワイヤはその外周面がガラス被膜により覆われており、該ガラス被膜が前記立体絶縁部の少なくとも一部を構成していることが好ましい。
このようにすると、ガラス被膜により、アモルファスワイヤの絶縁性を高めることが可能となる。また、例えば、製造時には、ガラス被膜付きのアモルファスワイヤを基板上に配置して液状樹脂を滴下するだけで、絶縁性を確保しつつ簡単にアモルファスワイヤを基板表面に固定することも可能になる。【００２２】
また、この構造により、ＭＩ素子のさらなる小型化が可能となり、かつ、検出コイルの立体パターンがバルク状のアモルファスワイヤとその外周面を覆うように形成された絶縁膜（ガラス被膜）の外周に形成されることにより検出コイルの円相当径が小径化して感度の向上が可能となる。なお、この場合においても、ワイヤの軸線に垂直な断面が円形状であることが好ましい。特に、真円もしくは楕円形状が好ましい。それ以外の形状では、より製造が困難となるからである。【００２３】
さらに、好ましくは、前記アモルファスワイヤは、その外周面がガラス被膜により覆われており、該ガラス皮膜が、前記立体絶縁部の少なくとも一部を構成し、かつ、該ガラス被膜のみが、前記平面絶縁部を構成する。これにより、絶縁体の厚みをさらに薄くでき、検出コイルの円相当径をさらに小型化して、感度の向上が図れる。【００２４】
また、本発明は、前記基板表面の平坦面に前記平面パターンを形成する平面パターン形成工程と、
前記平面パターン上に前記アモルファスワイヤを配置するとともに、前記絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
前記立体パターンを形成する立体パターン形成工程と、を有し、
前記絶縁体形成工程において、少なくとも前記アモルファスワイヤを前記基板に対して固定するワイヤ固定部は、液状樹脂を用いて該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に付着させた後、前記液状樹脂を固化することにより形成することを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法である。【００２５】
上記マグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法によると、絶縁体形成工程を行うことにより、断面円形状のアモルファスワイヤを基板表面に固定できるので、基板に延在溝（図１４参照）を形成する必要がなくなる。そのため、延在溝形成時に基板が破損する等の不具合を防止することが可能となる。また、基板の強度を充分に確保できるため、基板を薄型化でき、ひいてはセンサ全体の大きさを小型化できる。
さらに、絶縁体形成工程において、液状樹脂を用いてワイヤ固定部を形成するため、アモルファスワイヤに大きな応力を加えなくてすむ。これにより、アモルファスワイヤの磁気特性が低下することを防止できる。【００２６】
絶縁体形成工程は例えば、平面パターン上にアモルファスワイヤを載置して液状樹脂を滴下することにより行う。これにより、アモルファスワイヤは平面パターン上に定着される。その後、樹脂が硬化するとアモルファスワイヤは平面パターン上に固定される。
このように液状樹脂を用いて微小径のアモルファスワイヤを固定するため、大きな応力を加えずにこの微小径アモルファスワイヤをＭＩ素子に組み込むことができる。
また、上記絶縁体形成工程では、所望の絶縁体の構造に応じて、複数の工程を追加することができる。例えば上述した平面絶縁部を前記ワイヤ固定部と別個に形成する場合には、前記アモルファスワイヤを基板上に配置する前に平面絶縁部を形成する工程を追加する。また、例えば、上述した立体絶縁部を前記ワイヤ固定部と別個に形成する場合には、前記アモルファスワイヤをワイヤ固定部により固定した後に立体絶縁部を形成する工程を追加する。【００２７】
以上のように、本発明のＭＩ素子は、微細加工にて基板上にバルクのアモルファスワイヤをコアとして絶縁体及び検出コイルの形成を順次行うという平面型構造からなるものである。以下に各部の形態等についてさらに詳しく説明する。【００２８】
前記基板としては、凹形状からなる延在溝を必要としないので薄い基板、例えば、０．０１０ｍｍ〜０．４５ｍｍの厚さの基板が使用できる。０．０１０ｍｍ未満では基板上に平面型構造にてアモルファスワイヤ、絶縁体及び検出コイルの形成が難しくなり、０．４５ｍｍを超えるとＭＩ素子の小型化、薄型化を図ることができない。シリコンウェハを用いる場合には、シリコンウェハの大きさと薄型化の点から０．０１５ｍｍ〜０．３０ｍｍの厚さが好ましい。【００２９】
また、基板上の延在溝を形成するための切削加工が不要となり基板材質の制限がなくなるので、絶縁性のアルミナ系セラミックス、半導体のシリコンウェハ、導体の金属などが使用できる。さらに、基板用としてシリコンウェハの場合には、その大きさは直径６インチから直径１２インチまで可能となる。【００３０】
本発明のＭＩ素子は、小型化、薄型化を達成するために基板の厚さを薄くするとともに基板上に配設されるバルクのアモルファスワイヤの大きさを小さくする必要がある。
すなわち、バルクのアモルファスワイヤの直径（円相当直径を意味するが、以下、直径と記す）を小さくすることであり、現在製造されている直径としては８〜３０μｍが容易に適用でき、長さは１ｍｍ以下が好ましい。アモルファスワイヤの直径を大きくするとＭＩ素子の高さが高くなり、薄型化が達成できない。
また、ＭＩセンサのヒステリシスは少ない方が好ましいためにアモルファスワイヤの直径は２０μｍ以下とすることがよい。【００３１】
次に、本発明の平面型ＭＩ素子に用いられるバルクのアモルファスワイヤは、ＭＩ効果を発揮できるものであり、主相がアモルファスであり、零磁歪の軟磁性合金からなることが好ましい。例えば、コロナ社出版の磁気センサ理工学、Ｐ１３には、（ＣｏＦｅ）８０（ＳｉＢ）２０において、Ｆｅ／Ｃｏが約０．０７のとき、磁歪の絶対値が１０−６未満となり、そのレベルの磁歪を零磁歪と記述されている。本発明の零磁歪もそのレベルとする。
感磁ワイヤの組成は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系の零磁歪を有する合金が好ましい。その他の組成は、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｂ系やＦｅ−Ｓｉ系等の公知の合金系からなり、主相がアモルファス相である軟磁性合金でもよい。
そして、このＭＩ効果はアモルファスワイヤに外部応力がかかると十分に発揮できなくなり、磁界の強さに対して検出される出力電圧の直線性、感度の低下など磁気特性が劣化する。【００３２】
したがって、アモルファスワイヤを内包する絶縁体としては、励磁電流が通電されるアモルファスワイヤと磁界の強さを検出する検出コイルとを絶縁する機能と、微小径かつ短いアモルファスワイヤを基板上に固定する機能が必要である。
ここで、検出コイルの下部を構成する平面パターンとアモルファスワイヤとを電気的に絶縁する絶縁体およびアモルファスワイヤを被覆する絶縁体は、絶縁する機能が必要である。絶縁体の例として、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの無機質の絶縁材料やエポキシ系樹脂などの有機質の絶縁材料である。
また、両者の機能を有する絶縁体であれば、有機質の絶縁性材料でも無機の絶縁性材料でもよい。【００３３】
両者の機能を有する有機質の絶縁性材料として液状のエポキシ系樹脂がよい。例えば、上述した平面絶縁部をワイヤ固定部と別個に有する場合には、基板上において、検出コイルの下部を構成する複数の導体膜からなる平面パターン上に絶縁体（ＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜でも、塗布方法によるエポキシ系樹脂膜でもよい。）からなる平面絶縁部を形成する。次いで、その平面絶縁部の上面に真っ直ぐなアモルファスワイヤを応力がかからない状態で載置し、平面絶縁部とアモルファスワイヤとの間に溶剤希釈により濡れ性が向上した液状のエポキシ樹脂を滴下する。すると、アモルファスワイヤの下方部分を含むアモルファスワイヤ表面と平面絶縁部がエポキシ系樹脂に濡れる。そして、平面絶縁部とアモルファスワイヤの間には表面張力が作用して真っ直ぐな状態のままでアモルファスワイヤは絶縁体の上面に定着される。【００３４】
次に、エポキシ樹脂により定着されているアモルファスワイヤは、そのまま放置したり、ベークすることによりエポキシ樹脂が硬化するため基板上に固定される。
これにより、直径８〜３０μｍのアモルファスワイヤは大きな応力がかかることなく基板の平面パターン上に配設することができる。そのため、アモルファスワイヤの磁気特性（ＭＩ効果）に大きな影響を与えなくてすむ。【００３５】
さらに、平面パターン上に固定されたアモルファスワイヤに表面張力を活用した液状樹脂を塗布するとアモルファスワイヤの外周面の形状に沿って膜状に絶縁体が形成されるため、アモルファスワイヤはアモルファスワイヤの断面形状に沿った形状からなる薄膜の絶縁体に内包される。【００３６】
また、平面パターン上に固定されたアモルファスワイヤの外周面にＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜を生成すると、膜状の絶縁層が形成されるとともにアモルファスワイヤの断面形状に沿った形状の絶縁層となる。
これにより、絶縁体の外周面に形成する検出コイルも従来の溝型方式の検出コイルに比べアモルファスワイヤの断面形状に沿った形状となって、アモルファスワイヤと検出コイルとが絶縁体を介して近接した形状となるため、外部磁場の検出感度の向上が図れる。【００３７】
また、アモルファスワイヤの外周の一部又は全部にガラス被膜による絶縁を行なうこともできる。これにより、アモルファスワイヤの断面形状に沿った形状の絶縁体の厚さは一層薄くすることができ、さらに外部磁場の検出感度の向上が図れる。【００３８】
さらに、絶縁性のガラス被膜を有するアモルファスワイヤを直接平面パターン上に載置しても両者の間はガラスにより絶縁性は確保されているので、アモルファスワイヤを平面パターン上に定着・固定するための材料の機能は固定する機能のみ必要となる。すなわち、絶縁性の材料に限られることなく、上記のようにアモルファスワイヤを基板の平面パターン上にアモルファスワイヤのＭＩ効果に影響を与えるような大きな外部応力を与えずに固定するための材料選択の自由度が拡がる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本発明の平面型ＭＩ素子の第１実施例について、図１および図２を用いて説明する。図１は、平面型ＭＩ素子１の正面を示す概念図であり、図２は、第１図のＢ−Ｂ矢視図である。【００４０】
図１、図２に示すごとく、本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子１は、非磁性体からなる基板１１を備える。また、基板表面の平坦面に配列された複数の第１導体膜３１１からなる平面パターン３１を備える。そして、複数の第１導体膜３１１を横断するように平面パターン３１の配列方向に沿って配設された断面円形状のアモルファスワイヤ２を備える。さらに、アモルファスワイヤ２の外周面を覆うとともに、アモルファスワイヤ２を平面パターン３１上に固定する絶縁体４を備える。
また、絶縁体４の外表面と平面パターン３１の表面とに渡って形成されると共にアモルファスワイヤ２を横断するように配列された複数の第２導体膜３２１からなる立体パターン３２を備える。
また、平面パターン３１と立体パターン３２とは、第１導体膜３１１の端部と第２導体膜３２１の端部とを積層した状態で接合してなる積層接合部を基板表面の平坦面上におけるアモルファスワイヤ２の両脇に形成することにより、平面パターン３１と立体パターン３２とが一体化してなる検出コイル３を絶縁体４の周囲に形成してなる。
絶縁体４は、アモルファスワイヤ２の軸線に垂直な断面において、平面パターンに平行な方向の幅寸法が、平面パターンに近づくほど大きくなる裾広がり形状を呈している。【００４１】
また、図２に示すごとく、絶縁体４は、アモルファスワイヤ２の軸線に垂直な断面における平面パターン３１に平行な方向の幅寸法の最大値をＬとし、アモルファスワイヤ２の直径をｄとした場合、Ｌ／ｄが１．３〜５の範囲内に収まる形状に構成されている。【００４２】
また、図２に示すごとく、絶縁体４は、平面パターン３１の表面を覆う平面絶縁部４１と、平面絶縁部４１とアモルファスワイヤ２との間に介在し、アモルファスワイヤ２を基板１１に対して固定するワイヤ固定部４２と、アモルファスワイヤ２と立体パターン３２との間に介在し両者の間を絶縁する立体絶縁部４３との３部分を有し、少なくともワイヤ固定部４２は、固化前において液状樹脂を用いて形成されている。【００４３】
また、平面絶縁部４１は、ワイヤ固定部４２形成前にワイヤ固定部４２とは別個に形成された膜状形状を呈する。
また、立体絶縁部４３は、ワイヤ固定部４２とは別個に形成された膜状形状を呈する。【００４４】
図１、図２に示すごとく、基板１１は、非磁性かつ絶縁性を有するアルミナ基板にて幅０．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ１．０ｍｍの大きさからなる。
アモルファスワイヤ２は零磁歪であり、合金組成は（Ｃｏ９４Ｆｅ６）７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５）であって、主相がアモルファス相からなり、直径３０μｍ、長さ０．９ｍｍである。このアモルファスワイヤ２は回転液中紡糸法で作製した。アモルファスワイヤ２は、下記に説明する第１導体膜３１１を横断するように平面パターン３１の配列方向に沿って、第１導体膜３１１の上面に形成された絶縁層である平面絶縁部４１の上面に配設されている。なお、ガラス被覆付きワイヤ以外の他の実施例等に用いられるアモルファスワイヤも同様に作製した。【００４５】
検出コイル３は、平面パターン３１と立体パターン３２とからなり螺旋状に形成されている。
平面パターン３１は、基板１１の平坦面上に導電性を有する幅１５μｍ、厚さ２μｍのリボン状の第１導体膜３１１を１５本配列されている。
一方、立体パターン３２はアモルファスワイヤ２を内包するように形成された立体絶縁部４３の外表面と平面パターン３１の表面に渡って形成されると共に第１導体膜３１１と同じ方向に配列された１５本の導電性を有する幅１５μｍ、厚さ２μｍのリボン状の第２導体膜３２１からなる。【００４６】
すなわち、平面パターン３１と立体パターン３２とは、第１導体膜３１１の端部と第２導体膜３２１の端部とを積層した状態で接合してなる積層結合部をアモルファスワイヤ２の両脇に形成することにより、平面パターン３１と立体パターン３２とが一体となって１５回の巻数からなる螺旋状の検出コイル３を形成する。【００４７】
ここで、平面パターン３１を構成する第１導電膜３１１は、通常用いられる前述の２種類の方法で作成される。一つ目の方法は、基板１１の平坦面上に０．１μｍの薄い下部Ｔｉ／Ｃｕシード層を作成し、その上にレジストをのせ所定状態に配列された複数の導電膜の形成のために露光・現像工程からなるパターニングを行う。次に、銅メッキ処理して、レジストを除去後、選択エッチングにより下部Ｔｉ／Ｃｕシード層を除去することにより形成される。
二つ目の方法は、基板１１の平坦面上にＣｕ層を作成し、その上にレジストをのせ所定状態に配列された複数の導電膜の形成のために露光・現像工程からなるパターニングを行う。次に、Ｃｕ層をエッチングにより除去し、その後、レジストを除去することにより形成される。立体パターン３２も絶縁層上に同様に形成される。【００４８】
絶縁体４は、基板表面１１の平坦面上に形成された平面パターン３１とアモルファスワイヤ２との絶縁のために平面パターン３１の上面に形成する平面絶縁部４１と、平面絶縁部の上面にアモルファスワイヤ２を固定するワイヤ固定部４２と、ワイヤ固定部４２の上面に配設したアモルファスワイヤ２と立体パターン３２との絶縁のためにアモルファスワイヤ２を内包する立体絶縁部４３とから形成されている。【００４９】
すなわち、基板１１の平坦面上に平面パターン３１を形成した後に、平面パターン３１の上面に感光性エポキシ樹脂により厚さ２μｍの平面絶縁部４１を形成する。
次いで、平面絶縁部４１の上面にアモルファスワイヤ２を長手方向に真っ直ぐに載置し、平面絶縁部４１とアモルファスワイヤ２との間にワイヤ固定部４２となる溶剤希釈した液状のエポキシ樹脂を滴下する。アモルファスワイヤ２の表面と平面絶縁部４１との間隙に沿っている長手方向がエポキシ樹脂に濡れ、アモルファスワイヤ２は平面絶縁部４１の上面に表面張力の作用によって定着する。定着後に、溶剤希釈したエポキシ樹脂を１００℃にて約３０分間ベーキングすると、アモルファスワイヤ２は平面絶縁部４１の上面にワイヤ固定部４２により固定する。【００５０】
アモルファスワイヤ２が平面絶縁部の上面に固定した後、アモルファスワイヤ２を内包するように感光性エポキシ樹脂により厚さ約２μｍの絶縁層からなる立体絶縁部４３が形成される。この立体絶縁部４３は、表面張力を活用した液状樹脂を塗布することによりアモルファスワイヤの外周面の形状に沿って膜状に絶縁体が形成される。この絶縁体は溝形構造時の絶縁層の形状に比べアモルファスワイヤの断面形状に沿った形状からなる薄膜状のワイヤに近接した絶縁層からなる。【００５１】
次に、上述のようにこの立体絶縁部４３の外表面から平面パターン３１の表面に渡って第２導体膜３２１を形成する。
すると、立体パターン３１は薄膜の立体絶縁部４３を介してアモルファスワイヤの断面形状に沿った部分が多く形成される。【００５２】
電極５は基板１１の平坦面上にアモルファスワイヤ２の端子５１と検出コイル３の端子５２の計４個が焼き付けられている。その電極にはアモルファスワイヤ２の両端と検出コイル３の両端とが接続されている。【００５３】
前記のように構成されているＭＩ素子の大きさは、基板１１の大きさである幅０．３ｍｍ、長さ１．０ｍｍと、厚さは基板１１の厚さ０．３ｍｍにアモルファスワイヤ２の直径３０μｍ、長さ０．９ｍｍ、平面絶縁部４１の厚さ２μｍ、立体絶縁部４３の厚さ２μｍと平面パターン３１および立体パターン３２の厚さ２μｍの和からなる約０．３５ｍｍである。検出コイルの捲線数は１５回である。【００５４】
本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子（ＭＩ素子）を使用したＭＩセンサ６の電子回路を図３を用いて説明する。ＭＩセンサ６は、ＭＩ素子１、パルス発振回路６１、信号処理回路６２からなる。センサの動作は以下のようである。パルス発振回路６１により発生した約２００ＭＨｚ相当の高周波のパルス電流をＭＩ素子１中の感磁ワイヤ２へ供給すると、検出コイル３に外部磁場とパルス電流によるワイヤ円周方向の磁場との作用による外部磁場に対応した電圧が発生する。ここでの周波数は、図４（ａ）にしめすようにパルス電流波形７中のパルスの立ち上がり、若しくは、立り下りの時間Δｔを求め、そのΔｔを、図４（ｂ）に示すように、波の４分の１周期に相当するとして求めたものである。次に、サンプルタイミング調整回路６２１により前記パルス電流が立ち上がったあと、所定のタイミングでアナログスイッチ６２２を短時間スイッチをオンーオフする。これによりアナログスイッチ６２２は、検出コイル３に発生した外部磁場に対応した電圧をサンプリングし増幅器６２３に伝える。パルス電流を遮断するとき（立ち下がりのとき）も同様のことが行える。この構成は一例であり、公知のＭＩセンサの電子回路においても同様の効果を得ることができる。本明細書においては、立下り時を測定している。
本例においてはアモルファスワイヤ２に２００ＭＨｚに相当する１７０ｍＡのパルス信号を入力し、検出コイル３に外部磁界により発生する電圧を測定した。
なお、溝方式のＭＩ素子における基板の大きさは、基板の大きさは幅０．５mm、厚さ（高さ）０．５mm、長さ１．０mmである。なお、基板上の溝の深さ０．０５mm、幅０．０７mmである。そして、アモルファスワイヤは長さ０．９mm、直径３０μmと実施例１と同じ物を使用し、検出コイルの巻線数は実施例１と同じ１５回である。
本実施例が溝付き基板より薄くできるのは、凹形状からなる延在溝を必要としないので、延在溝加工時における破損の恐れが無く、基板溝内にＭＩ素子を組み立てする際やウエハから基板を切り出すときや搬送時の強度を保持するため基板厚さを厚くする必要がないためである。また、本実施例は強度の低いマシナブルセラミックスを使用する必要が無いので従来例の０．５ｍｍより０．３ｍｍへと薄くできる。本実施例では安価で十分な強度を有し、耐薬品性にも優れる上述のアルミナ基板を用いた。アルミナの変わりに比較的高価なシリコンウエハ、耐薬品性が要求されない場合はガラエポ等も用いることができる。なお、通常は、０．１〜０．２ｍｍへも容易にできるが、ここでは入手しやすい０．３ｍｍの厚さの基板を使用した。
このことより従来例のＭＩ素子全体の大きさは、基板の大きさである幅０．５ｍｍ、厚さ（高さ）０．５ｍｍ、長さ１．０ｍｍであるのに対し、実施例１の発明は、素子全体の大きさは、幅０．３ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、長さ１．０ｍｍであり、大幅に小型化できる。
ここで、実施例１の検出コイルの円相当径は約４３μｍである。ここで円相当径は、
検出コイル厚さの中心部で囲まれる断面と同一面積となる円の直径をいう。また、アモルファスワイヤに対する検出コイルの近接度を示す近接指数ｎ＝検出コイルの円相当径／アモルファスワイヤ直径は、実施例１において、ｎ＝１．４となった。
一方、従来例においての検出コイルの円相当径は６７μｍである。アモルファスワイヤに対する検出コイルの近接度を示す近接指数ｎ＝検出コイルの円相当径／アモルファスワイヤ直径は、従来例において、ｎ＝２．２となった。
両者を比較すると本発明は従来例に比べ非常に近接して巻くことできた。更に、本実施例においては、Ｌ／ｄは２．２と１．３〜５の範囲内である。
本明細書において、ＭＩ素子の能力は、±３Ｇの交番磁界を印加したときの±の出力から求めた感度で評価した。
実施例１におけるＭＩ素子の感度は５１ｍＶ／Ｇａｕｓｓであった。一方、従来例の溝型のＭＩ素子の感度は４０ｍＶ／Ｇａｕｓｓであった。
以上の結果より、本発明の実施例は、小型化・薄型化しているにも係わらず従来のＭＩ素子以上の感度が得られた。【００５５】
次に、本例のマグネトインピーダンスセンサ素子の作用効果につき説明する。
図２に示すごとく、本例では、絶縁体４によって、基板１１上にアモルファスワイヤ２を固定するため、従来のように基板１１に延在溝を形成する必要がない。これにより、延在溝形成時に基板１１が破損する等の不具合を防止することが可能となる。また、基板１１の強度を充分に確保できるため、基板１１を従来例と比べ、高さを３０％薄型化でき、ひいてはセンサ全体の大きさを小型化できる。
また、絶縁体４は、アモルファスワイヤ２の軸線に垂直な断面において、平面パターン３１に平行な方向の幅寸法が、平面パターン３１に近づくほど大きくなる形状を呈している。このようにすることで、導体層である立体パターンの隣接する第２導体膜同士を短絡させたり、第２導体膜の断線をさせることなく形成でき、かつ、溝壁面に沿ってコイルを形成する溝型構造に比べ、ワイヤに近接して検出コイルが形成でき、同一ワイヤでの出力の向上が図れる。【００５６】
また、本例では、Ｌ／ｄが２．２のため、立体パターンが形成でき、小型の検出コイルを形成でき、素子を小型化できる。【００５７】
また、図２に示すごとく、絶縁体４は、平面絶縁部４１と、ワイヤ固定部４２と、立体絶縁部４３との３部分を有し、少なくともワイヤ固定部４２は、固化前において液状樹脂を用いて形成してある。
このようにすると、平面絶縁部４１と立体絶縁部４３とによりアモルファスワイヤ２の絶縁性を確保できるとともに、ワイヤ固定部４２が上記液状樹脂により構成されているため、アモルファスワイヤ２に大きな応力が加わらない。そのため、アモルファスワイヤ２の磁気特性が低下しにくくなる。【００５８】
また、図２に示すごとく、平面絶縁部４１は、ワイヤ固定部４２形成前にワイヤ固定部４２とは別個に形成された膜状形状を呈する。
このようにすると、平面絶縁部４１が予め形成されており、その上にアモルファスワイヤ２を載置できるので、平面パターン３１とアモルファスワイヤ２との絶縁性を高めることができる。【００５９】
また、図２に示すごとく、立体絶縁部４３は、ワイヤ固定部４２とは別個に形成された膜状形状を呈する。
このようにすると、ワイヤ固定部４２を形成した後に立体絶縁部４３を別個に形成するため、アモルファスワイヤ２と立体パターン３２との絶縁性を高めることができる。【００６０】
（実施例２）
実施例２は、実施例１及び従来例のアモルファスワイヤの材質は同じまま、ワイヤの直径を３０μｍから１０μｍと小径化し、長さを０．９ｍｍから０．５７ｍｍへと短く変更し、それに伴い、基板の長さも１．０ｍｍから０．６ｍｍへと短くしたものである。その他の条件は実施例１と同じである。
その結果、実施例２の検出コイルの円相当径は約１９μｍと、実施例１の約４３μｍに比べ大幅に小型化でき、全体としての基板高さを更に小型化できる。また、近接指数ｎ＝検出コイルの円相当径／アモルファスワイヤ直径は、実施例１において、ｎ＝１．９となり、実施例１よりは劣るものの、従来例のｎ＝２．２に比べ近接巻きとなっている。
更に、Ｌ／ｄ＝２．８と１．３〜５の範囲内である。
また、実施例２におけるＭＩ素子の感度は４９ｍＶ／Ｇａｕｓｓであり、従来例の溝型のＭＩ素子の感度の４０ｍＶ／Ｇａｕｓｓを超える優れた特性が得られた。
実施例１を実施例２へ変形したことによる効果は、従来例を超える優れた感度を有しながら、素子サイズにおいては、素子高さが実施例１の約０．３５ｍｍに対して実施例２は約０．３２ｍｍへ低くなり、素子長さが実施例１の１ｍｍに対して実施例２は０．６ｍｍへと短くなり、センサ全体が体積で、従来例に比べ約７５％減少し、実施例１に対して約４５％減少するという大幅な小型化ができることにある。
以上の結果より、本実施例２は、感磁ワイヤ自体が、従来例より、小径で短く小型化しているにも関わらず従来のＭＩ素子を超える優れた感度を得つつ、従来例、実施例１に対しても大幅に小型化することができた。
通常、ワイヤ径が小さくなることで、感磁体の体積が減って出力が減ると思われる。
しかしながら、本例の場合は、ワイヤ長さが短くなるもののワイヤ径が小さくなることでトータルとしてワイヤの軸方向の反磁界が小さくなり、更に、検出コイルを近接捲きすることで高出力化することにより、感磁体の体積の減少を補う高感度を得ることが出来たと思われる。
アモルファスワイヤ径は３０μｍ以下が好ましい。より好ましくは２５μｍ以下が好ましい。更に好ましくは、１５μｍ以下が好ましい。
（実施例３）
本例は、絶縁体４の構成を変えた例である。図５に示すごとく、本例では、平面絶縁部４１は、ワイヤ固定部４２と同時に一体的に形成されている。
この場合には、平面絶縁部４１を形成する工程を省略できるので、マグネトインピーダンスセンサ素子１の製造工程が簡単になる。【００６１】
（実施例４）
本例は、絶縁体４の構成を変えた例である。図６に示すごとく、本例では、立体絶縁部４３は、ワイヤ固定部４２と同時に一体的に形成されている。
このようにすると、立体絶縁部４３を別途形成する場合と比較して、マグネトインピーダンスセンサ素子１の製造工程が簡単になる。
また、図７に示すごとく、平面絶縁部４１とワイヤ固定部４２と立体絶縁部４３とを一体に形成してもよい。この場合には、絶縁体４の製造工程を最も簡略化できる。【００６２】
（実施例５）
本発明の平面型ＭＩ素子の第５実施例について、図８を用いて説明する。【００６３】
本例においては、図８に示すごとく、アモルファスワイヤ２はその外周面がガラス被膜４４により覆われており、ガラス被膜４４が立体絶縁部４３の少なくとも一部を構成し、かつ、ガラス被膜４４のみが平面絶縁部４１を構成している。【００６４】
すなわち、アモルファスワイヤ２は、その外周面は絶縁性を有する厚さ２μｍのＳｉＯ２系ガラス被膜によって覆われている。ここでガラス被覆付きアモルファスワイヤは零磁歪であり、合金組成がＣｏ７１．２Ｆｅ４．８Ｓｉ１１．８Ｂ１２．２組成（ａｔ％）で主相がアモルファス相からなる。ガラス被覆付きワイヤは、改良テイラー法により作製した。なお、アモルファスワイヤ２の両端部よりの側面は電極との接続のためにガラス被覆がフッ化水素アンモニウムにより除去されている。
このガラス被覆されたアモルファスワイヤ２は、平面パターン３１の上面に直接載置され、エポキシ樹脂のワイヤ固定部４２で固定される。次いで、アモルファスワイヤ２のＳｉＯ２系からなるガラス被膜４４とエポキシ樹脂のワイヤ固定部４２と第１導体膜３１１の端部とに渡って第２導体膜３２１を形成し、立体パターン３２を構成する。
以上の構成からなる検出コイル３は、第１実施例に比べると一層アモルファスワイヤ２の外周形状に沿った形状となる検出コイル３の範囲が拡がって出力及び感度の向上が図れる。
ここで、第２導体膜３２１の形成方法は第１実施例と同じである。
上記構成にすると、ガラス被膜４４により、アモルファスワイヤ２の絶縁性を更に高めることが可能となる。また、製造時には、ガラス被膜４４付きのアモルファスワイヤ２を基板１１上に配置して液状樹脂を滴下するだけで、絶縁性を確保しつつ簡単にアモルファスワイヤ２を基板表面に固定することが可能になる。【００６５】
また、この検出コイル３は、第１実施例に比べると、ワイヤ２との絶縁はガラス被膜４４によって達成され、ワイヤ２の平面パターンへの固定は、ワイヤ固定部で達成できる簡潔な構造である。更に、ガラス被膜を薄くすることで、ワイヤ２に対して、検出コイル３を更に近接させることができる構造である。そのため、マグネトインピーダンスセンサ素子としての出力及び感度の向上が図れる。【００６６】
次に、本例における特性を評価した。本発明のＭＩ素子としては、幅０．３ｍｍ、長さ１．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍからなる基板１の平坦面上に、直径１０μｍ、長さ０．９３ｍｍ、ガラス被膜の厚さ２μｍからなるアモルファスワイヤ２と、巻数は１５ターンの検出コイル３から構成されている。また、このときの検出コイルの円相当径（検出コイル厚さの中心部で囲まれる断面と同一面積となる円の直径をいう。）は、約１８μｍである。
比較例の従来構造である溝型ＭＩ素子としては、幅０．５ｍｍ、長さ１．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍからなる基板に深さ５０μｍ、幅７０μｍの延在溝を切削加工し、その溝内に実施例５と全く同じ直径１０μｍ、長さ０．９３ｍｍからなるアモルファスワイヤを用い、絶縁体及び第１検出コイル部を埋設し、溝上面に第２検出コイル部を形成した。ここで、コイル部の厚さは２μｍである。このときの検出コイルの巻線数は１５回にて円相当径は約６７μｍである。【００６７】
両者について２００ＭＨｚに相当する２００ｍＡのパルス電流を通電して外部磁場を変化させたときの出力電圧を測定した。
その結果を図９に示す。
ここでの実施例５と比較例は、同じ３０μのワイヤを用いて検出コイルの構造の差による効果を評価した実施例１と比較例に対して、より小径の１０μｍのワイヤを用いたときの検出コイルの構造の差による効果を評価するためのものである。
比較例の検出コイルの円相当径である約６７μｍに比べ、実施例５の円相当径を約１８μｍと約１／４に小さくすることで、全体としての素子厚さを比較例の０．５０２ｍｍから０．３１８ｍｍへ大幅に小型化している。
更に、検出コイルの近接指数ｎ＝検出コイルの円相当径／アモルファスワイヤ直径は、実施例５において、１０μｍの非常に細いワイヤにおいてもｎ＝１．８と従来例のｎ＝２．２に対して近接巻きできているのに対し、比較例においては、ｎ＝６．７と従来例よりも著しく近接巻きでなくなっている。
このことから、本発明の構造は、ワイヤの細径化に適した構造であることがわかる。図９の横軸は外部磁場の大きさ、縦軸はセンサの出力電圧である。
実施例５のＭＩ素子の感度は、５０ｍＶ／Ｇａｕｓｓであり、従来例に基づく比較例の感度は、４１ｍＶ／Ｇａｕｓｓである。
よって、感磁ワイヤを小径化した場合、実施例１の場合に比べ、更に大幅な小型化が可能となり、更に、感度においてもワイヤ径が３０μｍである実施例１と同等の感度を有し、更に、比較例と比べても２２％の感度の向上が見られる。【００６８】
（実施例６）
本発明の平面型ＭＩ素子の第６実施例について、図１０を用いて説明する。図１０は、第６実施例における図１のＢ−Ｂ矢視図である。【００６９】
本例においては、図１０に示すように第１実施例における立体パターン３２を構成する第２導体膜３２１の一部は、アモルファスワイヤ２の外周面に膜状に形成された立体絶縁部４３を介してアモルファスワイヤ２の外周面の形状に沿った形状に形成されている。
また、第２導体膜３２１の円弧状の部分から第１導体膜に渡って、アモルファスワイヤ２から離れる曲面状ではなく平面状に形成されている。【００７０】
すなわち、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２を用いて形成した厚さ１．５μｍの平面絶縁部４１の上面にアモルファスワイヤ２を配設し、アモルファスワイヤ２を溶剤希釈したエポキシ樹脂からなるワイヤ固定部４２で固定する。アモルファスワイヤ２の外周面から平面絶縁部４１の上面に渡ってＣＶＤ法によりＳｉＯ２を用いてＳｉＯ２膜からなる立体絶縁部４３を形成する。この結果、この立体絶縁部４３はアモルファスワイヤ２の外周面の上部にはアモルファスワイヤ２の外周面に沿った円弧状に厚さ１．５μｍの薄膜に形成され、次いでワイヤの側面において基板に垂直で平面状に形成される。【００７１】
次に、アモルファスワイヤ２の外周面の形状に沿って形成されている立体絶縁部４３から第１導体膜３１１の端部に渡って第２導体膜３２１が形成され、立体パターン３２を構成する。検出コイル３はアモルファスワイヤ２に形成されている立体パターン３２と前記平面パターン３１とから形成される。その結果、検出コイル３はその側面から上側にかけてアモルファスワイヤ２と円弧状となり、検出コイルの円相当径が小さくなって、検出コイル３とアモルファスワイヤ２とは非常に近接させることができる。このときのＬ／Ｄは、１．３となり、臨界的近接状態を示す。【００７２】
ここでの平面パターン３１及び立体パターン３２は、上述したのと同様の方法で形成される。
なお、検出コイルの作製方法は、本明細書で記載した方法に限られず、他の公知の手法を用いることができる。【００７３】
前記のように構成されているＭＩ素子の大きさは、基板１１の大きさである幅０．３ｍｍ、長さ０．６ｍｍと、厚さは基板１１の厚さ０．３ｍｍにアモルファスワイヤ２の直径１０μｍ、長さ０．５７ｍｍ、平面絶縁部４１の厚さ１．５μｍ、立体絶縁部４３の厚さ１．５μｍと平面パターン３１および立体パターン３２の厚さ２μｍの和からなる約０．３２ｍｍである。【００７４】
次に、本発明の超小型ＭＩ素子の特性を評価した。アモルファスワイヤ２に２００ＭＨｚに相当する１７０ｍＡのパルス信号を入力し、検出コイル３に外部磁界により発生する電圧を測定した。
本実施例６は、実施例１を変形した実施例２の絶縁部の材質、厚さ、形状を変化させ、その他は同一緒元、同一条件であり、検出コイルを最近接構造としたものである。本実施例６の円相当径は１６μｍと、実施例２の１９μｍに対して更に小径化され、検出コイルの近接指数ｎは、実施例６において、ｎ＝１．６と実施例２のｎ＝１．９に対して近接巻きできている。
その結果、本実施例のＭＩ素子の感度は５３ｍＶ／Ｇａｕｓｓであり、比較対象である実施例２の感度４９ｍＶ／Ｇａｕｓｓよりセンサ特性が向上している。【００７５】
（実施例７）
本発明の平面型ＭＩ素子の第７実施例について、図１および図２を用いて説明する。
基板１１の大きさは幅０．３ｍｍ、長さ０．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍを用い、アモルファスワイヤ２は直径２０μｍ、長さ０．５７ｍｍを用いる。
検出コイルのターン数は１５ターンとし、その検出コイルの幅、厚さなどの構成と形成方法は実施例１と同じである。【００７６】
直径２０μｍ、長さ０．５７ｍｍのアモルファスワイヤ２は、実施例１と同じように平面絶縁部の上面にアモルファスワイヤ２を長手方向に真っ直ぐに載置し、平面絶縁部４１とアモルファスワイヤ２との間にワイヤ固定部４２となる溶剤希釈した液状のエポキシ樹脂を滴下する。アモルファスワイヤ２の表面と平面絶縁部４１との間隙に沿っている長手方向がエポキシ樹脂に濡れ、アモルファスワイヤ２は平面絶縁部４１の上面に表面張力の作用によって定着する。定着後に、溶剤希釈したエポキシ樹脂を１００℃にて約３０分間ベーキングすると、アモルファスワイヤ２は平面絶縁部４１の上面にワイヤ固定部４２により固定する。
立体絶縁部４３の形成および電極５の形成なども実施例１と同じである。【００７７】
前記のように構成されているＭＩ素子の大きさは、基板１１の大きさである幅０．３ｍｍ、長さ０．６ｍｍと、厚さは基板１１の厚さ０．３ｍｍにアモルファスワイヤ２の直径２０μｍ、長さ０．５７ｍｍ、平面絶縁部４１の厚さ１．５μｍ、立体絶縁部４３の厚さ１．５μｍと平面パターン３１および立体パターン３２の厚さ２μｍの和からなる約０．３３ｍｍである。【００７８】
次に、本発明の超小型ＭＩ素子の特性を評価した。アモルファスワイヤ２に２００ＭＨｚに相当する１７０ｍＡのパルス信号を入力し、検出コイル３に外部磁界により発生する電圧を測定した。
本実施例７は、実施例１を変形した実施例２のアモルファスワイヤの直径のみを１０μｍから２０μｍに変化させあとは、同一緒元、条件のものであり、ワイヤ径の影響をみたものである。
本実施例７の全体のＭＩ素子の大きさは、実施例２に比べ、厚さが０．０１１ｍｍ分若干大きくなっているが、厚さ０．３２７ｍｍ、幅０．３ｍｍ、長さ０．６ｍｍであり、従来例に比べ大幅に小型化している。
本実施例７の円相当径は３１μｍと、実施例２の１９μｍに対して大きくなったものの、検出コイルの近接指数ｎは、実施例７においてｎ＝１．６と実施例２のｎ＝１．９に対して近接巻きできている。
その結果、実施例２の感度は４９ｍＶ／Ｇａｕｓｓに対し、本実施例７の感度は３６ｍＶ／Ｇａｕｓｓとなる。本実施例の感度でも、マグネトインピーダンスセンサ素子として十分使用可能である。【００７９】
（実施例８）
次に、本例のマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法につき、図１１を用いて説明する。
本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法は、まず図１１（ａ）に示すごとく、基板表面の平坦面に平面パターン３１を形成する平面パターン形成工程を行う。その後、図１１（ｂ）に示すごとく、平面パターン３１上にアモルファスワイヤ２を配置するとともに、絶縁体４を形成する絶縁体形成工程を行う。そして、図１１（ｃ）に示すごとく、立体パターン３２を形成する立体パターン形成工程を行う。
図１１（ｂ）に示す絶縁体形成工程において、少なくともアモルファスワイヤ２を基板１１に対して固定するワイヤ固定部４２は、液状樹脂を用いてアモルファスワイヤ２を平面パターン３１上に付着させた後、液状樹脂を固化することにより形成される。【００８０】
上記製造方法によると、絶縁体４を用いて、アモルファスワイヤ２を基板表面に固定できるので、基板１１に延在溝（図１４参照）を形成する必要がなくなる。そのため、延在溝形成時に基板１１が破損する等の不具合を防止することが可能となる。また、基板１１の強度を充分に確保できるため、基板１１を薄型化でき、ひいてはセンサ全体の大きさを小型化できる。
さらに、絶縁体４形成工程において、液状樹脂を用いてワイヤ固定部４２を形成するため、アモルファスワイヤ２に大きな応力を加えなくてすむ。これにより、アモルファスワイヤ２の磁気特性が低下することを防止できる。【００８１】
絶縁体４形成工程は例えば、平面パターン３１上にアモルファスワイヤ２を載置して液状樹脂を滴下することにより行う。これにより、アモルファスワイヤ２は平面パターン３１上に定着される。その後、樹脂が硬化するとアモルファスワイヤ２は平面パターン３１上に固定される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明による平面型超小型マグネトインピーダンスセンサ素子は、非常に小型かつ薄型で高感度であるため、携帯電話をはじめとする小型電子機器用の超小型磁気センサに適用が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月3日(2011.8.3)
【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】
非磁性体からなる基板と、
前記基板表面の平坦面に配列された複数の第１導体膜からなる平面パターンと、
前記複数の第１導体膜を横断するように前記平面パターンの配列方向に沿って配設され、軸線に垂直な断面が円形状であるアモルファスワイヤと、
該アモルファスワイヤの外周面を覆うとともに、該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に固定する絶縁体と、
前記絶縁体の外表面と前記平面パターンの表面とに渡って形成されると共に前記アモルファスワイヤを横断するように配列された複数の第２導体膜からなる立体パターンとを有し、
前記平面パターンと前記立体パターンとは、前記第１導体膜の端部と前記第２導体膜の端部とを積層した状態で接合してなる積層接合部を前記基板表面の平坦面上における前記アモルファスワイヤの両脇に形成することにより、前記平面パターンと前記立体パターンとが一体化してなる検出コイルを前記絶縁体の周囲に形成してなり、
前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を呈していることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項２】
請求項１において、前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面における前記平面パターンに平行な方向の幅寸法の最大値をＬとし、前記アモルファスワイヤの直径をｄとした場合、Ｌ／ｄが１．３〜５の範囲内に収まる形状に構成されていることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項３】
請求項２において、前記Ｌ／ｄは２〜５の範囲内であることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、前記絶縁体は、前記平面パターンの表面を覆う平面絶縁部と、該平面絶縁部と前記アモルファスワイヤとの間に介在し、該アモルファスワイヤを前記基板に対して固定する前記ワイヤ固定部と、前記アモルファスワイヤと前記立体パターンとの間に介在し両者の間を絶縁する立体絶縁部との３部分を有し、少なくとも前記ワイヤ固定部は、固化前に液状樹脂を用いて形成してあることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項５】
請求項４において、前記アモルファスワイヤはその外周面がガラス被膜により覆われており、該ガラス被膜が前記立体絶縁部の少なくとも一部を構成していることを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項のマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法であって、
前記基板表面の平坦面に前記平面パターンを形成する平面パターン形成工程と、
前記平面パターン上に前記アモルファスワイヤを配置するとともに、前記絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
前記立体パターンを形成する立体パターン形成工程と、を有し、
前記絶縁体形成工程において、少なくとも前記アモルファスワイヤを前記基板に対して固定するワイヤ固定部は、液状樹脂を用いて該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に付着させた後、前記液状樹脂を固化することにより形成することを特徴とするマグネトインピーダンスセンサ素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のマグネトインピーダンスセンサ素子は、非磁性体からなる基板と、
前記基板表面の平坦面に配列された複数の第１導体膜からなる平面パターンと、
前記複数の第１導体膜を横断するように前記平面パターンの配列方向に沿って配設され、軸線に垂直な断面が円形状であるアモルファスワイヤと、
該アモルファスワイヤの外周面を覆うとともに、該アモルファスワイヤを前記平面パターン上に固定する絶縁体と、
前記絶縁体の外表面と前記平面パターンの表面とに渡って形成されると共に前記アモルファスワイヤを横断するように配列された複数の第２導体膜からなる立体パターンとを有し、
前記平面パターンと前記立体パターンとは、前記第１導体膜の端部と前記第２導体膜の端部とを積層した状態で接合してなる積層接合部を前記基板表面の平坦面上における前記アモルファスワイヤの両脇に形成することにより、前記平面パターンと前記立体パターンとが一体化してなる検出コイルを前記絶縁体の周囲に形成してなり、
前記絶縁体は、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面において、前記平面パターンに平行な方向の幅寸法が、該平面パターンに近づくほど大きくなる形状を呈していることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明において、前記アモルファスワイヤは、前記アモルファスワイヤの軸線に垂直な断面が円形状である。
前記アモルファスワイヤが断面が円形状とするのは、ワイヤ断面が多角形であると、角部のワイヤ表層に不要な磁区が形成されるため、ＭＩ特性が劣化するためである。よって、本発明における円形状は、基本的に角部を有さないという意味である。そのため、ワイヤ表面の加工のばらつきの範囲の程度は問題がなく、真円以外の楕円形状や、円形外周が滑らかにうねるような外形状でもよい。そのような形状においても、十分なＭＩ特性が得られる。製造状は、円形状が製造しやすく、多角形形状は製造がしにくい。
【国際調査報告】
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