(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板の一面側に配設され、延在方向の外部磁場成分に感応する感磁ワイヤーと該感磁ワイヤーを周回する検出コイルとを有するマグネトインピーダンス素子（「ＭＩ素子」という。）と、
を備える磁気検出装置であって、
さらに、前記感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りに配設され、外部磁場を変向する軟磁性材からなる磁場変向体を備え、
該磁場変向体は前記ＭＩ素子の一方面側のみに配設されており、
前記検出コイルは、該感磁ワイヤーに沿って並存する左側コイル部と右側コイル部とからなり、
該磁場変向体は、該左側コイル部側寄りに配設される左側変向部と該右側コイル部側寄りに配設される右側変向部とを有する磁気検出装置。
【請求項２】
前記磁場変向体は、さらに、前記左側変向部と前記右側変向部を前記感磁ワイヤーに対して遠い側で架橋する架橋部を有する請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記検出コイルと前記磁場変向体は、前記感磁ワイヤーの中央に関して左右対称に配設されている請求項１または２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
基板と、
該基板の一面側に配設され、延在方向の外部磁場成分に感応する感磁ワイヤーと該感磁ワイヤーを周回する検出コイルとを有するマグネトインピーダンス素子（「ＭＩ素子」という。）と、
を備える磁気検出装置であって、
さらに、前記感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りに配設され、外部磁場を変向する軟磁性材からなる磁場変向体を備え、
該磁場変向体は前記ＭＩ素子の一方面側のみに配設されており、
該感磁ワイヤーは、平行に配設された第１ワイヤーと第２ワイヤーとからなり、
前記検出コイルは、該第１ワイヤーを周回する第１コイルと該第２ワイヤーを周回する第２コイルとからなり、
該磁場変向体は、該第１ワイヤーの一端部側寄りに配設された第１変向体と該第２ワイヤーの他端部側寄りに配設された第２変向体とを有する磁気検出装置。
【請求項５】
前記磁場変向体は、さらに、前記第１変向体と前記第２変向体を、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーに対して遠い側で架橋する架橋体を有する請求項４に記載の磁気検出装置。
【請求項６】
前記感磁ワイヤー、前記検出コイルおよび前記磁場変向体は、回転対称に配設されている請求項４または５に記載の磁気検出装置。
【請求項７】
前記磁場変向体は、前記基板内にのみ配設されている請求項１〜６のいずれかに記載の磁気検出装置。
【請求項８】
前記磁場変向体は、前記感磁ワイヤーの延在方向に直交する方向の外部磁場成分を該延在方向の成分を有する測定磁場に変向して前記検出コイルによる検出を可能とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトインピーダンス素子（Magneto-Impedance element：「ＭＩ素子」という。）により磁気を検出する磁気検出装置（「ＭＩセンサ」単体を含む。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より方位等を知るために磁気測定がなされている。例えば、電子コンパスなどでは、正確な方位を知るために３次元の磁気ベクトルが測定されている。この磁気ベクトルの測定は磁気センサによりなされる。この磁気センサには、ホール素子、ＭＲ素子等もあるが、近年、そのような従来の素子とは構造や原理が全く異なり、桁違いに高感度なＭＩ素子が注目されている。
【０００３】
ＭＩ素子は、アモルファスワイヤー等の感磁ワイヤーに高周波のパルス電流等を流すと、表皮効果によりそのインピーダンスが磁場に応じて変化するマグネト・インピーダンス効果（「ＭＩ効果」という。）を利用したものである。そのインピーダンス変化を直接的に測定する他、そのＭＩ効果の起源となる感磁ワイヤーに生じる磁束量の変化を、その感磁ワイヤーの周囲に巻回した検出コイル（ピックアップコイル）を介して間接的に測定することによっても、外部磁場等の磁気検出が可能となる。
【０００４】
もっとも、ＭＩ素子は、基本的に感磁ワイヤーの延在する方向の磁場成分しか検出できない。このため従来のＭＩセンサでは、特許文献１にもあるように、検出する磁気ベクトルの成分ごとにＭＩ素子を個別に設ける必要があった。例えば、外部磁場の三次元成分を計測する場合、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）上にＸ軸用ＭＩ素子とＹ軸用ＭＩ素子を設けると共に、その基板平面の垂直方向にＺ軸用ＭＩ素子を設ける必要があった。このＺ軸用ＭＩ素子は、その構造上、他のＭＩ素子と同様にＺ軸方向にある程度の長さを有する。このため従来の三次元磁気検出装置では、Ｚ軸方向の小型化、薄型化が困難であった。
【０００５】
ところで、ＭＩ素子を組み込んだＭＩセンサは、既に、各種の携帯情報端末等に組み込まれており、その高性能化（高感度化、高精度化）と共に、さらなる小型化が強く要請されている。そこで、Ｚ軸用ＭＩ素子を省略して、Ｘ軸用ＭＩ素子とＹ軸用ＭＩ素子によりＺ軸方向の磁気成分を計測可能とする提案が特許文献２でなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００５／００８２６８号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０／１１０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２は、例えば、対向した一対のＸ軸用ＭＩ素子と対向した一対のＹ軸用ＭＩ素子を直交配置すると共に、それらの中心に軟磁性材からなる磁場変向体を設けて、各ＭＩ素子から得られる検出電圧を演算することにより、Ｚ軸方向の磁気成分を求める磁気検出装置を提案している。この場合、Ｚ軸用ＭＩ素子を省略できるため、磁気検出装置の大幅な小型化を図ることが可能となる。
【０００８】
もっとも、特許文献２の磁気検出装置は、対向配置した一対のＭＩ素子と、それらの対称点に配置した磁場変向体とを必要とするため、配置自由度等が制限的であり、さらに小型化等を図る余地があった。また、特許文献２には具体的な記載がないが、磁気検出装置は、その小型化等のみならず、仕様に応じた適切な感度や測定レンジを有することも重要である。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、小型化や薄型化を図れると共に、感度や測定レンジの調整も可能な磁気検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、感磁ワイヤーに直交する外部磁場成分をその延在方向へ変向させる磁場変向体を、感磁ワイヤーの中間（中央）位置や点対称位置ではなく、感磁ワイヤーの端部側寄りに設けて、磁気検出装置の感度や測定レンジを調整することを着想した。この着想を具現化し、さらに発展させることにより、以降に述べる一連の本発明は完成した。
【００１１】
《磁気検出装置》
（１）すなわち本発明の磁気検出装置は、基板と、該基板の一面側に配設され、延在方向の外部磁場成分に感応する感磁ワイヤーと該感磁ワイヤーを周回する検出コイルとを有するマグネトインピーダンス素子（「ＭＩ素子」という。）と、を備える磁気検出装置であって、さらに、前記感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りに配設され、外部磁場を変向する軟磁性材からなる磁場変向体を備え、該磁場変向体は前記ＭＩ素子の一方面側のみに配設されていることを特徴とする。
【００１２】
（２）本発明の磁気検出装置の場合、感磁ワイヤーの一端部側寄りまたは両端部側寄りに配設された磁場変向体は、軟磁性材からなるため外部磁場を集磁（吸収）し、感磁ワイヤーの周囲の磁場分布（磁束線）を変化させる。そして、感磁ワイヤーに直交する方向（適宜、単に「直交方向」という。）の磁気成分（適宜、単に「直交成分」という。）のみならず、感磁ワイヤーが延在する方向（適宜、単に「延在方向」という。）の磁気成分（適宜、単に「延在成分」という。）も変向される。
【００１３】
この結果、外部磁場の直交成分でも、その一部が延在方向へ変向されて感磁ワイヤーへ導入され、検出コイルに依る検出が可能となる。逆に、外部磁場の延在成分は、その一部が延在方向以外にも変向されるため、抑制（低減）された分が感磁ワイヤーへ導入されて検出コイルに依り検出されることとなる。
【００１４】
こうして、外部磁場の延在成分のみならず直交成分も一方向に延在する感磁ワイヤーで検出可能となると共に、感磁ワイヤーに導入される各成分の調整または均衡化を図ることも可能となる。このような調整がない場合、直交成分に比して延在成分のみが圧倒的に高い感度で検出され、延在成分の高感度に対応して磁気検出装置の測定レンジが狭くなることがあった。このような軸方向間の感度差を大幅に小さく抑えることが本発明により可能となる。
【００１５】
なお、本発明に係る磁場変向体は、外部磁場の直交成分の検出を可能とするために用いられるが、単に、感磁ワイヤーに導入される磁気成分を低減して、磁気検出装置の感度または測定レンジを調整するためだけに用いられてもよい。
【００１６】
（３）本発明の磁気検出装置は、ＭＩ素子を備えたＭＩセンサでもよいし、さらに、そのＭＩセンサを備えた各種の情報端末や計測装置等でもよい。また本発明の磁気検出装置は、感磁ワイヤーと検出コイルを備えるＭＩ素子の他に、その感磁ワイヤーに高周波電圧（電流）を供給するパルス発振回路、検出コイル（特に各コイル部）から得られた検出電圧をサンプリングして出力する信号処理回路、それらの出力に基づいて演算を行い、各方向の磁気成分を算出する演算回路等を含むと好ましい。特に本発明の磁気検出装置がＭＩセンサである場合、それら各回路は、集積回路（駆動回路）としてＭＩ素子が実装される基板内に形成されていると、ＭＩセンサの薄型化や小型化を図れて好適である。なお、ＭＩ素子の基板への実装は、ワイヤーボンディングの他、フリップチップ、特にウエハーレベルＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）に依ると、ＭＩセンサのさらなる薄型化、小型化を図れて好ましい。
【００１７】
本発明の磁気検出装置は、一方向に延在する感磁ワイヤー有するＭＩ素子により、感度または測定レンジが調整された延在成分（外部磁場のＸ成分）を測定するのみでも、それと共に直交成分（外部磁場のＺ成分）を測定するものでもよい。さらに、延在成分と直交成分に直交する第３成分を測定するときは、別方向に延在する感磁ワイヤーを有するＭＩ素子を設けるとよい。これにより外部磁場の三次元成分を検出することが可能となる。
【００１８】
《その他》
（１）本明細書でいう感磁ワイヤーの「端部側寄り」とは、感磁ワイヤーの中間（中央）を除いて、そのどちらか一方側に寄っている状態を意味し、必ずしも、感磁ワイヤーの端部（近傍）のみに配設される場合には限らない。例えば、磁場変向体は、感磁ワイヤーの一端と中心（中央）の中間（近傍）にあってもよい。なお、磁場変向体は適度な大きさを有することを考慮すれば、「端部側寄り」とは、感磁ワイヤーの中心と磁場変向体の中心が一致しないと換言できる。従って、磁場変向体が感磁ワイヤーの一端から中心まで延在する場合も、「端部側寄り」といえる。
【００１９】
（２）本明細書でいう「検出コイル」は、ワイヤーを実際に巻回したものでもよいが、フォトリソグラフィ等により形成された配線パターンより構成されたものであると、磁気検出装置のさらなる薄型化、小型化等を図れて好ましい。
【００２０】
（３）本明細書でいう「変向」とは、感磁ワイヤーにより感応されない磁場成分（直交成分）を、その感磁ワイヤーの感応方向へ変えることの他、逆に、感磁ワイヤーにより感応される磁場成分（延在成分）の一部を、その感磁ワイヤーにより感応されないように変化または迂回させることも含む。
【００２１】
（４）本明細書「外部磁場」とは、外部から磁気検出装置へ作用する磁場（環境磁場）であって、磁気検出装置の本来的な検出対象となる磁場である。「測定磁場」とは、磁場変向体により影響を受けた外部磁場のうちで、実際に感磁ワイヤーに感応してＭＩ素子により検出または測定され得る磁場である。
【００２２】
（５）本明細書では、説明の便宜上、「一端」、「他端」、「一方」、「他方」、「一面側」、「他面側」、「左側」、「右側」、「第１」、「第２」、「第３」等を用いるが、これらには、本発明に係る各部材や各部を明確にする以上の特別な意味はない。なお、適宜、デカルト座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を用いて、感磁ワイヤーの延在方向をＸ（軸）方向、その直交方向をＺ（軸）方向、延在成分をＸ成分、直交成分をＺ成分のようにもいう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】感磁ワイヤーの延在方向（Ｘ方向）の磁束線を付記したＭＩセンサモジュール（第１実施例）の断面図である。
【図１Ｂ】感磁ワイヤーの直交方向（Ｚ方向）の磁束線を付記したその断面図である。
【図１Ｃ】その要部を模式的に示す斜視図である。
【図２】それに用いたＭＩ素子の概要を示す平面図である。
【図３】その電気回路図である。
【図４Ａ】そのＭＩ素子へ加えるパルス電流波形を示す波形図である。
【図４Ｂ】そのパルス電流波形の立上り、立下り時間から周波数を求める方法を説明する説明図である。
【図５】そのＭＩセンサモジュールの製造過程を説明する図である。
【図６Ａ】ＭＩセンサモジュール（第２実施例）の断面図である。
【図６Ｂ】その要部を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の磁気検出装置のみならず、その製造方法にも該当し得る。製造方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセスクレームとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２５】
《ＭＩ素子》
本発明に係るＭＩ素子は、外部磁場（磁界）などの磁気に感応してインピーダンス変化や磁束量変化を生じ得る感磁ワイヤーと、その感磁ワイヤーの変化量を検出する検出手段である検出コイルを有する。感磁ワイヤーは、例えば、軟磁性材からなる相応な長さを有するワイヤー（線材）または薄膜からなる。特に感度やコスト等の点で、感磁ワイヤーは零磁歪のアモルファスワイヤーが好ましい。このアモルファスワイヤーは、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金からなる直径１〜３０μｍのワイヤーであり、特許第４６５０５９１号公報等に詳細が記載されている。
【００２６】
感磁ワイヤーは、搭載面に接して設けられても、絶縁体等を介して搭載面から浮上して設けられても、さらには溝などに埋設されてもよい。検出コイルは、そのような感磁ワイヤーの配設態様に応じて、感磁ワイヤーを周回するものであれば足りるが、フォトリソグラフィにより形成されたものであると、ＭＩ素子の薄型化または小型化を図れて好ましい。
【００２７】
《磁場変向体》
磁場変向体は、軟磁性材からなり、感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りに配設されて、感磁ワイヤーの周囲の外部磁場を変向する。具体的にいうと、磁場変向体は延在成分の一部を変向して分岐させる他、直交成分の一部を感磁ワイヤーの延在方向へ変向する。
【００２８】
磁場変向体は、その配設目的（測定レンジの拡大等）、ＭＩ素子の配置等に応じて、適宜種々の形態をとり得る。例えば、磁場変向体は柱状（円柱状、角柱状等）、筒状、板状等のいずれでもよい。また、同一基板上に複数のＭＩ素子が実装される場合、各ＭＩ素子毎に分離独立した磁場変向体が配設されてもよいし、各ＭＩ素子の配置に対応した一体化した磁場変向体が配設されてもよい。
【００２９】
磁場変向体は、感磁ワイヤーに近い側に縮小部を有すると共に、その感磁ワイヤーに遠い側に拡大部を有すると好ましい。これにより磁場変向体の集磁効果が高まり、直交成分を高感度に検出したり、測定レンジを拡大したりし易くなる。このような磁場変向体は、例えば円錐台状、角錐台等のテーパー状でもよいし、拡大部から縮小部へ至る側線が曲線的に変化するテーパー状でもよい。また磁場変向体は、拡大部から縮小部へ、断面積が階段状に変化する段付き形状（２段でも３段以上）等でもよい。さらに拡大部は、複数の変向体（変向部）を架橋する架橋体（架橋部）でもよい。
【００３０】
このような磁場変向体は、種々の方法で製造され得る。ＭＩ素子を小型化しようとすると、磁場変向体も微小（外径または高さが０．５ｍｍ以下）にする必要があり、さらに、ＭＩ素子の配置に対応して精確に配設される必要がある。そこで磁場変向体は、例えば、フォトリソグラフィ等による軟磁性材のメッキ工程を経て製造すると好適である。こうして形成した複数の磁場変向体を樹脂で囲繞（埋設）した内蔵ベース基板上に、複数のＭＩ素子を実装（搭載）して、合体ベース基板を製作してもよい（実装工程）。この場合、磁場変向体とＭＩ素子をより高精度に位置合せすることが容易となり、また、磁場変向体とＭＩ素子を一層接近させて配設することも可能となる。このような合体ベース基板を分割（分離）して得られた個々のＭＩセンサ（磁気検出装置）は、ＭＩ素子が搭載される基板内に磁場変向体があると共にＭＩ素子と磁場変向体の距離も近接させているため、薄型化、小型化、取扱性または汎用性等の向上と共に感度の向上も図られる。
【００３１】
この他、磁場変向体は、ハーフエッチングにより軟磁性板に変向体パターンが形成された変向体パターン板を、複数のＭＩ素子を実装した実装ベース基板に接合した後に、それぞれ分割されて形成されたものでもよい。軟磁性板の一面側をエッチングしつつ他面側を残存させるハーフエッチングにより、多数の微細な磁場変向体が正確に配列された変向体パターン板を効率的に製造できる。この変向体パターン板は、多数の磁場変向体が連結された状態となっているため、それらを一括的に取り扱うことができ、ベース基板に実装された多数のＭＩ素子との位置合わせも正確に行うことができる。また、エッチングを利用しているため、磁場変向体の形状自由度も大きく、上述した縮小部と拡大部の形成も容易である。例えば、軟磁性板をハーフエッチングしエッチング部分を樹脂で充填して、その一面側に磁場変向体となる錐台状の島が規則的に点在した変向体パターンを形成する。こうして得られた変向体パターン板を拡大部側となる面からエッチングして、連結させた状態となっている磁場変向体を１つずつに分割し、エッチング部分を樹脂で充填すれば、縮小部と拡大部を有する複数の磁場変向体が規則正しく並んだ状態の変向体パターン板が容易に得られる。この変向体パターン板は既に前工程で実装ベース基板と接合された状態となっていると、その後分割により容易に複数の磁気検出装置を製造できる。また、この変向体の分割を接合前に行っておくこともできる。
【００３２】
なお、磁場変向体を構成する軟磁性材は、高透磁率なものほど好ましく、例えば、パーマロイ合金、純Ｎｉ、純鉄、センダスト、パーメンジュール等を用いるとよい。
【００３３】
《磁気検出装置》
本発明の磁気検出装置は、所望する仕様（目的）に応じて、磁場変向体の形態や配置等を工夫することにより、種々のタイプが考えられる。代表例として、次のような二つのタイプ（タイプＡ・Ｂ）を挙げることができる。
【００３４】
（１）タイプＡ
本発明の磁気検出装置は、例えば、検出コイルが感磁ワイヤーに沿って並存する左側コイル部と右側コイル部とからなり、磁場変向体が左側コイル部側寄りに配設される左側変向部と右側コイル部側寄りに配設される右側変向部とを有すると好適である。
【００３５】
この磁気検出装置では、外部磁場の延在成分の一部は、左側変向部または右側変向部の一方から入って他方から出るようになり、感磁ワイヤーを迂回するようになる。このため、感磁ワイヤーを通過する延在成分は低減される。この結果、上記のような磁場変向体が配設されていない場合と比較して、その感磁ワイヤーひいてはＭＩ素子の測定レンジが拡大することになる。そして左側変向部または右側変向部の配置や大きさを調整することにより、感磁ワイヤーに導入される延在成分と直交成分のバランス調整も可能となり、外部磁場の各成分を適当な感度を確保しつつ、広いレンジで測定可能となる。
【００３６】
磁場変向体は、さらに、左側変向部と右側変向部を感磁ワイヤーに対して遠い側で架橋する架橋部を有すると好ましい。この場合、左側変向部と架橋部と右側変向部がヨーク（継鉄）となり、左側変向部または右側変向部の一方から入った磁気成分が架橋部を介して左側変向部または右側変向部の他方から抜ける磁気回路が形成される。そして架橋部は、前述した拡大部としても機能し得る。このため、架橋部を有する磁場変向体を用いると、より多くの直交成分を集磁して感磁ワイヤーへ導くことが可能となり、直交成分の感度向上も図れる。
【００３７】
（２）タイプＢ
本発明の磁気検出装置は、例えば、感磁ワイヤーが平行に配設された第１ワイヤーと第２ワイヤーとからなり、検出コイルが第１ワイヤーを周回する第１コイルと第２ワイヤーを周回する第２コイルとからなり、磁場変向体が第１ワイヤーの一端部側寄りに配設された第１変向体と第２ワイヤーの他端部側寄りに配設された第２変向体とを有すると好適である。
【００３８】
この磁気検出装置でも、上述したタイプＡと同様に、外部磁場の延在成分の一部は、第１変向体と第２変向体により変向され、感磁ワイヤーを迂回するようになる。このため、感磁ワイヤーを通過する延在成分は低減され、磁場変向体を配設しない場合と比較して、ＭＩ素子の測定レンジが拡大し得る。
【００３９】
ところで、タイプＢの磁場変向体（第１変向体または第２変向体）は、感磁ワイヤー（第１ワイヤーまたは第２ワイヤー）の一方の端部側寄りに配設されており、タイプＡの磁場変向体のように感磁ワイヤーの両端部側寄りに配設されていない。このためタイプＢの感磁ワイヤーは、それぞれの一端部に磁極（Ｎ極とＳ極）が形成されるのみであり、タイプＡの感磁ワイヤーのように両端部とさらにその中間とにそれぞれ磁極が形成されること（例えば両端部がＳ極で中央がＮ極となること）がない。この結果、タイプＢの方がタイプＡよりも、感磁ワイヤーにできる磁極間距離を長くすることができる。磁極間距離が長くなるほど、感磁ワイヤー中の反磁界の影響を抑制でき、感磁ワイヤーの長さが同じなら、磁気成分をより高感度に検出することが可能となる。
【００４０】
さらにタイプＢの場合、検出コイルから得られた検出信号（電圧）の演算処理を容易にするため、通常、感磁ワイヤーと検出コイルがそれぞれ１対づつ以上設けられる。この結果、同方向の磁気成分に対して約２倍の検出出力が得られ、磁気検出装置はさらに高感度となる。
【００４１】
ちなみに、タイプＢの場合でもタイプＡの場合と同様に、第１変向体または第２変向体の配置や大きさを調整することにより、感磁ワイヤーにより検出される延在成分と直交成分のバランス調整も可能である。従って、タイプＢの磁気検出装置によれば、外部磁場の各成分を高感度かつ広レンジで測定することも可能となる。
【００４２】
磁場変向体は、さらに、第１変向体と第２変向体を、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーに対して遠い側で架橋する架橋体を有すると好ましい。タイプＡの場合と同様に、第１変向体と架橋体と第２変向体がヨーク（継鉄）となり、第１変向体または第２変向体の一方から入った磁気成分が架橋体を介して第１変向体または第２変向体の他方から抜ける磁気回路が形成され得る。さらに架橋体も前述した拡大部として機能し、より多くの直交成分を集磁して感磁ワイヤーへ導き、その感度向上に寄与する。
【００４３】
《検出コイルまたは演算処理》
レンジを拡大して延在成分を測定するだけなら、一本の感磁ワイヤーを周回する一つの検出コイルだけでもよい。しかし、一本の感磁ワイヤーまたは同方向に延在する複数の感磁ワイヤーを用いて、延在成分のみならず直交成分も検出（測定）する場合、一対の検出コイルが必要となる。具体的にいうと、上述したタイプＡの磁気検出装置の場合なら、左側コイル部と右側コイル部であり、タイプＢの磁気検出装置の場合なら、第１コイルと第２コイルが必要となる。
【００４４】
タイプＡの磁気検出装置の場合、一方の感磁ワイヤーを周回する左側コイル部と右側コイル部の巻回方向に応じて、左側出力と右側出力の差または和を切り替えて演算することにより延在成分を検出することも直交成分を検出することも可能となる。より具体的にいうと、左側コイル部と右側コイル部の巻数および巻回方向が同じなら、左側出力と右側出力の差に基づいて直交成分が検出され、それらの和に基づいて延在成分が検出される。各コイル部の巻回方向（または配線方法）が逆の場合は、各出力の演算も逆に行えば、同様な結果を得ることができる。
【００４５】
同方向に延在する一対の感磁ワイヤーに対してそれぞれ設けられた一対の第１コイルと第２コイルを有するタイプＢの磁気検出装置についても、タイプＡの磁気検出装置と同様な演算を行うことにより、延在成分と直交成分の検出が可能となる。
【００４６】
そこで本発明の磁気検出装置は、そのような各コイル（部）からの出力に基づいて、各方向の磁気成分を検出する演算回路を備え、この演算回路は、各コイル（部）からの出力の差と和を切り替えて、直交成分と延在成分を共に検出可能とする切替回路を含むと好ましい。また、微調整（較正）は別にして、それらの演算を容易に行えるように、感磁ワイヤー、検出コイルおよび磁場変向体の配置は対称的であると好適である。具体的にいえば、タイプＡの磁場変向体の場合なら、検出コイルと磁場変向体は、感磁ワイヤーの中央（中心軸）に関して左右対称に配設されており、左側コイル部と右側コイル部も同巻数であると好ましい。またタイプＢの磁場変向体の場合なら、感磁ワイヤー、検出コイルおよび磁場変向体が回転対称に配設されており、第１コイルと第２コイルも同巻数であると好ましい。
【００４７】
《磁気検出装置の製造方法》
本発明の磁気検出装置は、種々の製造方法により得ることができるが、次のような製造方法によれば、効率的に生産することが可能となる。例えば、基板と、基板の一面側に配設され、延在方向の外部磁場成分に感応する感磁ワイヤーと感磁ワイヤーを周回する検出コイルとからなるＭＩ素子と、感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りに配設され、外部磁場を変向する軟磁性材からなる磁場変向体とを備える磁気検出装置の製造方法であって、複数の基板となり得る分割前のベース基板とベース基板の一面側に実装された複数のＭＩ素子とＭＩ素子の位置に対応してベース基板の他面側またはベース基板内に配設された複数の磁場変向体とからなる合体ベース基板を、複数の磁気検出装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする磁気検出装置の製造方法を用いると好適である。
【００４８】
ここで合体ベース基板は、例えば、分割前のベース基板の一面側に複数のＭＩ素子が所定位置に実装されてなる実装ベース基板の他面側に、複数の磁場変向体となり得る分割前の軟磁性板にＭＩ素子の所定位置に対応した変向体パターンが形成された変向体パターン板を接合する接合工程を経て得られた接合ベース基板である。この場合、分割工程は、接合ベース基板を複数の磁気検出装置に分割する工程となる。
【００４９】
またベース基板が、複数の磁場変向体を内蔵した内蔵ベース基板である場合なら、合体ベース基板は、例えば、内蔵ベース基板の一面側に複数のＭＩ素子を磁場変向体に対応した所定位置に実装する実装工程を経て得られる。なお、このような内蔵ベース基板は、例えば、フォトリソグラフィ等を用いて、軟磁性材のメッキにより複数の磁場変向体を形成する工程と磁場変向体を埋設する樹脂層を形成する工程とを経て得られる。
【００５０】
《その他》
本発明の磁気検出装置により、外部磁場の三次元成分（例えば、Ｘ成分、Ｙ成分、Ｚ成分）を検出する場合、基板上の一面側に第１（軸）方向とは異なる第２（軸）方向の磁気成分を検出するＭＩ素子を少なくとも一つ設けるとよい。すなわち、本発明の磁気検出装置は、基板の一面側に配設され、第１方向とは異なる第２方向へ延在して第２方向の磁気成分に感応する第２感磁ワイヤーと第２感磁ワイヤーを周回する第２検出コイルとからなる第２ＭＩ素子をさらに備えると好適である。
【００５１】
この場合、第２ＭＩ素子は必ずしも第３方向（直交成分、Ｚ方向）の磁気成分を検出するものでなくてもよい。但し、第１ＭＩ素子と共に第２ＭＩ素子も独立して第３方向の磁気成分を検出できるように、第２ＭＩ素子の感磁ワイヤーの少なくとも一方の端部側寄りにも磁場変向体を配設しておくと好ましい。
【００５２】
本発明の延長上であれば、感磁ワイヤーの中央等に別な磁場変向体が補助的に配設されてもよい。また、磁場変向体は複数に小分割して配置されてもよい。またＭＩ素子と磁場変向体は、それぞれ、基板の同面側に配設されても異面側に配設されてもよい。磁場変向体が基板内に配設（埋設等）された状態であると、磁気検出装置の薄型化や小型化を図り易い。
【実施例】
【００５３】
《第１実施例》
［装置概要］
本発明の磁気検出装置に係る一実施例であるＭＩセンサモジュール１（単に「ＭＩセンサ１」という。）の断面図を図１Ａおよび図１Ｂに示した。また、ＭＩセンサ１の要部となる感磁ワイヤーＷ１と検出コイルＣ１と集磁ヨークＦ１の斜視図を模式的に図１Ｃに示した。なお、図１Ａと図１Ｂには、感磁ワイヤーＷ１の延在方向（Ｘ方向）の磁束線とその直交方向（Ｚ方向）の磁束線とをそれぞれ付記した。図１Ａ〜図１Ｃをまとめて、適宜、図１という。
【００５４】
ＭＩセンサ１は、地磁気等の外部磁場を検出するＭＩ素子Ｍ１と、略円錐台状の集磁ヨークＦ１（磁場変向体）と、ＭＩ素子Ｍ１が搭載されると共に集磁ヨークＦ１を内蔵する内蔵回路基板Ｓ１（本発明でいう「基板」に相当する。）とを有する。内蔵回路基板Ｓ１中には、ＭＩ素子Ｍ１の駆動に必要なパルス発信回路（駆動回路）、信号処理回路、演算回路等を含む集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）も形成されている。なお、詳細は省略しているが、ＭＩ素子Ｍ１と内蔵回路基板Ｓ１内の集積回路とは、バンプを介して電気的に接続される。これによりワイヤーボンディングを省略したウエハーレベルＣＳＰが実現される。また、特に断らない限り、各回路等はフォトリソグラフィにより形成される。ちなみに、本実施例では、説明の便宜上、一つのＭＩ素子Ｍ１で外部磁場を検出する場合を示すが、複数のＭＩ素子Ｍ１（感磁ワイヤーＷ１）を異なる方向（例えば、Ｘ方向とＹ方向）に配設したＭＩセンサを用いることにより、外部磁場の三次元成分をそれぞれ検出できるようになることはいうまでもない。
【００５５】
集磁ヨークＦ１は、高透磁率（μ＝１８００００）のパーマロイ合金（７８質量％Ｎｉ−Ｆｅ）からなり、板状の架橋部Ｆ１３（拡大部）と、架橋部Ｆ１３の左端部から直立した角柱状の左側変向部Ｆ１１（縮小部）と、架橋部Ｆ１３の右端部から直立した角柱状の右側変向部Ｆ１２（縮小部）とを有する。集磁ヨークＦ１の存在により、外部磁場の磁束線は、図１Ａ、図１Ｂに示すように変向される。具体的にいうと、ＭＩ素子Ｍ１（感磁ワイヤーＷ１）の延在方向（Ｘ方向）の外部磁場成分（延在成分）は図１Ａに示すように変向され、その一部のみが感磁ワイヤーＷ１へ導入され、その大部分は右側変向部Ｆ１２、架橋部Ｆ１３および左側変向部Ｆ１１を経由して感磁ワイヤーＷ１を迂回する。
【００５６】
一方、直交方向（Ｚ方向）の外部磁場成分（直交成分）は図１Ｂに示すように変向され、架橋部Ｆ１３により集磁された磁気成分は、左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２へ分岐すると共に収束して、左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２の上端部側（架橋部Ｆ１３の反対面側）から感磁ワイヤーＷ１の中央寄りに変向する。この内、延在方向へ変向した直交成分の一部が感磁ワイヤーＷ１へ入る。なお、左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２は、感磁ワイヤーＷ１の中央に関して対称的に配置されており、同サイズで同材質からなる。このため左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２を経由して感磁ワイヤーＷ１へ導入される直交成分の各変向成分も、それぞれ対称的と（逆向きで大きさが等しく）なっている。
【００５７】
ＭＩ素子Ｍ１は、図２に示すように感磁ワイヤーＷ１と、その周囲に巻回された検出コイルＣ１と、感磁ワイヤーＷ１および検出コイルＣ１に接続される端子群Ｔ１とからなる。感磁ワイヤーＷ１は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金製の零磁歪アモルファスワイヤーからなる。検出コイルＣ１は、左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２とからなる。左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２は、巻数、巻径、巻回方向、ピッチ等、出力の大きさに影響する仕様が全て同じで、左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２に対応して、感磁ワイヤーＷ１の中央（中心）に関して左右対称に形成されている。各コイル部Ｃ１１、Ｃ１２と端子群Ｔ１は、フォトリソグラフィを用いて内蔵回路基板Ｓ１上に形成される。端子群Ｔ１は、感磁ワイヤーＷ１にパルス信号を供給するための端子Ｔ１０１、Ｔ１０２と、左側コイル部Ｃ１１で生じた起電力を出力する端子Ｔ１１１、Ｔ１１２と、右側コイル部Ｃ１２で生じた起電力を出力する端子Ｔ１２１、Ｔ１２２とからなる。
【００５８】
内蔵回路基板Ｓ１に形成される集積回路（ＡＳＩＣ）は、図３に示すように、感磁ワイヤーＷ１にパルス信号を供給するパルス発信回路（駆動回路）と、左側コイル部Ｃ１１からの出力（電圧）Ｖ１１と右側コイル部Ｃ１２からの出力（電圧）Ｖ１２を得る信号処理回路と、演算回路（切替回路を含む。）とからなる。
【００５９】
パルス発信回路と信号処理回路は次のように作動する。先ず、パルス発振回路により発生した高周波（例えば２００ＭＨｚ相当）のパルス電流が感磁ワイヤーＷ１へ供給される。このパルス電流により感磁ワイヤーＷ１のワイヤー円周方向に生じた磁場と外部磁場とが作用して、その軸方向に作用する磁気成分に対応した電圧が左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２に発生する。なお、ここでいう周波数は、図４Ａに示すパルス電流波形パルスの「立ち上がり」若しくは「立ち下り」の時間Δｔを求め、そのΔｔが図４Ｂに示すように４分の１周期に相当するとして求めたものである。
【００６０】
次に、信号処理回路中のサンプルタイミング調整回路により、上記のパルス電流が立ち上がったあと、所定のタイミングで、アナログスイッチを短時間スイッチをオン−オフする。これによりアナログスイッチは、左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２にそれぞれ発生した各電圧をサンプリングする。サンプリング電圧は、それぞれ増幅器により増幅されて出力Ｖ１１、Ｖ１２が得られる。なお、パルス電流が立ち上がる時ではなく遮断されるとき（パルス電流が立ち下るとき）に処理してＶ１１、Ｖ１２を得ることもできる。
【００６１】
演算回路は、出力Ｖ１１と出力Ｖ１２の和と差を交互に演算し、出力Ｖ１１と出力Ｖ１２の和に基づき外部磁場のＸ成分を指標する出力を行い、出力Ｖ１１と出力Ｖ１２の差に基づき外部磁場のＺ成分を指標する出力を行う。なお、和と差でＸ成分とＺ成分を指標する出力ができる理由について以下に説明する。
【００６２】
［磁場検出］
ＭＩ素子Ｍ１の周囲に生じる外部磁場の磁束線（磁力線）は、集磁ヨークＦ１によって各方向へ変向され得る。例えば、集磁ヨークＦ１により対称的に変向された外部磁場のＺ成分である変向磁気成分（測定磁場／磁気ベクトルＨ）を観ると、左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２は、前述した通り、出力の大きさに影響する仕様が全て同一となっているので、左側コイル部Ｃ１１の出力Ｖ１１と右側コイル部Ｃ１２の出力Ｖ１２との出力差（Ｖ１１−Ｖ１２）は、ＭＩ素子Ｍ１の周囲に生じている元の外部磁場のＸ成分の影響が相殺されて、左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２に逆向きに作用する変向磁気成分のさらなるＸ成分（Ｈｘ）の影響だけが反映されたものとなる。なお、変向磁気成分のＺ成分（Ｈｚ）は感磁ワイヤーＷ１が感応しないため、当然、上記の出力差に影響はしない。この出力差に適当な係数を乗じて演算すれば、その出力差から元の外部磁場のＺ成分を求めることが可能となる。
【００６３】
また、出力Ｖ１１と出力Ｖ１２の出力和（Ｖ１１＋Ｖ１２）は、変向磁気成分のＸ成分（Ｈｘ）の影響が相殺され、上述したように変向磁気成分のＺ成分（Ｈｚ）の影響もなく、元の外部磁場のＸ成分が集磁ヨークＦ１により変向されて残った残存Ｘ成分（感磁ワイヤーＷ１へ入る延在成分）の影響だけが反映されたものとなる。この出力和に適当な係数を乗じて演算すれば、その出力和から元の外部磁場のＸ成分を求めることが可能となる。
【００６４】
本実施例の場合、元の外部磁場の延在成分と直交成分のそれぞれ一部が、集磁ヨークＦ１により変向されて感磁ワイヤーＷ１へ導かれる。このため、左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２により得られるそれぞれの出力（Ｖ１１＋Ｖ１２とＶ１１−Ｖ１２）のレベルに大差はない。この結果、外部磁場の延在成分も直交成分も適当な感度で、かつ広レンジで測定可能となる。
【００６５】
なお、外部磁場の成分を三次元的に測定する場合、一つのＭＩ素子の出力のみに依ることなく、複数のＭＩ素子の出力の平均値（例えば相加平均）に基づいて算出されると好ましい。さらに、集磁ヨークの形状、ＭＩ素子の配置や特性等を考慮して、出力値に適切な補正係数または補正項が加味され得る。このような演算処理は、上述した演算回路でなされてもよいし、ＭＩセンサ１を搭載する情報端末等のプログラムでなされてもよい。演算処理に関する基本的な考え方は、ＷＯ２０１０／１１０４５６号公報等にも詳述されている。
【００６６】
［製造方法］
ＭＩセンサ１の各製造工程を図５に示した。先ず、シリコンウェハーからなるＳｉ基板Ｓ０を用意する（工程Ｐ１）。Ｓｉ基板Ｓ０上に架橋部Ｆ１３となるパーマロイ合金の第１メッキ層を形成する（工程Ｐ２）する。次に、その第１メッキ層上に、左側変向部Ｆ１１および右側変向部Ｆ１２となるパーマロイ合金の第２メッキ層を形成する（工程Ｐ３）。これらメッキ層の形成工程（メッキ工程）もフォトリソグラフィによりなされる。
【００６７】
こうして積層形成された架橋部Ｆ１３、左側変向部Ｆ１１および右側変向部Ｆ１２を熱処理（焼鈍）する（工程Ｐ４）。この熱処理により、各メッキ工程で架橋部Ｆ１３、左側変向部Ｆ１１および右側変向部Ｆ１２に導入された内部応力が除去され、軟磁性特性に優れた集磁ヨークＦ１が得られる。
【００６８】
Ｓｉ基板Ｓ０上に形成された集磁ヨークＦ１を囲繞する絶縁樹脂層Ｒ１を樹脂モールドにより形成する（工程Ｐ５）。この絶縁樹脂層Ｒ１の上端面を研磨して平坦にする（工程Ｐ６）。なお、熱処理工程（工程Ｐ４）後から研磨工程（工程Ｐ６）前の間に、ＭＩセンサ６の駆動に必要な回路を形成しておく。こうして集磁ヨークＦ１を内蔵した内蔵ベース基板ＳＢ１が得られる。
【００６９】
内蔵ベース基板ＳＢ１上に、ＭＩ素子Ｍ１をフリップチップ等により実装する（工程Ｐ７／実装工程）。この後、内蔵ベース基板ＳＢ１の片面側（Ｓｉ基板Ｓ０の他面側）を研磨（バックグラインド）等して、合体ベース基板ＳＵ２が得られる。この合体ベース基板ＳＵ２をダイシングすることにより（分割工程）、多数のＭＩセンサ１が得られる。なお、各ＭＩセンサは、ＷＯ２０１４／０５４３７１号公報等に詳述されている方法で、内蔵ベース基板ＳＢ１等の表面に形成されてもよい。
【００７０】
《第２実施例》
本発明の磁気検出装置に係る別の実施例であるＭＩセンサ２の断面図を図６Ａに示した。また、ＭＩセンサ２の要部となる感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２と検出コイルＣ２１、Ｃ２２と集磁ヨークＦ２を模式的に示す斜視図を図６Ｂに示した。図６Ａおよび図６Ｂをまとめて、適宜、図６という。
【００７１】
ＭＩセンサ２は、ＭＩセンサ１に対して、集磁ヨークＦ１を集磁ヨークＦ２に、感磁ワイヤーＷ１を感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２に、検出コイルＣ１を検出コイルＣ２１、Ｃ２２に、それぞれ変更したものである。
【００７２】
集磁ヨークＦ２は、板状の架橋体Ｆ２３（拡大部）と、架橋体Ｆ２３の左端角部から直立した角柱状の第１変向体Ｆ２１（縮小部）と、架橋体Ｆ２３の右端角部から直立した角柱状の第２変向体Ｆ２（縮小部）とを有する。検出コイルＣ２１と検出コイルＣ２２はそれぞれ、ＭＩセンサ１の左側コイル部Ｃ１１と右側コイル部Ｃ１２に対応するが、途中で分割はされておらず、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の周囲にそれぞれ独立して形成されている。
【００７３】
集磁ヨークＦ２により、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の周囲の外部磁場分布（磁束線）が変向されるが、変向形態は集磁ヨークＦ１の場合と多少異なる。具体的にいうと、先ず、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の延在方向（Ｘ方向）の外部磁場成分（延在成分）は変向されて、その一部が感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２へ導入される。次に、直交方向（Ｚ方向）の外部磁場成分（直交成分）は、架橋体Ｆ２３により集磁され、第１変向体Ｆ２１と第２変向体Ｆ２に分岐（収束）して、それらの上端部側（架橋体Ｆ２３の反対面側）から感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の中央寄りへ変向する。その変向磁気成分（Ｈ）のさらに一部（Ｈｘ）が感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２へ導入される。
【００７４】
ところで、ＭＩセンサ２では、第１変向体Ｆ２１と第２変向体Ｆ２２が、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の各一端側にのみそれぞれ配設されている。このため、例えば、感磁ワイヤーＷ２２には、図６Ａに示すように、一端側にＳ極、他端側にＮ極が形成され、その途中に磁極が形成されることがない。この結果、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２の場合、磁極間距離が長くなる。これに対して、ＭＩセンサ１のように感磁ワイヤーＷ１の両端に左側変向部Ｆ１１と右側変向部Ｆ１２がある場合、例えば、両端にＳ極、それらの中間にＮ極が形成されて、磁極間距離が短くなる。
【００７５】
従って、ＭＩセンサ２を用いると、感磁ワイヤーＷ２１、Ｗ２２に作用する反磁界の影響が少なくなり、ＭＩセンサ１よりも高感度化を図り易い。さらにＭＩセンサ２では、感磁ワイヤーおよび検出コイルが一対あるため、その点でも、より高感度で測定できる。
【００７６】
なお、感磁ワイヤーＷ２１と第１変向体Ｆ２１および感磁ワイヤーＷ２２と第２変向体Ｆ２２は、架橋体Ｆ２３の中心軸まわりに対称的に配置されている。このためＭＩセンサ２でも、ＭＩセンサ１の場合と同様な演算方法により、外部磁場の延在成分と直交成分を測定することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１、２                  ＭＩセンサ（磁気検出装置）
Ｍ１、Ｍ２              ＭＩ素子
Ｗ１、Ｗ２１、Ｗ２２    感磁ワイヤー
Ｃ１、Ｃ２１、Ｃ２２    検出コイル
Ｃ１１                  左側コイル部
Ｃ１２                  右側コイル部
Ｆ１、Ｆ２              集磁ヨーク（磁場変向体）
Ｓ                      回路基板（基板）
【図１Ａ】
0006609947.tif 000002
【図１Ｂ】
0006609947.tif 000003
【図１Ｃ】
0006609947.tif 000004
【図２】
0006609947.tif 000005
【図３】
0006609947.tif 000006
【図４Ａ】
0006609947.tif 000007
【図４Ｂ】
0006609947.tif 000008
【図５】
0006609947.tif 000009
【図６Ａ】
0006609947.tif 000010
【図６Ｂ】
0006609947.tif 000011