(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、
前記素子形成面と対向する第１側面を有する磁性体と、
前記センサチップ及び前記磁性体が搭載された搭載面を有する回路基板と、を備え、
前記センサチップ及び前記磁性体は、前記素子形成面及び前記第１側面が前記回路基板の前記搭載面に対して略直交するよう、前記回路基板に搭載されており、
前記磁性体は、前記第１側面に対して垂直な方向を長手方向とし、接着剤を介して前記回路基板の前記搭載面に接着されることにより前記回路基板に固定されており、
前記第１側面の面積は、前記素子形成面の面積よりも小さいことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁性体は、前記第１側面と略平行であり、且つ、前記第１側面とは反対側に位置する第２側面をさらに有し、
前記第２側面の面積は、前記第１側面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記搭載面に対して垂直方向における前記第２側面の長さは、前記搭載面に対して垂直方向における前記第１側面の長さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、第１乃至第４の磁気抵抗素子を含み、
前記第１及び第２の磁気抵抗素子は、前記磁性体の前記第１側面から見て一方側に位置し、
前記第３及び第４の磁気抵抗素子は、前記磁性体の前記第１側面から見て他方側に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記回路基板に搭載された補助磁性体をさらに備え、
前記センサチップは、前記素子形成面に対して略直交し、前記磁性体の前記第１側面から見てそれぞれ前記一方側及び前記他方側に位置する第１及び第２の側面をさらに有し、
前記補助磁性体は、前記第１及び第２の側面の少なくとも一部を覆うよう、前記回路基板に搭載されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサに関し、特に、センサチップに磁束を集めるための磁性体を備えた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗素子などを用いた磁気センサは、電流計や磁気エンコーダなどに広く用いられている。磁気センサには、センサチップに磁束を集めるための磁性体が設けられることがあり、この場合、磁性体はセンサチップの素子形成面に載置される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７６１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般にセンサチップは小型であることから、センサチップ上に磁性体を載置することは容易でなく、センサチップと磁性体を確実に固定することは困難であった。特に、素子形成面に対して垂直方向の長さが長い磁性体を用いる場合は、センサチップ上における支持が非常に不安定となり、場合によっては磁性体が脱落したり、折れたりする可能性もあった。
【０００５】
したがって、本発明は、素子形成面に対して垂直方向の長さが長い磁性体を用いる場合であっても、これを安定的に支持可能な磁気センサ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】
【０００６】
本発明による磁気センサは、磁気検出素子が形成された素子形成面を有するセンサチップと、前記素子形成面と対向する第１側面を有する磁性体と、前記センサチップ及び前記磁性体が搭載された搭載面を有する回路基板とを備え、前記センサチップ及び前記磁性体は、前記素子形成面及び前記第１側面が前記回路基板の前記搭載面に対して略直交するよう、前記回路基板に搭載されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、センサチップ及び磁性体を寝かせた状態で回路基板に搭載していることから、磁性体の長さが長い場合であっても、これを安定的に支持することが可能となる。
【０００８】
本発明において、前記磁性体は、前記第１側面と略平行であり、且つ、前記第１側面とは反対側に位置する第２側面をさらに有し、前記第２側面の面積は、前記第１側面の面積よりも大きいことが好ましい。これによれば、より多くの磁束を集めることができることから、磁気センサの感度が高められる。この場合、前記搭載面に対して垂直方向における前記第２側面の長さは、前記搭載面に対して垂直方向における前記第１側面の長さよりも長くても構わない。
【０００９】
本発明において、前記磁気検出素子は、第１乃至第４の磁気抵抗素子を含み、前記第１及び第２の磁気抵抗素子は、前記磁性体の前記第１側面から見て一方側に位置し、前記第３及び第４の磁気抵抗素子は、前記磁性体の前記第１側面から見て他方側に位置することが好ましい。これによれば、４つの磁気抵抗素子を用いたブリッジ回路を形成することにより、高感度な磁気検出を行うことが可能となる。
【００１０】
この場合、本発明による磁気センサは、前記回路基板に搭載された補助磁性体をさらに備え、前記センサチップは、前記素子形成面に対して略直交し、前記磁性体の前記第１側面から見てそれぞれ前記一方側及び前記他方側に位置する第１及び第２の側面をさらに有し、前記補助磁性体は、前記第１及び第２の側面の少なくとも一部を覆うよう、前記回路基板に搭載されていることが好ましい。これによれば、素子形成面に入力した磁束が第１及び第２の側面方向に曲がることから、より高感度な磁気検出を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、素子形成面に対して垂直方向の長さが長い磁性体を用いる場合であっても、これを安定的に支持可能な磁気センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による磁気センサ１０の外観を示す略斜視図である。
【図２】図２は、磁気センサ１０の分解斜視図である。
【図３】図３は、磁気センサ１０の部分拡大図である。
【図４】図４は、端子電極Ｅ１１〜Ｅ１４と磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４との接続関係を説明するための回路図である。
【図５】図５は、第１の変形例による磁気センサ１０Ａの構成を示す略斜視図である。
【図６】図６は、第２の変形例による磁気センサ１０Ｂの構成を示す略斜視図である。
【図７】図７は、第３の変形例による磁気センサ１０Ｃの構成を示す略斜視図である。
【図８】図８は、第４の変形例による磁気センサ１０Ｄの構成を示す略斜視図である。
【図９】図９は、第５の変形例による磁気センサ１０Ｅの構成を示す略斜視図である。
【図１０】図１０は、第６の変形例による磁気センサ１０Ｆの構成を示す略斜視図である。
【図１１】図１１は、第７の変形例による磁気センサ１０Ｇの構成を示す略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の好ましい実施形態による磁気センサ１０の外観を示す略斜視図である。また、図２は、磁気センサ１０の分解斜視図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本発明による磁気センサ１０は、回路基板２０と、回路基板２０の搭載面２１に搭載されたセンサチップ３０及び磁性体４０によって構成される。
【００１６】
回路基板２０は、樹脂などの絶縁性基体に配線パターンが形成された基板であり、一般的なプリント基板やインターポーザ基板などを用いることができる。回路基板２０の搭載面２１はｘｙ平面を構成し、この搭載面２１にセンサチップ３０及び磁性体４０が搭載される。回路基板２０の搭載面２１には４つのランドパターンＥ２１〜Ｅ２４が設けられており、これらランドパターンＥ２１〜Ｅ２４には、後述する定電圧源及び電圧検出回路が接続される。定電圧源及び電圧検出回路は、回路基板２０自体に設けられていても構わないし、回路基板２０とは別の基板に設けられていても構わない。
【００１７】
センサチップ３０は略直方体形状を有しており、素子形成面３１には４つの磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４が形成されている。図１及び図２に示すように、素子形成面３１はｘｚ面を構成している。つまり、センサチップ３０は、素子形成面３１が回路基板２０の搭載面２１に対して略直交するよう、寝かせて搭載されている。
【００１８】
センサチップ３０は回路基板２０に固定されているが、センサチップ３０の底面（ｘｙ面）と回路基板２０の搭載面２１とが密着している必要はなく、両者間に接着剤が介在していても構わないし、拡大図である図３に示すように、部分的に設けられた接着剤Ｇによって互いに固定され、これにより、センサチップ３０の底面（ｘｙ面）と回路基板２０の搭載面２１との間に僅かな隙間が存在していても構わない。
【００１９】
磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は、磁束密度によって物理特性の変化する素子であれば特に限定されないが、本実施形態においては、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子（ＭＲ素子）が用いられる。磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の磁化固定方向は、図２の矢印Ａが示す方向（ｘ方向におけるプラス側）に全て揃えられている。センサチップ３０は、集合基板を用いて多数同時に作製され、これをダイシングすることによって多数個取りされる。したがって、本実施形態においては、ダイシングしたセンサチップ３０が９０°横に寝かせた状態で回路基板２０に搭載されることになる。
【００２０】
さらに、センサチップ３０の素子形成面３１には、４つの端子電極Ｅ１１〜Ｅ１４が設けられている。これら端子電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、ハンダＳを介してそれぞれランドパターンＥ２１〜Ｅ２４に接続されている。端子電極Ｅ１１〜Ｅ１４と磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４との接続関係については後述する。
【００２１】
磁性体４０は、フェライトなどの高透磁率材料からなるブロックであり、本実施形態では略直方体形状である。磁性体４０のｘｚ面は、センサチップ３０の素子形成面３１と対向する第１側面４１を構成する。第１側面４１の面積は、センサチップ３０の素子形成面３１の面積よりも小さく、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２と磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４との間に位置する対向領域３１ａと向き合うよう、回路基板２０に搭載される。磁性体４０の第１側面４１とセンサチップ３０の対向領域３１ａは、互いに密着していても構わないし、両者間に僅かな隙間が存在しても構わない。但し、本実施形態においては、センサチップ３０と磁性体４０がいずれも回路基板２０の搭載面２１に載置されていることから、センサチップ３０と磁性体４０を接着剤などによって固定する必要はない。
【００２２】
磁性体４０は回路基板２０に固定されているが、磁性体４０の底面（ｘｙ面）と回路基板２０の搭載面２１が密着している必要はなく、両者間に接着剤が介在していても構わないし、拡大図である図３に示すように、部分的に設けられた接着剤Ｇによって固定され、これにより、磁性体４０の底面（ｘｙ面）と回路基板２０の搭載面２１との間に僅かな隙間が存在していても構わない。
【００２３】
磁性体４０のｙ方向における長さについては特に限定されないが、ｙ方向における長さをより長くすることによって、ｙ方向の磁束の選択性を高めることができる。そして、本実施形態においては、ｙ方向が回路基板２０の搭載面２１と平行であることから、磁性体４０のｙ方向における長さを長くしても、磁性体４０の支持が不安定となることはない。
【００２４】
図４は、端子電極Ｅ１１〜Ｅ１４と磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４との接続関係を説明するための回路図である。
【００２５】
図４に示すように、磁気検出素子ＭＲ１は端子電極Ｅ１１，Ｅ１３間に接続され、磁気検出素子ＭＲ２は端子電極Ｅ１２，Ｅ１４間に接続され、磁気検出素子ＭＲ３は端子電極Ｅ１２，Ｅ１３間に接続され、磁気検出素子ＭＲ４は端子電極Ｅ１１，Ｅ１４間に接続されている。そして、端子電極Ｅ１１，Ｅ１２間には、定電圧源５１によって所定の電圧が印加される。また、端子電極Ｅ１３，Ｅ１４間には電圧検出回路５２が接続され、これによって端子電極Ｅ１３，Ｅ１４間に現れる出力電圧のレベルが検出される。
【００２６】
そして、磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２は対向領域３１ａからみて一方側（ｘ方向におけるマイナス側）に配置され、磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４は対向領域３１ａからみて他方側（ｘ方向におけるプラス側）に配置されていることから、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４の電気抵抗の変化を高感度に検出することが可能となる。
【００２７】
具体的には、図１の矢印Ｂが示す方向（ｙ方向におけるプラス側）の磁束は、磁性体４０の主に第２側面４２に吸い寄せられ、磁性体４０の内部をｙ方向に通過した後、主に第１側面４１から出力される。第１側面４１から出力された磁束は、ｘ方向の両側を回って磁束の発生源に戻る。この時、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４は、全て同一の磁化固定方向を有していることから、対向領域３１ａからみて一方側に位置する磁気検出素子ＭＲ１，ＭＲ２の抵抗変化量と、対向領域３１ａからみて他方側に位置する磁気検出素子ＭＲ３，ＭＲ４の抵抗変化量との間には差が生じる。この差は、図４に示した差動ブリッジ回路によって２倍に増幅され、電圧検出回路５２によって検出される。
【００２８】
このように、本実施形態による磁気センサ１０は、センサチップ３０の素子形成面３１に対向するよう磁性体４０が配置されていることから、ｙ方向の磁束密度を電圧検出回路５２によって検出することができる。そして、本実施形態においては、センサチップ３０の素子形成面３１が回路基板２０の搭載面２１に対して垂直であることから、磁性体４０のｙ方向における長さを長くしても、磁性体４０の固定が不安定となることはない。
【００２９】
以下、本実施形態による磁気センサ１０の変形例について説明する。
【００３０】
図５は、第１の変形例による磁気センサ１０Ａの構成を示す略斜視図である。
【００３１】
図５に示す磁気センサ１０Ａは、回路基板２０に搭載された補助磁性体６０をさらに備える点において、図１に示した磁気センサ１０と相違する。補助磁性体６０は、磁性体４０と同様、フェライトなどの高透磁率材料からなるブロックであり、センサチップ３０の素子形成面３１以外のｘｚ面及びｙｚ面を覆うよう、コの字型を有している。かかる構成により、磁性体４０を介してセンサチップ３０の素子形成面３１に入力された磁束は、ｘ方向に曲がりやすくなるため、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４による検出感度を高めることができる。
【００３２】
図６は、第２の変形例による磁気センサ１０Ｂの構成を示す略斜視図である。
【００３３】
図６に示す磁気センサ１０Ｂは、補助磁性体６０が２つの補助磁性体７１，７２に置き換えられている点において、図５に示した磁気センサ１０Ａと相違する。補助磁性体７１，７２は、素子形成面３１の反対側に位置するセンサチップ３０のｘｚ面を覆う部分を補助磁性体６０から削除したものである。つまり、センサチップ３０の２つのｙｚ面のうち、一方を補助磁性体７１が覆い、他方を補助磁性体７２が覆う構成である。これにより、センサチップ３０の素子形成面３１に入力された磁束は、よりｘ方向に曲がりやすくなるため、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４による検出感度をより高めることができる。
【００３４】
尚、第１及び第２の変形例による磁気センサ１０Ａ，１０Ｂでは、センサチップ３０の２つのｙｚ面が補助磁性体６０又は７１，７２によってほぼ完全に覆われているが、ｙｚ面の一部のみを覆っても構わない。この場合、素子形成面３１により近い部分を覆うことが好ましい。
【００３５】
図７は、第３の変形例による磁気センサ１０Ｃの構成を示す略斜視図である。
【００３６】
図７に示す磁気センサ１０Ｃは、磁性体４０の形状が相違する点において、図１に示した磁気センサ１０と相違する。図７に示す磁気センサ１０Ｃにおいては、磁性体４０のｘ方向における幅が第１側面４１から第２側面４２に向かって徐々に拡大するテーパー形状を有している。これにより、第２側面４２の面積が第１側面４１の面積よりも大きくなることから、ｙ方向の磁束がより多く集められる。その結果、磁気検出素子ＭＲ１〜ＭＲ４による検出感度を高めることができる。
【００３７】
しかも、素子形成面３１が回路基板２０の搭載面２１と平行である場合、このような形状を有する磁性体４０を用いると磁性体４０の支持が非常に不安定となるが、本実施形態においてはセンサチップ３０を寝かせた状態で回路基板２０に搭載していることから、このような問題が生じることはない。むしろ、回路基板２０に対する磁性体４０の載置面積が増大することから、磁性体４０の固定がより安定する。尚、図７に示す磁気センサ１０Ｃにおいては、磁性体４０のｘ方向における幅がｙ方向における全領域において拡大しているが、第１側面４１からｙ方向におけるある長さまでは磁性体４０のｘ方向における幅を一定とし、それ以降の部分についてｘ方向における幅が拡大する形状としても構わない。
【００３８】
図８は、第４の変形例による磁気センサ１０Ｄの構成を示す略斜視図である。
【００３９】
図８に示す磁気センサ１０Ｄは、磁性体４０のｚ方向における高さが第１側面４１から第２側面４２に向かって徐々に拡大するテーパー形状を有している点において、図７に示した磁気センサ１０Ｃと相違する。このような形状であっても、第２側面４２の面積が第１側面４１の面積よりも大きくなることから、ｙ方向の磁束がより多く集められる。尚、磁性体４０のｘ方向における幅とｚ方向における高さの両方をテーパー状に拡大する必要はなく、例えば、磁性体４０のｚ方向における高さのみをテーパー状に拡大しても構わない。
【００４０】
図９は、第５の変形例による磁気センサ１０Ｅの構成を示す略斜視図である。
【００４１】
図９に示す磁気センサ１０Ｅは、磁性体４０の形状が相違する点において、図１に示した磁気センサ１０と相違する。図９に示す磁気センサ１０Ｅにおいては、磁性体４０が平面視で（ｚ方向から見て）Ｔ字型を有している。言い換えれば、磁性体４０のｘ方向における幅が一度に拡大する形状を有している。これにより、第２側面４２の面積が第１側面４１の面積よりも大きくなることから、ｙ方向の磁束がより多く集められる。このように、磁性体４０のｘ方向における幅を拡大する場合、テーパー状に拡大することは必須でなく、一度に拡大する形状であっても構わない。或いは、磁性体４０のｘ方向における幅が第１側面４１から第２側面４２に向かって段階的に拡大する形状としても構わない。
【００４２】
図１０は、第６の変形例による磁気センサ１０Ｆの構成を示す略斜視図である。
【００４３】
図１０に示す磁気センサ１０Ｆは、磁性体４０の第２側面４２を構成する部分のｚ方向における高さが拡大されている点において、図９に示した磁気センサ１０Ｅと相違する。このような形状によれば、第２側面４２の面積がよりいっそう大きくなることから、ｙ方向の磁束がより多く集められる。
【００４４】
図１１は、第７の変形例による磁気センサ１０Ｇの構成を示す略斜視図である。
【００４５】
図１１に示す磁気センサ１０Ｇは、磁性体４０の形状が相違する点において、図１に示した磁気センサ１０と相違する。図１１に示す磁気センサ１０Ｇにおいては、磁性体４０が平面視で（ｚ方向から見て）Ｙ字型を有している。言い換えれば、第１側面４１から第２側面４２に向かって磁性体４０が２分岐する形状を有している。これにより、第２側面４２の面積が第１側面４１の面積の例えば２倍となることから、ｙ方向の磁束がより多く集められる。このように、第２側面４２が複数あっても構わない。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４７】
例えば、上記の実施形態では、磁気検出素子として４つの磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いているが、磁気検出素子の種類や数については特に限定されない。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０Ａ〜１０Ｇ    磁気センサ
２０      回路基板
２１      搭載面
３０      センサチップ
３１      素子形成面
３１ａ    対向領域
４０      磁性体
４１      第１側面
４２      第２側面
５１      定電圧源
５２      電圧検出回路
６０，７１，７２    補助磁性体
Ｅ１１〜Ｅ１４    端子電極
Ｅ２１〜Ｅ２４    ランドパターン
Ｇ        接着剤
ＭＲ１〜ＭＲ４    磁気検出素子
Ｓ        ハンダ
【図１】
0006610178.tif 000002
【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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