(57)【要約】【課題】Ｚ軸の磁気センサー１１ｃが他の磁気センサー１１ａ，ｂと直交して配置（９０°直立して配置）していたため、３軸磁気センサーモジュールの高さが５〜６ｍｍ必要であり、小型化が望まれている携帯電子機器の搭載の弊害となっていた。【解決手段】フラックスゲート型の磁気センサーを用いて３軸磁気センサーを作製する場合に、シリコン基板１０上の平面上にＸ，Ｙ軸の磁気センサー１１ａ，ｂを配置し、シリコン基板１０の異方性エッチングにより形成した傾斜部１２にＺ軸の磁気センサー１１ｃを配置することで、薄型の３軸磁気センサーを作製する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性体材料を芯にしてコイルを巻いてなる３つのフラックスゲート型の磁気センサーが基板上に配置された３軸磁気センサーにおいて、
前記基板は平坦面とその平坦面から下降傾斜する傾斜面を有し、前記平坦面に第１，第２の磁気センサーをほぼ直行して配置し、前記傾斜面に第３の磁気センサーを配置することを特徴とする３軸磁気センサー。
【請求項２】
前記基板の傾斜面は、１００結晶方位の結晶シリコンを異方性エッチングにより形成された面であることを特徴とする請求項１に記載の３軸磁気センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟磁性体材料を芯にしてコイルを巻いてなる３つのフラックスゲート型の磁気センサーが基板上に配置された３軸磁気センサーに関し、３つの磁気センサーの配置形態を工夫することで、携帯電話、ＰＨＳ、通信機器等の一般的な電子機器に搭載可能とした薄型の３軸磁気センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話、ＰＨＳ、通信機器等の電子機器は、高性能化、多機能化とともに小型化、軽量化を追及されている。これら電子機器に使用される磁気センサーは、特に低背化が望まれており、ＳＭＤ型であることが必須となりつつある。
ここで、このフラックスゲート型の磁気センサーについて説明する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
フラックスゲート型の磁気センサーとは、例えば、図４ａに示すように、軟磁性材料からなる柱状コア１９の胴部に導線２０を複数回巻いて、その胴部から導出させた両脚部に電極２１を設けて一つの磁気センサーを構成したものである。
【０００４】
この磁気センサーをベースとなる基板上に３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に則して３つの磁気センサーを配置して、３次元の磁界情報を高精度に得ようとする試みがある。この３軸磁気センサーは、図４ｂに示すように、前述したフラックスゲート型の第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂをＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ直交して配置し、さらに、図に示すＺ軸方向にもさらにもう一つの第３の磁気センサー１１ｃを配置する形態である。この形態とすることで、第１の磁気センサー１１ａによりＸ軸に平行な磁界を、第２の磁気センサー１１ｂによりＹ軸に平行な磁界を、第３の磁気センサー１１ｃによりＺ軸に平行な磁界を測定することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１３５０４８号公報（第２頁、図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成の３軸磁気センサーは、微弱な磁界を測定する場合であっても、前記柱状コア１９の胴部は３〜４ｍｍの磁気センサー１１を用い、これに２０μｍ径で周囲を絶縁性皮膜で覆った導線２０を数重にも巻いて構成しなくてはならなかった。その結果、３軸磁気センサーの構成においては、少なくともＺ軸方向の第３の磁気センサー１１ｃの高さが必要となり、３軸磁気センサーモジュールとした場合には５〜６ｍｍとなってしまうという問題がある。この問題を解消する最も簡便な手段は、柱状コア１９の胴部の長さを更に短くして導線２０の径を細くすることであるが、磁気センサー１１の生産性を考えると好ましくなく、また柱状コア１９が小さくなり導線２０の巻き数が減ると検出感度が悪くなってしまう。
【０００７】
この様に、小型化が望まれている携帯電話、ＰＨＳ、通信機器等の電子機器等に従来の構成の低背化されていない３軸磁気センサーの構成をそのまま搭載したとしても電子機器の小型化には対応することができないものでしかなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、傾き補正可能な３軸磁気センサーを薄型の磁気センサーパッケージとして構成することができる構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の薄型３軸磁気センサーの構造は、下記記載の構成を採用する。
【００１０】
本発明の３軸磁気センサーは、軟磁性体材料を芯にしてコイルを巻いてなる３つのフラックスゲート型の磁気センサーが基板上に配置された３軸磁気センサーにおいて、前記基板は平坦面とその平坦面から下降傾斜する傾斜面を有し、前記平坦面に第１，第２の磁気センサーをほぼ直行して配置し、前記傾斜面に第３の磁気センサーを配置することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の３軸磁気センサーは、前記基板の傾斜面は、１００結晶方位の結晶シリコンを異方性エッチングにより形成された面であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本発明の実施形態における薄型３軸磁気センサーの構造を説明する。図１は本発明の３軸磁気センサーの構造を示す斜視図であり、図２は本発明の３軸磁気センサーの構造を示す断面図である。図３は本発明の３軸磁気センサーの製造工程におけるシリコン基板の異方性エッチング工程を説明するための図面である。以下図１、図２、図３を用いて本発明の３軸磁気センサーの構造および製造方法について詳細に説明する。
【００１３】
まず図１、図２を用いて本発明の３軸磁気センサーの構造について説明する。
図１に示す本発明の３軸磁気センサーは、まずシリコン基板１０上の同一平面上に直交するようにＸ軸，Ｙ軸を検出するためのフラックスゲート型の第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂを配置し、さらにシリコン基板１０の表面に対して所定の角度で形成した傾斜部１２にＺ軸を検出するための第３の磁気センサー１１ｃを配置した構造になっており、それぞれの磁気センサー１１ａ〜ｃは、配線パターン１５によって方位算出用の半導体装置１６と接続された構造になっている。
なお、本発明で用いる各磁気センサー１１ａ〜ｃは、軟磁性体材料にコイル配線１７を巻き付けた構造になっている。
【００１４】
図２に本発明の薄型３軸磁気センサーの構造を説明するための断面図を示す。
本発明の３軸磁気センサーは、シリコン基板１０上に絶縁膜１３として機能するＳｉＯ２膜を配し、その絶縁膜１３表面にそれぞれ磁気センサー１１（本図面では、第２，第３の磁気センサー１１ｂ，ｃを示している。）が配置した構成である。ここで示す各磁気センサー１１は、接着剤１４によってシリコン基板１０へ固定されている。
【００１５】
また、方位算出用の半導体装置１６も同様に接着剤１４を用いてシリコン基板１０上の所定の位置に固定されており、配線パターン１５とコイル配線１７とワイヤー配線１８を用いて各磁気センサー１１ａ〜ｃと半導体装置１６をそれぞれ接続した構造になっている。
【００１６】
この様に、本発明の３軸磁気センサーでは、基板の同一平面上に直交するように第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂを配置し、第３の磁気センサー１１ｃを傾斜部１２に配置することで、３軸磁気センサーパッケージ全体の厚みを薄くすることができる。
つまり、従来技術では第３の磁気センサー１１ｃが他の第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂと直交して配置（９０°直立して配置）していたため、３軸磁気センサーモジュールの高さが５〜６ｍｍ必要であったが、本発明ではシリコン基板１０に形成した傾斜部１２へ第３の磁気センサー１１ｃを配置することで、従来の構成に比べ約半分の高さのモジュールとすることができる。
【００１７】
次に、本発明の３軸磁気センサーにおける方位を算出する手段について説明する。
方位の計測はＸ軸、Ｙ軸を検出するための第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂの値から算出するが、通常ＸＹ平面が地磁気に対して水平でなく傾いている場合は正確な方位が測定できなくなる。そこで第３の磁気センサー１１ｃの値を用いて傾き補正をする方法をとる。
【００１８】
そこで、センサーパッケージ全体を水平状態にした時の第３の磁気センサー１１ｃの値を予め測定しておき、方位測定時には第３の磁気センサー１１ｃの値から傾きを算出する。この値を用いて第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂの値に対して傾き補正をすることで正確な方位を測定することができる。
【００１９】
ここで用いる第３の磁気センサー１１ｃの値は、センサーパッケージ全体が水平状態時の値を水平の基準値とすればよく、Ｚ軸をＸ，Ｙ平面に対して９０°に直交して配置する必要がなくなる。
したがって、第３の磁気センサー１１ｃの傾斜角については特に限定する必要はなく、はじめにＸ軸Ｙ軸平面を水平にした時のＺ軸の値を初期値として計測しておき、方位計測時に第３の磁気センサー１１ｃの値から傾きを算出しＸ軸Ｙ軸の測定値に対して補正をかければよいことが判る。
【００２０】
次に本発明の薄型３軸磁気センサーの製造方法について図１〜３を参酌して説明する。
まず、図１に示す、軟磁性体材料にコイル配線１７を巻き付けて、磁気の検出に用いるフラックスゲート型の磁気センサー１１ａ〜ｃを作製する。軟磁性体材料は、パーマロイなどの高透磁率の材料を用いる。具体的には、ビニールなどで被覆した銅や金など材料からなり、太さが直径１０〜３０ミクロン程度のワイヤーで、前記軟磁性体材料の周囲に１００〜５００回程度巻き付けて作製すれば、微弱な磁界を十分測定できる。
【００２１】
次に、図３に示すようにセンサー全体のベース基板となるシリコン基板１０に傾斜部１２を異方性エッチングにより形成する。
【００２２】
本発明では傾斜部１２の形成方法として、シリコン材料の異方性エッチング性を利用する。結晶方位（１００）のシリコン基板１０に対してＫＯＨでエッチングを行うと、図３に示す結晶方位（１００）面のエッチング速度が速く進行するが、（１１１）面はエッチング速度が遅いため、（１１１）面が傾斜面となるような形状にエッチングが進行する。この条件では、シリコン基板１０の上面に対して５４．７°の角度で傾斜した傾斜部１２を作ることができる。
【００２３】
この傾斜部１２を有するシリコン基板１０を得るために、ここでは図示しないが、まずは結晶方位が（１００）面になっている平板状のシリコン基板の表面に絶縁膜（ＳｉＯ２）膜を形成する。この絶縁膜は、後段で説明するシリコンエッチングのマスクとして用いる。その絶縁膜上に、シリコン基板の傾斜部１２の形成箇所に開口部を有するパターン形状の感光性レジストを形成する。さらにＡｒ雰囲気中でドライエッチングを行い、開口部から露出する絶縁膜を除去した後に、表面に残っている感光性レジストを酸素雰囲気中のＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）にて除去することで、シリコンエッチングのマスクとなる絶縁膜を得る。
【００２４】
次に５０〜７０℃程度に加熱した３０％ＫＯＨ中に２〜６時間浸し、絶縁膜をマスクとして、開口部から露出するシリコン基板１０をエッチングすることで（１１１）の結晶面がエッチングされ傾斜部１２が形成される。
【００２５】
さらに、図２に示すように傾斜部１２にもＳｉＯ２膜の絶縁膜１３を形成した後、配線材料であるアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）もしくは金（Ａｕ）などを蒸着またはスパッタによりシリコン基板１０上に形成する。そして、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜１３上に配線パターン１５を形成することで、図２に示す基板形状を得る。
【００２６】
次に第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂをシリコン基板１０上の水平面の位置に、第３の磁気センサー１１ｃを傾斜部１２にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などからなる接着剤１４を用いてそれぞれ固定する。その後、１００℃から２００℃程度に加熱した炉中にて３０分から１時間放置し接着剤１４を硬化させて各磁気センサー１１ａ〜ｃを固定する。
【００２７】
さらに、各磁気センサー１１ａ〜ｃのコイル配線１７をこの配線パターン１５に溶着等で接続し、さらにワイヤーボンディング法で形成したワイヤー配線１８で配線パターン１５と半導体装置１６を接続することで、配線パターン１５を通して方位算出用の半導体装置１６に各磁気センサー１１ａ〜ｃが接続されることになる。
【００２８】
この様に各磁気センサー１１ａ〜ｃと半導体装置１６を接続すれば、半導体装置１６で計算された方位データは配線パターン１５を通して外部回路に出力される形態を取ることができる。
【００２９】
以上の説明の如く、本実施の形態においては、方位算出用の半導体装置１６を、本実施例では３軸磁気センサーパッケージ内に配置する例を示したが、この半導体装置１６は必ずしも１つのパッケージ内に収納する必要はなく、３軸磁気センサーと方位算出用の半導体装置１６は別々とした形態としても構わない。
【００３０】
また、本実施例ではシリコン基板１０の結晶面が（１００）の場合について説明したが、別の結晶方位のシリコン基板を用いてもよい。
その場合は傾斜部１２の傾斜角度が先に説明した傾斜角度（５４．７°）とは異なるが、この形態においても予めＸＹ軸を水平にしたときのＺ軸の値を計測しておき、実際の方位計測時には、その時のＺ軸の値から傾きを算出し、ＸＹ軸に対して補正することで正確な方位を計測する事ができる。
【００３１】
この様に本発明によれば、従来技術では難しかった３軸磁気センサーの薄型化が可能になり、携帯電話や情報端末などの携帯型の電子デバイスへ搭載しても筐体が厚くならずに携帯性を維持することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明においては、同一平面上に直交するようにＸ軸，Ｙ軸に則して第１，第２の磁気センサー１１ａ，ｂを配置し、第３の磁気センサー１１ｃをシリコン基板の異方性エッチングにより形成した傾斜部１２に配置する。この様に、前記同一平面から傾斜した面に第３の磁気センサー１１ｃを配置することで、センサーパッケージ全体の厚みを薄くすることができ、携帯電子デバイス等に組み込む場合にも携帯性を損なわずに本発明の３軸磁気センサーを搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における３軸磁気センサーの構造を説明するための斜視図である。
【図２】本発明における３軸磁気センサーの構造を説明するための構造断面図である。
【図３】本発明の製造工程におけるシリコン基板の異方性エッチング工程を説明するための図面である。
【図４】従来技術における３軸磁気センサーの構造を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１０  シリコン基板
１１ａ〜ｃ  磁気センサー
１２  傾斜部
１３  絶縁膜
１４    接着剤
１５  配線パターン
１６  半導体装置
１７  コイル配線
１８  ワイヤー配線
【図１】
2004271481.tif 000003
【図２】
2004271481.tif 000004
【図３】
2004271481.tif 000005
【図４】
2004271481.tif 000006