(57)【要約】【課題】簡易な構成で、はんだ付ランド部１４の密着性を維持しつつ、はんだ食われの発生を良好に防止することを可能とする。【解決手段】磁性膜１２から出力を取り出すための電極部１３のはんだ付ランド部１４に、はんだ材料に対して濡れ性の良いはんだ接続層１４ａを設けるとともに、上記はんだ接続層１４ａを、当該はんだ接続層１４ａよりも高融点で、かつ磁性膜１２またはガラス基板１１に対する高密着性を有する接合層１４ｃを介して上記ガラス基板１１上に装架したことによって、電極部１３のはんだ付ランド部１４を、高密着性を有する接合層１４ｃを介して、磁性膜１２またはガラス基板１１に良好に密着・接合させるとともに、はんだ接続層１４ａ側から発生してくるはんだ食われを接合層１４ｃによりくい止めて磁性膜１２まで至ることのないようにしたもの。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上にパターン状をなすようにして磁性膜が形成されているとともに、
その磁性膜に設けられた電極部のはんだ付ランド部に、出力を取り出すための引出線がはんだ付けにより接続された磁気抵抗素子において、
上記電極部のはんだ付ランド部が、はんだ材料に対して濡れ性の良いはんだ接続層を有しているとともに、
上記はんだ接続層は、当該はんだ接続層よりも高融点を有する接合層を介して上記磁性膜またはガラス基板上に設けられていることを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記はんだ材料として、鉛フリーのはんだ材料が採用されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記接合層が、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）またはチタン（Ｔｉ）材または白金（Ｐｔ）または鉛（Ｐｂ）により形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記はんだ接続層が、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）材により形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記鉛フリーのはんだ材料として、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含有する材料が採用されていることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記接合層が前記ガラス基板上に前記磁性膜より先に形成される場合には、当該接合層は、上記ガラス基板に対する高密着性を有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基板上にパターン状に形成された磁性膜から電極部を通して出力を取り出すようにした磁気抵抗素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁気式エンコーダやモータの回転検出等において広く用いられている磁気抵抗素子は、ニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、ニッケル−コバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）等の強磁性薄膜が、ガラス基板上に所定のパターン状をなすように形成されたものであって、上記強磁性膜から出力を取り出すための電極部が強磁性膜上に形成されている。そして、上記強磁性薄膜の電極部に設けられたはんだ付ランド部に対しては、通常、はんだ付けによってリード線等の引出線が接続されている。
【０００３】
このような磁気抵抗素子において、従来より、電極部の電気抵抗を低くしつつ剥離をしにくくし、しかも電極部のはんだ濡れ性を向上させるようにした提案が種々なされている。例えば、特許第２６８２９２８号においては、図１５（ａ）に示されているようにガラス基板１上に形成された磁性膜２に、図１５（ｂ）に示されているようなニッケル合金膜３を重ねて形成することにより電極部のはんだ付けランド部３を構成し、電極部の補強を行うとともに、図１５（ｃ）に示されているように、上記電極部のはんだ付けランド部３上に設けられたはんだバンプ４対して、図示を省略したリード線等の引出線をはんだ付けにより接続したときに、はんだ中に磁性膜が拡散していくことによる、いわゆる「はんだ食われ」が発生することがあるが、その「はんだ食われ」を低減させるための技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年になってはんだ材の「鉛フリー」化が急速に進められており、例えばＳｎ−Ｐｂなどのような従来の有鉛はんだ材からＳｎ−Ａｇ−Ｃｕなどのような鉛フリーはんだ材への切り替えが行われつつあり、それに伴って、従前のはんだ材よりもＳｎ（錫）の含有量が大幅に増大されている。そのため、上述した特許第２６８２９２８号のような補強用のニッケル合金膜を積層しても、食われを防止することが困難になってきており、信頼性に問題が生じるおそれが発生している。すなわち、磁性膜２中のＮｉ（ニッケル）等の成分が、鉛フリーはんだ材料中のＳｎ（錫）などに吸い寄せられるように拡散し易くなってしまい、依然として「はんだ食われ」が発生する状況となっていて、その結果、磁性膜２が次第に薄くなって断線に至るおそれもある。
【０００５】
なお、特開平９−１８１１２５号公報では、フリップチップに関する鉛フリー化に関してはんだ材の鉛フリー化を行うべく、下地に高融点金属を成膜した後にＮｉ合金膜を成膜している。しかしながら、この技術を磁気センサに適用したとしても、上述したと同様な「はんだ食われ」が発生することが予想される。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解消し、簡易な構成で、はんだ付ランド部の密着性および接合性を改善しつつ、はんだ食われの発生を良好に防止することができるようにした磁気抵抗素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる磁気抵抗素子では、磁性膜から出力を取り出すための電極部のはんだ付ランド部が、はんだ材料に対して濡れ性の良いはんだ接続層を有しているとともに、上記はんだ接続層は、当該はんだ接続層よりも高融点を有する接合層を介して上記磁性膜またはガラス基板上に設けられている。
このような構成を有する請求項１にかかる磁気抵抗素子によれば、電極部のはんだ付ランド部が、高密着性を有する接合層を介して磁性膜またはガラス基板に良好に対して良好に密着・接合されるとともに、はんだ接続層側から発生してくるはんだ食われが接合層によりくい止められることとなり、磁性膜まで至ることのないようになっている。
【０００８】
また、本発明の請求項２にかかる磁気抵抗素子では、上記請求項１におけるはんだ材料として鉛フリーのはんだ材料が採用されており、このような構成を有する請求項２にかかる磁気抵抗素子のように、本願発明は、鉛フリーの要請に基づいて鉛フリー化された鉛フリーはんだ材を用いる場合において特に有用なものとなる。
【０００９】
さらに、本発明の請求項３にかかる磁気抵抗素子では、上記請求項１における接合層が、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）またはチタン（Ｔｉ）材または白金（Ｐｔ）または鉛（Ｐｂ）により形成されていて、このような構成を有する請求項３にかかる磁気抵抗素子によれば、接合層が容易に選択・入手され、生産性が向上されるようになっている。
【００１０】
さらにまた、本発明の請求項４にかかる磁気抵抗素子では、上記請求項１における、はんだ接続層が、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）材により形成されており、このような構成を有する請求項４にかかる磁気抵抗素子によれば、はんだ接続層が容易に選択・入手され、生産性が向上させるようになっている。
【００１１】
また、本発明の請求項５にかかる磁気抵抗素子では、上記請求項２における鉛フリーのはんだ材料として、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含有するものが採用されていて、このような材質の鉛フリーはんだ材料に対して、特に銅（Ｃｕ）などの材料からなる、はんだ接続層を採用することによって極めて良好な接合性が得られる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項６にかかる磁気抵抗素子では、上記請求項１における接合層がガラス基板上に前記磁性膜より先に形成される場合には、当該接合層は、上記ガラス基板に対する高密着性を有する材料から形成される。そして、このような構成を有する請求項６にかかる磁気抵抗素子によれば、接合層の形成が良好に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２に示された実施形態における磁気抵抗素子のガラス基板１１上には、センサ部としてＮｉ−Ｃｏ等の強磁性体からなる磁性膜１２が、ミアンダ形状をなすようにして形成されており、その磁性膜１２の両端部分に形成された電極部１３，１３上には、図示を省略したリード線等の引出線をはんだ付けするはんだ付ランド部１４，１４がそれぞれ設けられている。
【００１４】
上記磁性膜１２は、後述するようにガラス基板１１上に、フォトリソ工法を用いてレジストパターンを形成し、それをマスクにしてエッチングすることにより所望のパターン状に形成されるが、当該磁性膜１２の上には図示を省略した保護膜が形成されている。この保護膜は、メタルマスクを用いて、上記電極部１３，１３の上に窓孔が形成されるように形成され、その窓孔から電極部１３，１３の一部が露出するように形成される。
【００１５】
上述した各電極部１３のはんだ付ランド部１４には、図示を省略した引出線の接続に用いる鉛フリーのはんだ材料に対して、濡れ性の良いはんだ接続層１４ａが設けられている。そのはんだ接続層１４ａは、接合層１４ｃを介して上記ガラス基板１１上に設けられており、そのはんだ接続層１４ａに対して、図２に示されているように、鉛フリーのはんだ材料からなる、はんだバンプ１４ｂが形成される。このはんだバンプ１４ｂは、後述するように、例えば鉛フリーはんだ材の印刷後にリフローすることによって形成される。
【００１６】
そして、そのはんだバンプ１４ｂに対しては、図示を省略したリード線等からなる引出線が接続される。
【００１７】
このとき、本実施形態における上記はんだ接続層１４ａには、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）材が採用されている。このはんだ接続層１４ａは、後述するように、前記磁性膜１２の成膜後または成膜前のいずれかの段階において、次に述べる接合層１４ｃに連続して形成され、前記磁性膜１２の各電極部１３に相当する部分にのみ成膜されるようにマスクを当てて、真空蒸着装置またはスパッタリング装置を用いて成膜が行われる。この点についても後述する。
【００１８】
そのときの膜厚としては、上述した磁性膜１２の膜厚が３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度に設定されているのに対して、上記はんだ接続層１４ａの膜厚は１００ｎｍ前後となるように設定されている。
【００１９】
また、上記はんだ接続層１４ａが形成された接合層１４ｃとしては、はんだ接続層１４ａよりも高融点を有する材料が用いられている。より具体的には、本実施形態における接合層１４ｃとして、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）またはチタン（Ｔｉ）材または白金（Ｐｔ）または鉛（Ｐｂ）などが採用されている。
【００２０】
このような接合層１４ｃは、上述した磁性膜１２の成膜後または成膜前のいずれかの段階において形成され、前記磁性膜１２の電極部１３，１３に相当する部分にのみ成膜されるようにマスクを当て、真空蒸着装置またはスパッタリング装置を用いて成膜される。このときの上記接合層１４ｃの膜厚は、上記磁性膜１２の膜厚（３０ｎｍ〜１００ｎｍ）よりも薄い１０〜２０ｎｍ前後に設定されている。
【００２１】
このように本実施形態によれば、上記各電極部１３のはんだ付ランド部１４が、高密着性を有する接合層１４ｃを介して、上記ガラス基板１１上の磁性膜１２に対して良好に密着・接合される。また、はんだ接続層１４ａ側から発生してくる「はんだ食われ」が接合層１４ｃによりくい止められるようになっている。
【００２２】
すなわち、上述したような接合層１４ｃを形成することなく磁性膜１２の電極部１３に対して直接、または従来のようなニッケル層を介して引出線を「鉛フリー」のはんだ付けを行うとすれば、従来技術の問題点として説明したとおり、磁性膜１２に対する、はんだ接続層１４ａの密着性および接合性が低下するとともに、「はんだ食われ」がなおも発生するおそれがある。これに対して、磁性膜１２の電極部１３に接合層１４ｃを形成し、その上層として設けられた、はんだ接続層１４ａに引出線をはんだ付けを行うようにした上記実施形態によれば、磁性膜１２に対する密着・接合性が向上されるとともに、はんだ、特にその組成をなすＳｎ（錫）に対して磁性膜１２の成分が拡散する「はんだ食われ」が、上記接合層１４ｃの範囲にとどまることとなって進行が抑えられる。その結果、電極部１３の剥離が防止され、磁性膜１２における従来のような断線のおそれが防止されるようになっている。
【００２３】
このとき、上述した実施形態では、はんだ材料として鉛フリーのはんだ材料が採用されており、このような鉛フリーの要請に基づいて鉛フリー化されたはんだ材を用いる場合において、本発明は特に有用である。
【００２４】
さらに上述した本実施形態では、接合層１４ｃが、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）またはチタン（Ｔｉ）材または白金（Ｐｔ）または鉛（Ｐｂ）により形成されているとともに、はんだ接続層１４ａが、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）材により形成されていることから、接合層１４ｃおよび、はんだ接続層１４ａが、容易に選択・入手され、生産性が向上されるようになっている。
【００２５】
加えて、上述した実施形態では、鉛フリーのはんだ材料として、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含有するものが採用されていて、こような材質の鉛フリーはんだ材料に対して、特に銅（Ｃｕ）などの材料からなる、はんだ接続層１４ａを採用することによって極めて良好な接合性が得られる。
【００２６】
ここで、上述した実施形態における磁気抵抗素子の製造工程を概略的に説明しておく。
まず図３に示されているように、上述したガラス基板１１上に、磁性膜１２が全面蒸着され、その後、その磁性膜１２の上から、図４および図５に示されているようなメタルマスク２１を用いて、上述したような接合層１４ｃおよび接合層１４ａが、同一の蒸着機の中で連続的にマスク蒸着される。
【００２７】
次いで図６に示されているように、フォトリソ工法を用いてレジストパターン２２が、ミアンダ形状をなすように形成され、そのレジストパターン２２をマスクとして、図７に示されているようなドライエッチングによって上記磁性膜１２がミアンダ形状に形成される。さらに図８に示されているように、上述したレジストパターン２２が、剥離液等により剥離された後、その状態で、図９に示されているような、はんだマスク２３を用いた、はんだ印刷が行われる。これによって、図１０に示されているような、はんだバンプ１４ｂがペースト状にて形成され、それをリフローすることによって形成工程を完了する。
【００２８】
このとき、上述した接合層１４ｃが、磁性膜１２よりも先にガラス基板１１上に形成される場合には、当該接合層１４ｃとして、上記ガラス基板１１に対して高密着性を有する材料が用いられる。このようにすれば、接合層１４ｃの形成が良好に行われる。
【００２９】
すなわち、この場合には、まず図１１および図１２に示されているように、ガラス基板１１上に、メタルマスク２１および２２を用いて、接合層１４ｃおよび接合層１４ａが同一の蒸着機の中で連続的にマスク蒸着され、その後に、図１３に示されているように磁性膜１２が全面蒸着される。その後の工程は、上述した図６ないし図１０に示された工程と略同一が施される。
【００３０】
なお、上述した各実施形態における磁気抵抗素子の等価回路を、図５に基づいて説明しておくと、図１４において、抵抗Ｒ１，Ｒ２は本来の磁気検出に寄与する磁性膜の抵抗、ｒ１，ｒ２は電極部３の抵抗を示している。これらの抵抗は、Ｒ１，ｒ１，Ｒ２，ｒ２の順に直列に接続された形になっていて、抵抗ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点である中点から信号が取り出されるようになっている。このような等価回路で表される磁気抵抗素子の磁気抵抗効果の効率ηは、
η＝（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋ｒ１＋Ｒ２＋ｒ２）
となる。
【００３１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１にかかる磁気抵抗素子は、磁性膜から出力を取り出すための電極部のはんだ付ランド部に、はんだ材料に対して濡れ性の良いはんだ接続層を設けるとともに、上記はんだ接続層を、当該はんだ接続層よりも高融点で、かつガラス基板に対する高密着性を有する接合層を介して、上記磁性膜またはガラス基板上に設けたことによって、電極部のはんだ付ランド部を、高密着性を有する接合層を介して磁性膜またはガラス基板に良好に密着・接合させるとともに、はんだ接続層側から発生してくるはんだ食われを接合層によりくい止めて磁性膜まで至ることのないようにしたものであるから、簡易な構成で、はんだ付ランド部の密着性を維持しつつ、はんだ食われの発生を良好に防止することができ、磁気抵抗素子の有用性を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の請求項２にかかる磁気抵抗素子は、上記請求項１におけるはんだ材料として鉛フリーのはんだ材料を採用し、鉛フリーの要請に基づいて鉛フリー化された鉛フリーはんだ材を用いる場合において特に有用としたものであるから、上述した効果に加えて鉛フリーはんだ材を良好に用いることができる。
【００３４】
さらに、本発明の請求項３にかかる磁気抵抗素子は、上記請求項１における接合層を、クロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）またはチタン（Ｔｉ）材または白金（Ｐｔ）または鉛（Ｐｂ）により形成し、さらにまた本発明の請求項４にかかる磁気抵抗素子は、上記請求項１における、はんだ接続層を、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）材により形成したことによって、はんだ接続層を容易に選択・入手可能としたものであるから、上述した効果に加えて、生産性の向上を図ることができる。
【００３５】
さらにまた、本発明の請求項５にかかる磁気抵抗素子は、上記請求項２における鉛フリーのはんだ材料として、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含有するものを採しており、こような材質の鉛フリーはんだ材料に対して特に銅（Ｃｕ）などの材料からなる、はんだ接続層を採用することによって、極めて良好な接合性を得るように構成したものであるから、上述した効果を更に向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の請求項６にかかる磁気抵抗素子は、上記請求項１における接合層が磁性膜より先に形成される場合に、当該接合層をガラス基板に対する高密着性を有する材料から形成し、接合層を良好に形成可能としたものであるから、上述した効果に加えて、生産性および製品の品質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における磁気抵抗素子の概略構造を表した平面説明図である。
【図２】図１に表した磁気抵抗素子の概略構造を表した縦断面説明図である。
【図３】図１および図２に表した磁気抵抗素子の磁性膜の全面蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図４】図３の後におけるマスク蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図５】図４の後における更なるマスク蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図６】図５の後におけるフォトリソ工程を表した縦断面説明図である。
【図７】図６の後におけるドライエッチング工程を表した縦断面説明図である。
【図８】図７の後におけるレジスト剥離工程を表した縦断面説明図である。
【図９】図８の後における、はんだ印刷工程を表した縦断面説明図である。
【図１０】図９の直後における、はんだ印刷状態を表した縦断面説明図である。
【図１１】ガラス基板に対して接合層を先に成形する場合の蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図１２】図１１の後における、はんだ接続層の蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図１３】図１２の後における磁性膜の全面蒸着工程を表した縦断面説明図である。
【図１４】図１に表した磁気抵抗素子における等価回路を表した回路説明図である。
【図１５】従来における磁気抵抗素子の概略構造を表した平面説明図である。
【符号の説明】
１１  ガラス基板
１２  磁性膜
１３  電極部
１４  はんだ付ランド部
１４ａ  はんだ接続層
１４ｃ  接合層
１４ｂ  はんだバンプ
２１  メタルマスク
２２  レジストパターン
２３  はんだマスク２３
【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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