(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を検出する磁界検出素子と、当該磁界検出素子からの出力信号を出力する出力端子と、を有する磁界検出チップと、
前記磁界検出チップを搭載すると共に、この磁界検出チップの搭載面に形成された当該磁界検出チップの前記出力端子に接続される接続端子を有する基板と、
を備えた磁気センサであって、
前記磁界検出チップの出力端子形成面に前記磁界検出素子が形成されており、前記出力端子形成面が前記基板の前記搭載面に対してほぼ垂直に配置されると共に、
前記出力端子と前記接続端子とが近接して位置し、当該出力端子と当該接続端子とがボールボンディングにて接続され、前記磁界検出チップが前記基板に当接して搭載されており、
磁気抵抗効果素子である複数の前記磁界検出素子を接続してブリッジ回路を形成して備え、当該ブリッジ回路の差動電圧を検出する差動電圧検出手段を備え、
磁化固定方向が同一の２つの前記磁界検出素子が同一面に形成された前記磁界検出チップを２つ、基板に搭載すると共に、当該２つの磁界検出チップの前記磁界検出素子の形成面が、当該形成面に沿って互いに１８０度回転した向きとなり、かつ、相互に反対方向を向いて、前記２つの磁界検出チップが前記基板に搭載されており、当該２つの前記磁界検出チップに形成された４つの前記磁界検出素子にて前記ブリッジ回路を形成する、
ことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁界検出素子は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子である、
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２つの磁界検出チップが直線状に配置されるよう、当該磁界検出チップが基板に搭載されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記ブリッジ回路を形成する前記複数の磁界検出素子が同一平面上に位置するよう、前記磁界検出チップが基板に搭載されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記ブリッジ回路を形成する前記複数の磁界検出素子は、当該磁界検出素子が複数積層形成される同一の基体上に形成されたものである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記ブリッジ回路を形成する前記複数の磁界検出素子は、当該磁界検出素子が複数積層形成される同一の基体上に相互に近接して形成されたものである、
ことを特徴とする請求項５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、磁界の変化を検出可能な磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、計測装置として、磁界の変化を検出可能な磁気センサが開発されており、例えば、磁気エンコーダ、開閉スイッチ、方位センサなど、種々の用途に用いられている。このような磁気センサの一例が下記特許文献１，２に開示されており、かかる特許文献に記載の磁気センサは、磁界の変化を検出する素子としてＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を用いている。なお、ＧＭＲ素子は、入力される磁気に応じて出力される抵抗値が変化する素子であり、この出力される抵抗値に基づいて、検出された磁界の変化を計測することができる。
【０００３】
そして、ＧＭＲ素子を用いた磁気センサの具体的な構成の一例としては、まず、基板上に４つのＧＭＲ素子を配置し、ブリッジ回路を構成する。そして、ブリッジ回路の差動電圧を検出することで、検出対象となる磁界が変化することに伴うＧＭＲ素子の抵抗値の変化を検出する。これにより、磁界の変化に高感度なセンサを構成することができる。
【０００４】
ここで、上述した従来例における磁気センサの構成例を、図１７乃至図２３を参照して説明する。まず、図１７（ａ）にＧＭＲチップ５０１を示す。この図に示すように、ＧＭＲチップ５０１の一面（図１７（ａ）では上面）には、ＧＭＲ素子５１１、及び、このＧＭＲ素子５１１からの出力信号が出力される一対の出力端子５１２が、積層形成されている。そして、このＧＭＲチップ５０１が、ＧＭＲ素子５１１が形成された面を上方に向けて基板上に搭載され、その上面側が樹脂などの絶縁性部材５０４にて封止されることでパッケージ化され、図１７（ｂ）に示すような磁気センサ５１０が構成される。なお、この図に示すように、ＧＭＲチップ５０１のＧＭＲ素子５１１面が上方を向いて装備されているため、符号５４１にて示したＧＭＲチップ５０１の上面に平行な方向、換言すると、側面に対して垂直な方向の磁界に対して検出感度を有する。具体的には、図１８に示すように、ＧＭＲチップ５０１の上面に平行な磁界Ａが矢印Ｙ方向に変化することで、ＧＭＲ素子の抵抗値の出力が正弦波形に変化し、これによって磁界の変化を検出することができる。
【０００５】
次に、上述したような従来例における磁気センサの製造方法の一例を説明する。ここで説明する磁気センサは、図１９（ａ）に示すように、基板５０２と、ＧＭＲチップ５０１と、オペアンプ５０５と、を備えて構成されるものとする。まず、図１９（ｂ）に示すように、基板５０２上に、各チップ、つまり、オペアンプ５０５とＧＭＲチップ５０１が配置される。このとき、ＧＭＲチップ５０１は、ＧＭＲ素子面及び出力端子が上方を向いて、つまり、基板の載置面と平行に同一方向を向いて配置される。続いて、図２０（ａ）に示すように、ＧＭＲチップ５０１の上面側に形成された出力端子と、基板５０２上に形成された接続端子とをワイヤーボンディングにて接続する。同時に、オペアンプ５０５の上面側に形成された端子と、基板５０２上の接続端子とをワイヤーボンディングにて接続する。このワイヤーボンディングされた基板５０２を上方から見た図を、図２０（ｂ）に示す。その後、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、基板５０２の上面側に樹脂などの絶縁性部材５０４が配置され、磁気センサとしてパッケージ化される。ここで、図２２に、基板５０２上にＧＭＲチップ５０１を搭載し、ワイヤーボンディングにて接続したときの構成の簡略図を示す。具体的に、図２２（ａ）は上方から見た図を示し、図２２（ｂ）は側方から見た図を示す。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６８６６号公報
【特許文献２】特開２００６−９８０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記構成の磁気センサでは、図２２に示すように、ＧＭＲチップ５０１に形成された出力端子５１２と、基板５０２上に形成された接続端子５２１とをワイヤーボンディングにて接続しなければならないため、ワイヤー５１３のスペースが必要となり、磁気センサ自体の小型化ができない、という問題が生じうる。具体的には、図２２（ａ）に示すように、ＧＭＲチップ５０１と基板５０２上の接続端子５２１との間に、ワイヤー分の距離ｄを設ける必要があり、また、図２２（ｂ）に示すように、ＧＭＲチップ５０１の上面よりも高い位置にワイヤー５１３が位置することとなる。つまり、ＧＭＲチップ５０１を搭載したときの高さｈや搭載面積を小さくすることができず、磁気センサの小型化が困難である、という問題があった。また、図２３に示すように、ＧＭＲチップ５０１の出力端子を基板５０２に対向させ、当該接続端子と基板５０２上の接続端子５２１との間に金ボール５０３を介挿して接続するＧＧＩ方式があるが、この場合にも金ボール５０３分の高さだけ磁気センサが高く形成されることとなり（符号ｈ’）、依然として磁気センサの小型化を図ることができない、という問題があった。
【０００８】
このため、本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、小型化、及び、製造の効率化による低コスト化を図ることができる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】
【０００９】
そこで、本発明の一形態である磁気センサは、
磁界を検出する磁界検出素子と、当該磁界検出素子からの出力信号を出力する出力端子と、を有する磁界検出チップと、
磁界検出チップを搭載すると共に、この磁界検出チップの搭載面に形成された当該磁界検出チップの出力端子に接続される接続端子を有する基板と、
を備えた磁気センサであって、
磁界検出チップの出力端子形成面が前記基板の前記搭載面に対して平行とならないよう配置されて、磁界検出チップが前記基板に搭載されている、
という構成を採っている。
【００１０】
上記発明によると、磁気センサは、基板に磁界検出素子を有する磁界検出チップが搭載されて構成されており、特に、磁界検出チップの出力端子の形成面が、基板の搭載面に対して平行ではなく位置して搭載されている。これにより、磁界検出チップの出力端子が、基板に磁界検出チップを積み重ねた状態の磁気センサの高さ方向に向いて配置されないこととなる。従って、磁界検出チップの出力端子と基板の接続端子とを接続した際に、出力端子部分における接続部が磁気センサの高さ方向に形成されずに済み、当該センサの高さを抑制することができ、小型化を図ることができる。
【００１１】
そして、上記構成に加え、さらに、磁界検出チップの出力端子形成面を基板の搭載面に対してほぼ垂直に、つまり、磁界検出チップの側面側に出力端子が位置するよう配置することで、相互に接続される出力端子と基板の接続端子との距離が近くなり、接続の容易化を図ることができ、製造の簡略化、低コスト化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明では、上記磁界検出チップは、当該磁界検出チップの出力端子形成面に磁界検出素子が形成されている、という構成を採っている。これにより、磁界検出素子と出力端子とを磁界検出チップの所定の一面にのみ積層形成することで、当該磁界検出チップを構成することができる。そして、かかる構成であっても、磁界検出素子の形成面に平行な磁界を検出することができ、磁気センサとして機能しうる。従って、磁気センサの製造の容易化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明では、上記磁界検出チップが、基板に当接して搭載されている、という構成を採っている。このとき、出力端子と接続端子とが近接して位置するよう、磁界検出チップが基板に搭載されている、という構成を採っている。さらに、本発明では、出力端子と接続端子とがボールボンディングにて接続されている、という構成を採っている。これにより、磁界検出チップの一面が基板に当接して載置された状態となり、安定して搭載できると共に、磁界検出チップと基板とをより近く配置できる。従って、出力端子と接続端子との距離がより近くに位置するため、これらの接続が容易となる。特に、金ボールや半田ボールなどを用いたボールボンディングにて接続することができ、さらに磁気センサの製造が容易となり、製造コストの削減をも図ることができる。
【００１４】
また、本発明では、磁界検出素子は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子である、という構成を採っている。これにより、磁界の向きの変化を高精度に検出することができる磁気センサを構成することができる。
【００１５】
また、本発明では、磁気抵抗効果素子である複数の磁界検出素子を接続してブリッジ回路を形成して備え、当該ブリッジ回路の差動電圧を検出する差動電圧検出手段を備えた、という構成を採っている。このとき、本発明では、ブリッジ回路を形成する磁界検出素子を有する複数の磁界検出チップが直線状に配置されるよう、当該磁界検出チップが基板に搭載されている、という構成を採っている。また、本発明では、ブリッジ回路を形成する複数の磁界検出素子が同一平面上に位置するよう、磁界検出チップが基板に搭載されている、という構成を採っている。さらに、本発明では、ブリッジ回路にて差動電圧を検出すべく対となって接続された各磁界検出素子の形成面が、当該形成面に沿って互いに１８０度回転した向きとなるよう、磁界検出チップが基板に搭載されている、という構成を採っている。このとき、さらに、ブリッジ回路にて差動電圧を検出すべく対となって接続された各磁界検出素子の形成面が、相互に反対方向を向いて、磁界検出チップが基板に搭載されている、という構成を採っている。
【００１６】
これにより、磁界の変化に応じて変化する磁界検出素子の抵抗値をブリッジ回路の差動電圧から検出することができ、より高精度に磁界の変化を検出することができる。また、差動電圧を検出すべく直列あるいは並列に接続された対となる磁界検出素子の一方の形成面を、他方に対して１８０度回転し、さらに、一方の形成面を他方に対して表裏が反対になるようひっくり返して配置することで、各素子の製造時に生じうる磁化固定方向つまりピン層の磁化方向のずれを相互に打ち消すことができ、かかるずれの影響を排除して高精度に磁界の変化を検出することが可能となる。そして、このような配置であっても、基板の一方面上に隣りあわせでＧＭＲチップを配置することができるため、センサの省スペース化を図ることができる。また、磁界検出素子の素子形成面を同一平面上に位置させることで、各素子がほぼ同一条件にて磁界の変化を検出することができ、検出精度の向上を図ることができる。さらに、上記複数の磁界検出素子を、製造時に当該磁界検出素子が複数積層形成される同一の基体に形成されたもの、さらには、当該基体上に近接して位置して形成されたものを用いることで、各素子において製造過程に生じるピン磁界の向きのずれの差が少なく、さらなる検出精度の向上を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の他の形態である磁気センサ製造方法は、
基体上に、磁界を検出する磁界検出素子と当該磁界検出素子からの出力信号を出力する出力端子とを積層形成すると共に、磁界検出素子及び出力端子を有する磁界検出チップを基体から切り出す磁界検出チップ製造工程と、
磁界検出チップを基板上の接続端子が形成された搭載面に搭載して、出力端子と接続端子とを電気的に接続する磁界検出チップ搭載工程と、
磁界検出チップが搭載された基板の搭載面側を絶縁性部材にて覆うパッケージ工程と、
を有する磁気センサ製造方法であって、
磁界検出チップ搭載工程は、磁界検出チップの出力端子形成面を基板の搭載面に対して平行とならないよう配置させて、磁界検出チップを基板に搭載する、
という構成を採っている。
【００１８】
また、本発明では、上記磁界検出チップ搭載工程は、磁界検出チップの出力端子形成面を基板の搭載面に対してほぼ垂直に配置させて、磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。さらに、磁界検出チップ搭載工程は、出力端子と接続端子とを近接して位置させて、磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。このとき、磁界検出チップ搭載工程は、出力端子と接続端子とをボールボンディングにて接続する、という構成を採っている。
【００１９】
また、本発明では、上記磁界検出チップ搭載工程は、磁気抵抗効果素子である複数の磁界検出素子を接続して、差動電圧を検出可能なブリッジ回路を形成する、という構成を採っている。このとき、上記磁界検出チップ搭載工程は、ブリッジ回路を形成する磁界検出素子を有する複数の磁界検出チップが直線状に配置されるよう、当該磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。また、上記磁界検出チップ搭載工程は、ブリッジ回路を形成する複数の磁界検出素子が同一平面上に位置するよう、磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。さらに、上記磁界検出チップ搭載工程は、ブリッジ回路にて差動電圧を検出すべく対となって接続される各磁界検出素子の形成面が、当該形成面に沿って互いに１８０度回転した向きとなるよう、磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。また、磁界検出チップ搭載工程は、ブリッジ回路にて差動電圧を検出すべく対となって接続される各磁界検出素子の形成面が、相互に反対方向を向くよう、磁界検出チップを基板に搭載する、という構成を採っている。このとき、特に、上記磁界検出チップ搭載工程は、磁界検出チップ製造工程にて同一の前記基体上に形成された複数の磁界検出素子を用いて、さらには、同一の基体上に近接して形成された複数の磁界検出素子を用いて、ブリッジ回路を形成する、という構成を採っている。
【００２０】
上述した製造方法にて磁気センサを製造することで、上記同様に、小型化、低コスト化を図ることができる磁気センサを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、磁界検出チップの出力端子が、基板に磁界検出チップを搭載した状態の磁気センサの高さ方向に向いて配置されずに、磁気センサを製造することができる。従って、磁界検出チップの出力端子と基板の接続端子とを接続した際に、出力端子部分における接続部が磁気センサの高さ方向に位置されずに済み、当該センサの高さを抑制することができる。また、磁界検出チップと基板との間で接続する端子間の距離を近くすることができるため、搭載面積も縮小できると共に、接続の容易化を図ることができる。以上より、本発明によると、磁気センサ自体の小型化を図ることができると共に、製造の簡略化及び効率化による製品の低コスト化を図ることができる、という従来にない優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の磁気センサは、基板上に搭載する磁界検出チップの端子面を、基板の搭載面と平行ではなく、例えば、ほぼ垂直に配置することに特徴を有する。以下、磁気センサの具体的な構成を実施例にて説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の第１の実施例を、図１乃至図４を参照して説明する。図１及び図２は、実施例１における磁気センサの構成の概略を示す図であり、図３は、磁気センサの使用時の様子を示す図である。図４は、ＧＭＲチップの向きを説明するための説明図である。
【００２４】
まず、本実施例における磁気センサは、磁界の変化を検出する素子として、入力される磁界の向きに応じて出力される抵抗値が変化するスピンバルブ型のＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を用いたＧＭＲチップ１（磁界検出チップ）を備えている。具体的に、ＧＭＲチップ１は、図１に示すように、略直方体形状であり、その一面に、所定の方向の磁界を検出可能なよう所定方向に磁化固定されたＧＭＲ素子１１と、このＧＭＲ素子１１から出力される出力信号である抵抗値を出力する１対の出力端子１２と、が形成されている。なお、図１に示す例では、１つのＧＭＲチップ１にＧＭＲ素子１１及び対となる出力端子１２が２組形成されているが、１組のＧＭＲ素子１１及び対となる出力端子１２が１つのＧＭＲチップ１に形成されていてもよく、３組以上のＧＭＲ素子１１及び対となる出力端子１２が１つのＧＭＲチップ１に形成されていてもよい。また、図１に示す例では、上述したＧＭＲチップ１が２つ並んで設けられているが、後述するように基板２上に搭載されるＧＭＲチップ１の数はこれに限定されない。
【００２５】
そして、上記ＧＭＲチップ１が基板２に搭載されることで、磁気センサが構成される。このＧＭＲチップ１が搭載される基板２は、当該ＧＭＲチップ１の搭載面に、上述したＧＭＲチップ１に形成された出力端子１２と接続される接続端子２１が、当該出力端子１２の数と同数、及び、各出力端子１２の配置に対応して形成されている。例えば、図１の例では、８つの接続端子が直線状に形成されている。
【００２６】
ここで、基板２に搭載する際のＧＭＲチップ１の向きについて説明する。図１に示すように、ＧＭＲチップ１は、出力端子１２及びＧＭＲ素子１１の形成面が、基板２の搭載面とほぼ垂直になる向きで、当該基板２上に配置される。このとき、ＧＭＲチップ１の各出力端子１２が、基板２上に形成された各接続端子２１にそれぞれ対応して、相互に近接して位置するよう配置される。これにより、図２（ｂ）の側方から見た図に示すように、ＧＭＲチップ１１の出力端子１２と、基板２の接続端子２１とが、若干の隙間を空けているが、ほぼ直角に位置するようになる。そして、相互に近接して配置されたＧＭＲチップ１の出力端子１２と基板２上に形成された接続端子２１とは、それらの間に配置される半田ボール３にて、物理的及び電気的に接続される。
【００２７】
なお、このとき、ＧＭＲチップ１の一面、つまり、ＧＭＲ素子形成面と隣り合う一面が、基板２の搭載面に当接した状態で、当該搭載面にＧＭＲチップ１が載置される。これにより、ＧＭＲチップ１を基板２上に安定して搭載することができ、また、ＧＭＲチップ１と基板２とをより近くして配置できることから、上述したように、ほぼ直角に位置するＧＭＲチップ１１の出力端子１２と基板２の接続端子２１との距離もより近接して位置することとなる。従って、これらの接続が容易となり、また、金ボールや半田ボールなどを用いたボールボンディングにて接続することも可能であるため、後述するように、磁気センサの小型化を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施例における磁気センサは、上述したように、ＧＭＲ素子１１が形成されたＧＭＲ素子形成面１１ａが、基板２のＧＭＲチップ１搭載面に対してほぼ垂直に配置されるため、当該基板２の搭載面に垂直な方向の磁界を検出可能となる。従って、磁気センサを使用する際には、図３（ａ）に示すように、ＧＭＲ素子形成面１１ａが垂直に位置する基板２の載置面に対向して磁石７を配置し、当該磁石７による磁力線（矢印Ａ）がＧＭＲ素子形成面１１ａに平行となるよう配置することで、この磁力線の向きの変化を検出可能な磁気センサとして利用可能となる。具体的に、磁気センサは、図３（ｂ）に示すように、基板２に搭載されたＧＭＲチップ１を覆うよう、当該基板２の搭載面上を樹脂などの絶縁性部材４にて封止してパッケージ化することで構成される。この場合には、ＧＭＲチップ１が側面を向いて配置されるため、図３（ｂ）の符号４１に示す側面に平行な方向（矢印Ａ参照）の磁界に対して、検出感度を有することとなる。
【００２９】
さらに、図４を参照して、ＧＭＲチップの検出向きについて説明する。図４に示すＸＹＺ空間では、ＸＹ平面に沿って基板が配置されていることとし、この基板上に上記本実施例におけるＧＭＲチップ１及び上述した従来例におけるＧＭＲチップ５０１が配置された状態を示す。すると、従来例におけるＧＭＲチップ５０１は素子面がＸＹ平面に平行であるため、当該ＸＹ平面に沿った磁界の向きを検出可能であるのに対し、本実施例のＧＭＲチップ１は素子面がＸＺ平面に平行であるため、当該ＸＺ平面に沿った磁界の向きを検出可能である。
【００３０】
以上のように、本実施例における磁気センサは、基板２の搭載面に対して垂直に位置するＧＭＲチップ１の側面側に、当該ＧＭＲチップ１と基板２との接続部を構成する半田ボール３が位置することとなる。従って、図２（ｂ）に示すように、ＧＭＲチップ１の高さ方向に接続に必要な他の要素（半田ボールやワイヤーなど）が配置されないこととなり、基板２からの高さＨを抑制することができる。また、図２（ａ）に示すように、ＧＭＲチップ１の出力端子１２と基板２の接続端子２１との距離Ｄも近くできるため、ＧＭＲチップ１の搭載に必要な面積も小さくすることができる。ここで、図２２乃至図２３を参照して説明した従来例の磁気センサと比較すると、図２２（ｂ）、図２３に示すように、従来例では、接続に用いたワイヤーボンディングによるワイヤー５１３や金ボール５０３のため、基板５０２からの高さがＧＭＲチップ５０１の高さ以上になってしまうが（符号ｈ，ｈ’）、本実施例では、ＧＭＲチップ１の厚さＨを超えることがない。また、図２２（ａ）に示すように、従来例では、ワイヤー５１３のスペースを確保するためＧＭＲチップ５０１と基板５０２上の接続端子５１２との距離ｄを所定の距離まで離して配置する必要があったが、本実施例では、各端子１２，２１を近接配置させることができる。以上より、磁気センサの小型化を図ることができる。
【００３１】
また、上述したように、ＧＭＲチップ１の出力端子１２の形成面を基板２に対して垂直に配置したことで、出力端子１２と接続端子２１との距離をより近接させて配置させることができ、半田ボール３による接続を実現できる。なお、接続は半田ボール３を用いたボールボンディングに限定されず、金ボールを用いたボールボンディングであってもよい。また、接続方法も、ボールボンディングに限定されず、他の手法にて接続されてもよい。そして、いかなる接続方法を用いた場合であっても、接続対象となる各端子１２，２１間が近接しているため、接続作業が容易となり、また、接続状態も安定しうる。その結果、磁気センサの製造が容易となり、構造効率が高まり、製造コストの削減をも図ることができる。
【００３２】
ここで、本実施例では、基板２上に搭載されるＧＭＲチップ１を、その出力端子形成面１１ａが基板２に対してほぼ垂直になるよう配置する場合を例示したが、必ずしも垂直には配置されることに限定されない。基板２とＧＭＲチップ１の出力端子形成面とが成す角は、ほぼ垂直つまり９０度前後が望ましいが、０度から１８０度の間であってもよい。例えば、ＧＭＲチップ１の出力端子形成面１１ａが所定の傾斜を有して形成されていて、基板２と鈍角、あるいは、鋭角を成して配置され、かかる状態で出力端子１２と接続端子２１とが半田ボールなどで接続されてもよい。換言すると、ＧＭＲチップ１の出力端子１２の形成面が、基板２のＧＭＲチップ１の搭載面に平行ではなく、基板２にＧＭＲチップ１を搭載した状態における磁気センサの高さ方向に向かずに配置されることで、各端子１２，２１を接続するボールボンディングやワイヤーボンディングなどの接続手段が、磁気センサの高さ方向に突出しなければよい。
【００３３】
また、上記では、ＧＭＲチップ１の同一面にＧＭＲ素子１１及び対となる出力端子１２が形成されている場合を例示したが、それぞれが別々の面に形成されていてもよい。かかる場合であっても、出力端子１２の形成面が、ＧＭＲチップ１の側面、つまり、基板２に搭載された際に搭載面とほぼ垂直に位置するよう基板２に配置することで、上述したように、接続が容易となると共に、省スペース化を図ることができる。但し、ＧＭＲ素子１１と出力端子１２とは、通常、ＧＭＲチップ１の所定の一面にのみに対して積層形成するため、これらを同一面に形成した方が、ＧＭＲチップ１自体及び磁気センサの製造が容易となるため、望ましい。
【００３４】
ここで、本実施例では、検出対象である磁界を検出するＧＭＲチップ１（磁界検出チップ）に搭載される磁界検出素子として、スピンバルブ型のＧＭＲ素子を用いる場合を例示するが、ホール素子やＭＲ素子など、他の磁界検出素子を用いてもよい。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の第２の実施例を、図５乃至図１６を参照して説明する。図５乃至図７は、本実施例における磁気センサの構成を示す図である。図８乃至図１３は、本実施例における磁気センサの変形例を説明する図である。図１４乃至図１６は、磁気センサの製造方法を説明する図である。
【００３６】
まず、本実施例における磁気センサは、上述した実施例１の図１に示したものとほぼ同様の構成を採っている。つまり、基板２上に、それぞれ２つのＧＭＲ素子が形成されたＧＭＲチップ１０１，１０２を搭載し、合計４つのＧＭＲ素子を備えて構成されている。このとき、２つのＧＭＲチップ１０１，１０２は、それぞれに形成されたＧＭＲ素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが直線状に配置されるよう、基板２上に並んで配置される。また、このとき、符号１０１のＧＭＲチップ１０１に形成された符号Ａ，ＢのＧＭＲ素子と、符号１０２のＧＭＲチップ１０２に形成された符号Ｃ，ＤのＧＭＲ素子と、の磁化固定方向（図５の矢印参照）が相互に反対向きとなるよう、各ＧＭＲチップ１０１，１０２の上下が反転されて配置される。つまり、符号Ａ，ＢのＧＭＲ素子の形成面と、符号Ｃ，ＤのＧＭＲ素子の形成面とが、相互に１８０度回転した状態で、各ＧＭＲチップ１０１，１０２が配置される。このとき、４つのＧＭＲ素子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの形成面が同一直線上に配置されるため、各ＧＭＲ素子が同一平面上に位置している。
【００３７】
そして、本実施例では、さらに、上記４つのＧＭＲ素子が、基板２上の接続端子２１に接続されることで、当該基板２の配線を介して、ＧＭＲ素子を２個ずつ直列に接続し、これらを並列に接続したブリッジ回路を形成している。具体的には、図５（ｂ）に示すように、ＧＭＲチップ１０１に形成された符号ＡのＧＭＲ素子と、これと磁化固定方向が反対に配置されたＧＭＲチップ１０２に形成された符号ＤのＧＭＲ素子とを直列に接続し、また、ＧＭＲチップ１０１に形成された符号ＢのＧＭＲ素子と、これと磁化固定方向が反対に配置されたＧＭＲチップ１０２に形成された符号ＣのＧＭＲ素子とを直列に接続し、これらを並列に接続する。そして、かかるブリッジ回路の差動電圧Ｖを検出可能なよう、基板２は構成されている（差動電圧検出手段）。つまり、図５（ｂ）の例では、直列接続されたＧＭＲ素子Ａ，Ｄの間と、同じく直列接続されたＣ，Ｂの間の差動電圧Ｖを検出するよう構成される。
【００３８】
そして、図６（ａ）に示すように、上記配置のＧＭＲチップ１０１，１０２の各ＧＭＲ素子形成面１１ａに対して磁石７による磁力線（矢印Ａ）が平行になるよう、つまり、磁力線がＧＭＲチップ１０１，１０２を載置する図示しない基板の載置面に対して垂直になるよう、磁石７を配置することで、磁気センサとして利用可能となる。具体的に、図６（ｂ）に示すように、基板２に搭載されたＧＭＲチップ１０１，１０２を覆うよう、当該基板２の搭載面上を樹脂などの絶縁性部材１０４にて封止してパッケージ化されることで、磁気センサは構成される。この場合には、ＧＭＲチップ１０１，１０２が側面を向いて配置されるため、図６（ｂ）の符号１４１に示す側面に平行な方向の磁界（矢印Ａ参照）に対して、検出感度を有することとなる。
【００３９】
以上のように構成されることで、４つのＧＭＲ素子が形成された面は、全て磁界の向きに沿って同一方向を向いているため、検出対象となる磁界の向き（図６の符号Ａ参照）が変化すると、各ＧＭＲ素子の抵抗値が変化する。このとき、上述したように各ＧＭＲ素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の磁化固定方向を２個ずつそれぞれ反対向きに設定しているため、図４（ｂ）に示すように、それぞれが＋、−の値に変化する。すると、ブリッジ回路の差動電圧が微小な磁界の変化であっても生じることとなり、高感度に磁界の向きを検出可能となる。また、各ＧＭＲ素子の形成面が同一平面上に位置しているため、各素子が同一条件にて磁界の向きを検出することができ、検出精度の向上を図ることができる。
【００４０】
ここで、さらに、図７乃至図１３を参照して、４つのＧＭＲ素子の配置の変形例について説明する。まず、図７（ａ），（ｂ）は、上記図６に示した２つのＧＭＲチップ１０１，１０２を、さらに各ＧＭＲ素子形成面が相互に反対方向を向くよう配置した場合を示している。つまり、図７（ａ）と図７（ｂ）とは同じものを示しており、図７（ａ）は符号１０２のＧＭＲチップ１０２のＧＭＲ素子形成面側から見た図を示し、図７（ｂ）は符号１０１のＧＭＲチップ１０１のＧＭＲ素子形成面側から見た図を示している。さらに換言すると、図７に示す２つのＧＭＲチップ１０１，１０２は、ＧＭＲ素子の磁化固定方向が相互に１８０度回転して逆向きであり、かつ、ＧＭＲ素子形成面が相互に反対方向を向いて表裏反対に配置されている。
【００４１】
そして、上述同様に、２つのＧＭＲチップ１０１，１０２の４つのＧＭＲ素子にて図５（ｂ）に示すようにブリッジ回路を組む。すると、差動電圧検出点を挟んで直列接続された対となるＧＭＲ素子（Ａ，Ｄの対、及び、Ｂ，Ｃの対）、及び、差動電圧検出手段（符号Ｖ）を境として対を成して並列接続されたＧＭＲ素子（Ａ，Ｃの対、及び、Ｂ，Ｄの対）が、それぞれの素子面が相互に１８０度回転して位置し、また、その向き（表裏）が反対向きとなって配置される。これにより、ＧＭＲ素子の製造時に生じうる磁化固定方向つまりピン層の磁化方向のずれが相互に打ち消されるようになる。従って、かかるずれの影響を排除してさらに高精度に磁界の変化を検出することが可能となる。さらに、上述した配置であっても、基板の同一面上に隣りあわせで直線状にＧＭＲチップを配置することができるため、省スペース化を図ることができる。
【００４２】
ここで、上述したようにＧＭＲチップ１０１，１０２を配置する理由について、図８乃至図１１を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示すように、符号Ｇ１で示すＧＭＲ素子Ｇ１と抵抗Ｒｏとを接続してハーフブリッジを形成する。このとき、ブリッジへの印加電圧が５Ｖであり、抵抗Ｒｏの抵抗値は、ＧＭＲ素子Ｇ１に対して無磁界時の抵抗値と同一であるため、その中間電位（Ｏｕｔ）は２．５Ｖとなっている。そして、このＧＭＲ素子Ｇ１に、符号Ａから矢印Ｙに示すように符号Ａ’に向きが変化する磁界をかけた場合における中点電位の変化を図８（ｂ）に示す。すると、製造時に生じたピン層の磁化の向きのずれなどによるＧＭＲ素子の特性から、図示するように、９０度及び２７０度のピーク時の値が非対称となり、また、１８０度では２．５Ｖからずれが生じている。このようなずれを補正すべく、以下に説明するようにＧＭＲ素子を複数組み合わせてブリッジを構成する。
【００４３】
次に、図９（ａ）に示すように、ＧＭＲ素子Ｇ１，Ｇ２を２つ直列に接続し、これをもう１対、並列に接続してブリッジ回路を形成する場合を考える。この場合に、符号Ｇ２に示すＧＭＲ素子Ｇ２は、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１に対して、素子面に沿って１８０度回転して配置している。すると、この符号Ｇ２のＧＭＲ素子Ｇ２には、図９（ｂ）に示すように１８０度ずれた向きの磁界がかかることとなり、図８（ａ）と同様の構成にて中点電位を出力すると、図９（ｃ）に示すように、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１とは逆位相の中点電位が得られる。しかしながら、図示するように、この符号Ｇ２のＧＭＲ素子による中点電位は、０度、１８０度、３６０度でずれが生じる。従って、図９（ａ）に示す２つのＧＭＲ素子Ｇ１，Ｇ２が接続された場合のブリッジ回路においても、差動電圧にずれが生じる。例えば、０度において、差動電圧が０Ｖにならないといったずれが生じ、検出精度が低下しうる。
【００４４】
次に、図１０（ａ）に示すように、ＧＭＲ素子Ｇ１，Ｇ３を２つ直列に接続し、これをもう１対、並列に接続してブリッジ回路を形成する場合を考える。この場合に、符号Ｇ３に示すＧＭＲ素子Ｇ３は、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１に対して素子面に沿って１８０度回転して配置して、さらに、素子面の向きを反対にしている。つまり、符号Ｇ３のＧＭＲ素子Ｇ３は、図９（ａ）の符号Ｇ２に示したＧＭＲ素子Ｇ２の表裏をさらにひっくり返して配置している。すると、この符号Ｇ３のＧＭＲ素子Ｇ３には、図１０（ｂ）に示すように、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１に対する磁界を逆回転させた向きに磁界がかかることとなる。そして、図８（ａ）と同様の構成にて中点電位を出力すると、図１０（ｃ）に示すように、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１とは逆回転の中点電位が得られる。すると、この符号Ｇ３のＧＭＲ素子による中点電位は、０度、１８０度、３６０度で符号Ｇ１のＧＭＲ素子の場合の中点電位と一致する。従って、図１０（ａ）に示す２つのＧＭＲ素子Ｇ１，Ｇ３が接続された場合のブリッジ回路においては、差動電圧にずれが生じないこととなる。例えば、図５（ｂ）に示すブリッジ回路では、符号Ａ，Ｂに符号Ｇ１の向きでＧＭＲ素子を配置し、符号Ｃ，Ｄに符号Ｇ３の向きでＧＭＲ素子を配置する。
【００４５】
なお、図１１に、図９（ｃ）に示した符号Ｇ２のＧＭＲ素子Ｇ２の中点電位と、図１０（ｃ）に示した符号Ｇ３のＧＭＲ素子の中点電位とを同一グラフ上に示し、特に、０度、１８０度、３６０度における拡大図を示す。この図に示すように、符号Ｇ２と符号Ｇ３の各ＧＭＲ素子の中点電位は異なることが明らかである。そして、上述したように、符号Ｇ１のＧＭＲ素子Ｇ１の中点電位とは、０度、１８０度、３６０度で、符号Ｇ３のＧＭＲ素子Ｇ３の中点電位が一致する。
【００４６】
以上のことから、図７に示したように、２つのＧＭＲチップ１０１，１０２を、各ＧＭＲ素子形成面が相互に１８０度回転し、かつ、相互に反対方向を向くよう配置してブリッジ回路を組むことで、ＧＭＲ素子の製造時に生じうる磁化固定方向つまりピン層の磁化方向のずれをより確実に打ち消すことができる。その結果、かかるずれの影響を排除して高精度に磁界の変化を検出することが可能となる。
【００４７】
このとき、図１２に示すように、２つのＧＭＲチップ１０１，１０２の両ＧＭＲ素子形成面１０１ａ，１０２ａ部分が同一直線上（図１２（ｂ）の点線参照）、つまり、素子形成面自体が同一平面上に位置するよう、ＧＭＲチップ１０１，１０２を基板２上に配置するとよい。なお、図１２（ａ）は、基板２上にＧＭＲチップ１０１，１０２が配置された様子を示す斜視図であり、図１２（ｂ）はその上面図である。これにより、上述したように、ＧＭＲ素子のピン磁界のずれの影響を排除して高精度に磁界の変化を検出することが可能となると共に、同一平面上に作用する磁界の向きの変化を全てのＧＭＲ素子で同時に検出することができるため、さらなる検出精度の向上を図ることができる。これに加え、上記構成を１枚の基板上で実現でき、かつ、ＧＭＲチップ搭載時の高さを抑制することができ、センサの小型化を図ることができる。
【００４８】
なお、上述した図１２に示す本実施例におけるＧＭＲチップ１０１，１０２の配置を従来より用いられている方法で構成した場合の一例を、図１３を参照して説明する。まず、図１３（ａ）の例では、一対の相対する基板５０２ａ，５０２ｂをスペーサ５０２ｃなどで隙間を形成して設け、各基板５０２ａ，５０２ｂの間にＧＭＲチップ５０１をワイヤーボンディングで設けることとなる。しかし、２枚の基板が必要となり、また、各チップ５０１の素子面５０１ａを高さ方向に向けているため、基板の厚み分、及び、ワイヤー５１３分、高さ方向の厚みが増してしまう。また、図１３（ｂ）の例では、ＧＧＩによるチップ５０１の接合と、ワイヤーボンディング５１３によるチップ５０１の接合を利用することで、各チップ５０１の素子面５０１ａの向きを相互に反対にしつつ、１枚の基板上に実現できるが、各素子面５０１ａの位置をそろえることができず（点線参照）、また、ワイヤーや金ボールの存在によって高さ方向の厚みを抑制することができない。従って、上述したように、本発明のＧＭＲチップ５０１の素子形成面を基板に対して垂直に配置する構成は、センサの小型化に極めて有用である。
【００４９】
続いて、上述した磁気センサの製造方法を、図１４乃至図１６を参照して説明する。はじめに、ＧＭＲチップ１を製造する方法について説明する（磁界検出チップ製造工程）。まず、図１４（ａ）に示すように、ウエハから切り出したウエハブロック２００（基体）上に、複数組のＧＭＲ素子及び対となる出力端子を積層形成する（図１６のステップＳ１）。そして、図１４（ｂ）に示すように、ウエハブロック２００の素子形成面２１０側を所定の厚さに切り出し、素子形成プレート２２０を形成する。その後、図１４（ｃ）に示すように、素子形成プレート２２０から少なくとも１組のＧＭＲ素子及び対となる出力端子を含んだＧＭＲチップ２２１を切り出す（図１６のステップＳ２）。
【００５０】
続いて、切り出したＧＭＲチップを基板上に配置する（図１参照）。このとき、図１５に示すように、複数のＧＭＲ素子が形成された１枚の素子形成プレート２２０のうち、相互に近接して形成された２つのＧＭＲチップ１０１，１０２を切り出す。そして、図５（ａ）に示すように、各ＧＭＲ素子が直線状に並ぶようＧＭＲチップ１０１，１０２を基板上に配置して（図１６のステップＳ３）、ブリッジ回路を形成するよう、基板２上の接続端子とＧＭＲチップ１０１，１０２の出力端子とを、半田ボールなどのボールボンディングにて接続する（図１６のステップＳ４）。以上により、基板上にＧＭＲチップ１０１，１０２が搭載される（磁界検出チップ搭載工程）。なお、ステップＳ３において、図７や図１２に示すように、各ＧＭＲチップ１０１，１０２の各ＧＭＲ素子面が、相互に１８０度回転し、かつ、相互に反対側に位置するよう、チップ１０１，１０２を配置してもよい。
【００５１】
そして、基板上にＧＭＲチップ１０１，１０２を搭載した後に、基板上のＧＭＲチップの搭載面側、つまり、ＧＭＲチップ１０１，１０２自体を、樹脂などの絶縁性部材にて覆い、磁気センサとしてパッケージ化することで（図１６のステップＳ５、パッケージ工程）、磁気センサを製造することができる。
【００５２】
ここで、本実施例では、磁界の向きの変化を高精度に検出すべく、ＧＭＲ素子として磁化の向きが固定されているピン層と磁化の向きを自由に変えるフリー層とを備えたスピンバルブ型のものを用いている。このようなスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、積層形成する際に製造過程においてピン層の磁化の向きにずれが生じうる。このため、ブリッジ回路を組んで磁気センサとして用いた場合には、磁界の変化が生じていない場合であっても、各ＧＭＲ素子から所定の出力値が出力される場合があり、高精度な磁界の検出の妨げとなりうる。このような状況において、１枚の素子形成プレート２２０上において近接して形成されたＧＭＲ素子は製造条件がほぼ同一であるため、ピン層の磁化方向のずれの差は少ないと考えられる。従って、図１５を参照して上述したように、１枚の素子形成プレート２２０上において近接して形成されたＧＭＲチップ１０１，１０２を切り出して、ＧＭＲ素子の磁化固定方向が図５（ａ）の矢印、あるいは、図７に示すように相互に反対になるよう配置してブリッジ回路を組むことで、ピン層の磁化方向のずれが相互に打ち消され、かかるずれの影響を排除して高精度に磁界の変化を検出することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の磁気センサは、微小磁界である地磁気を検出する方位センサや、磁気エンコーダなどに利用することができ、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１における磁気センサの構成の概略を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に開示した磁気センサの上面図であり、図２（ｂ）は側面図である。
【図３】図１に開示した磁気センサの使用状態を示す説明図である。
【図４】ＧＭＲチップによる磁界の検出感度方向を説明する図である。
【図５】図５（ａ）は、実施例２におけるＧＭＲチップの配置を示す図であり、図５（ｂ）は、ＧＭＲチップに形成された各ＧＭＲ素子にて形成されたブリッジ回路を示す図である。
【図６】実施例２における磁気センサの使用状態を示す説明図である。
【図７】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を示す図である。
【図８】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を説明するための図である。
【図９】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を説明するための図である。
【図１０】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を説明するための図である。
【図１１】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を説明するための図である。
【図１２】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を示す図である。
【図１３】実施例２におけるＧＭＲチップの配置の変形例を、従来例と比較するための図である。
【図１４】実施例２における磁気センサを構成するＧＭＲチップの製造方法を示す説明図である。
【図１５】実施例２における磁気センサに利用するＧＭＲチップの選択例を示す図である。
【図１６】実施例２における磁気センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】従来例における磁気センサ及びこれに用いるＧＭＲチップを示す斜視図である。
【図１８】従来例のＧＭＲチップによる磁界の検出感度方向を説明する図である。
【図１９】従来例における磁気センサの製造方法を示す説明図である。
【図２０】従来例における磁気センサの製造方法を示す説明図である。
【図２１】従来例における磁気センサの製造方法を示す説明図である。
【図２２】従来例における磁気センサの構成の一部を示す図である。
【図２３】従来例における磁気センサの構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１０１，１０２  ＧＭＲチップ
２  基板
３  半田ボール
４，１０４  樹脂
７  磁石
１１  ＧＭＲ素子
１２  出力端子
２１  接続端子
【図１】
0005165963.tif 000002
【図２】
0005165963.tif 000003
【図３】
0005165963.tif 000004
【図４】
0005165963.tif 000005
【図５】
0005165963.tif 000006
【図６】
0005165963.tif 000007
【図７】
0005165963.tif 000008
【図８】
0005165963.tif 000009
【図９】
0005165963.tif 000010
【図１０】
0005165963.tif 000011
【図１１】
0005165963.tif 000012
【図１２】
0005165963.tif 000013
【図１３】
0005165963.tif 000014
【図１４】
0005165963.tif 000015
【図１５】
0005165963.tif 000016
【図１６】
0005165963.tif 000017
【図１７】
0005165963.tif 000018
【図１９】
0005165963.tif 000019
【図２０】
0005165963.tif 000020
【図２１】
0005165963.tif 000021
【図２２】
0005165963.tif 000022
【図２３】
0005165963.tif 000023
【図１８】
0005165963.tif 000024