(57)【要約】【課題】小型化しても地磁気の検出が可能で、高さが低く、携帯情報端末に搭載可能な磁気センサ素子および電子方位計を提供する。【解決手段】磁性コア材８にコイル３を巻回して形成された感磁部８ａと、その感磁部８ａに磁束を導くための集磁部８ｂとを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子であり、その磁性コア材８の平面形状が２本の平行な集磁部８ｂの中央部間に感磁部８ａの両端が接続したＨ型をなし、集磁部８ｂのコイル３が、磁性コア材の上面側と下面側にそれぞれ絶縁層を介して形成された複数個ずつの上コイル薄膜１２と下コイル薄膜４とを、その隣接する端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルからなる。【選択図】    図１
2007279029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性コア材にコイルを巻回して形成された感磁部と、該感磁部の両端にそれぞれ接続され、前記感磁部に磁束を導くための集磁部とを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子において、
前記集磁部が、前記感磁部の磁性コア材と一体の磁性コア材によって前記感磁部の長手方向と直交する方向に延びて形成された一対の長片状の集磁部であって、その各集磁部の長手方向の中央部が前記感磁部の両端にそれぞれ個別に接続されており、
前記コイルは、前記磁性コア材の一方の主面上に形成された上絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の上コイル薄膜と、前記磁性コア材の他方の主面上に形成された下絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の下コイル薄膜とを有し、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルである
ことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
磁性コア材にコイルを巻回して形成された感磁部と、該感磁部の両端にそれぞれ接続され、前記感磁部に磁束を導くための集磁部とを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子において、
前記集磁部が、前記感磁部の磁性コア材と一体の磁性コア材によって前記感磁部を囲む閉ループ状に形成された集磁部であって、該集磁部によって囲まれた空間が前記感磁部によって略二分されるように、該空間を挟んで対向する２つの部分がそれぞれ前記感磁部の両端に接続されており、
前記コイルは、前記磁性コア材の一方の主面上に形成された上絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の上コイル薄膜と、前記磁性コア材の他方の主面上に形成された下絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の下コイル薄膜とを有し、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルである
ことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項３】
前記集磁部の平面形状が、正方形又は長方形の枠型に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記正方形又は長方形の枠型に形成された集磁部の角部が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記閉ループ状の磁性体の平面形状が、円形、長円形、または楕円形の枠型に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
前記感磁部が、複数本の磁性コア材に共通にコイルを巻回して形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。（感磁部が複数本）
【請求項７】
前記磁性コア材は厚さが均一であり、その全体形状は、前記感磁部の長手方向に沿う長さをＡ、前記集磁部における前記感磁部の長手方向と直交する方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａの値が０．８〜１．５となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項８】
前記磁性コア材は、前記感磁部における前記長手方向と直交する方向の長さをＣとしたとき、Ｃ／Ｂの値が０．０３３〜０．２００となるように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ素子。
【請求項９】
前記上絶縁層が、前記感磁部の幅方向の両端部に所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項１０】
前記磁性コア材は、スパッタリング法またはメッキ法により形成された、鉄とニッケルを主成分とするパーマロイ、または鉄とニッケルとコバルトを主成分とする軟磁性膜であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項１１】
前記コイルは、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で一つ置きに順次連続するように接続して形成された２本の薄膜コイルによる励磁用コイルと検出用コイルとからなることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項１２】
請求項１から１1のいずれか一項に記載の磁気センサ素子が、少なくとも２個以上非磁性基台上に配設されてなることを特徴とする電子方位計。
【請求項１３】
前記磁気センサ素子が前記非磁性基台上に３個配設され、その各磁気センサ素子は前記感磁部の長手方向が互いに直交する向きに配設されて３軸磁気センサを構成していることを特徴とする電子方位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子と、その磁気センサ素子を搭載した電子方位計に関し、特に、携帯情報端末に搭載可能な小型のフラックスゲート型の磁気センサ素子と、その磁気センサ素子を３個直交して配置した電子方位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計は、磁気センサなどを用いて電気的に方位を検出できるという特徴を有する。一般的に、複数の磁気センサ素子を配置して電子方位計を構成する。この様に構成した平行フラックスゲート型の磁気センサ素子は、励磁した磁界と平行な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交して配置された複数の磁気センサ素子の出力から得られるデータを演算することによって、基準として決めた方向からの角度、すなわち方位角（azimuth）を算出することができる。この方位角から得られる方位情報は、アナログ又はデジタルの電気信号として処理できるため、例えば携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）のような携帯情報端末や、腕時計、カーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向けゲーム機など、種々の電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ（Global Positioning System）等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながら判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることによって、利用者が今どの方位を向いているのか、あるいは歩行中であればどの方向に向かっているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。
【０００４】
一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型とする傾向にあり、その中に搭載される電子デバイスとしては小型で高さが低いことが求められている。現状で望まれる磁気センサ素子の幅は数ｍｍ程度であり、高さは１．５ｍｍ以下が必須であり、好ましくは１．０ｍｍ以下のサイズが求められている。
【０００５】
この様な問題を解決するために、小型化が可能な短冊状の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１８４０９８号公報（第６頁、図１）
【０００６】
そこで、図２４から図２６によってこの特許文献１に記載されている従来の磁気センサ素子の一例を説明する。図２４はその磁気センサ素子の構成を示す斜視図、図２５はその磁気センサ素子のサイズを示す平面図、図２６は側面図である。
【０００７】
この磁気センサ素子１００は、磁性コア材１１０としてパーマロイ箔を使用しており、この磁性コア材１１０が貼り付けられた非磁性基台１２０の長手方向の中間部の周囲にコイル１３０を巻回した構成であり、磁性コア材１１０のコイル１３０が巻回された中間部を感磁部１１１、両端部を集磁部１１２とし、非磁性基台１２０の両端部に電極パッド１４０を有する構成となっている。そして、磁性コア材１１０の長手方向中央部の感磁部１１１の断面積を両端部の集磁部１１２より小さくして磁束を集中させ、Ｂ−Ｈカーブ上での偏移量を大きくしている。この様に構成すれば、上記特性を備えたとしても、図２５に示す様に、長手方向の長さが３ｍｍ、幅０．３ｍｍ程度のサイズとすることができる。感磁部１１１の幅は０．０５ｍｍ程度にする。
【０００８】
そして、図示しないが、基台の水平面上にこのような磁気センサ素子を２個互いに直交する向きに配置した２軸磁気センサ（電子方位計）は、幅がやや大きくなるものの、高さを１ｍｍ程度にすることができる。よって、この２軸磁気センサを有する電子方位計は、携帯情報端末への搭載が可能になる。
【０００９】
この様に構成された磁気センサ素子を同一面内で一回転させたとき、その磁気センサ素子は正弦曲線波形の出力を示す。２個の磁気センサ素子が９０度に直交して配置された２軸磁気センサの２つの出力は、互いに９０度位相がずれた出力波形の関係となり、この出力から方位角を算出することができる。この様な平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が磁界に比例した出力を得ることができるのは、以下の検出原理による。
【００１０】
まず、磁性コア材に巻回した励磁用コイルに三角波電流を印加する。その三角波電流によって生じた三角波状の磁界により、磁性コアはＢ−Ｈカーブに沿って磁化飽和と反転を繰り返す。この磁化が反転するときにパルス状の出力を発生するため、それを検出用コイルによって検出する。そして、三角波電流の周波数が変わらなければ、外部磁界の大きさに応じてそのパルス位置はシフトする。そのパルス発生の時間変化を検出回路で取り出すことによって、外部磁界の大きさに応じた出力を得ることができる。なお、上述した説明ではコイルは励磁用と検出用に分けて記載したが、１つのコイルで兼用することも可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した機能を有する２軸磁気センサである電子方位計を備えた携帯情報端末を傾けた状態（傾斜環境下）で利用者が方位を得ようとした場合に、この電子方位計には以下の問題が生じる。
【００１２】
つまり、携帯情報端末の利用者は、様々な使用方法や持ち方をすることが想定され、その際の電子方位計に内蔵された磁気センサ素子が、水平面に対して傾斜した状態で使用される場合がある。このような環境下においては、上述した２軸磁気センサでは正確な方位角を算出することができない。それに対処するには、３つの磁気センサ素子を用意し、それらをを互いに直交する３軸の方向にそれぞれ配置すれば、水平面に対して傾斜した状態で使用されても、正確に方位角を求めることができるようになる。
【００１３】
図２７に、前述した特許文献１に記載された磁気センサ素子を使用した、３軸磁気センサによる電子方位計の構成例を示す。
図２７に示す従来の電子方位計は、エポキシ基台２００の表面に、ｘ，ｙ，ｚ軸方向にそれぞれ直交して配置された、ｘ軸磁気センサ素子１００ｘと、ｙ軸磁気センサ素子１００ｙと、ｚ軸磁気センサ素子１００ｚとを有する。また、これら磁気センサ素子を駆動し、磁気センサ素子からの検出信号を処理する磁気センサ用ＩＣ３００を有する。
【００１４】
この様に構成すると、ｚ軸磁気センサ素子１００ｚの長手方向を、水平２軸に配置したｘ軸磁気センサ素子１００ｘ、ｙ軸磁気センサ素子１００ｙに対して垂直に配置する必要が生じる。そのため、電子方位計の高さが少なくとも３ｍｍ以上（図２５参照）となってしまう。したがって、この様な構成の電子方位計を携帯情報端末に搭載することは、要求される高さ低減を実現できず、好ましくない。
【００１５】
そこで、この従来の磁気センサ素子を更に小型化するために、素子の長手方向の長さを短くすることが考えられる。しかし、単に素子サイズを小さくすると、有効な磁束を収束させることが困難になる。つまり、このような形態の磁気センサ素子では、形状効果による反磁界の影響が顕著となり、図２４に示した集磁部１１２で集めた磁束が有効に感磁部１１１に収束しなくなる。
【００１６】
また、図２４に示した磁気センサ素子１００によって外部の磁束を有効に集めるために、磁性コア材１１０の端部の幅（集磁部１１２の幅）を中央部の幅（感磁部１１１の幅）に比べてさらに大きくすると、非磁性基台１２０の幅もそれに伴って大きくなってしまう。すると、感磁部１１１を磁気飽和させるために必要な励磁電流が著しく大きくなってしまい、現実的には磁気飽和させることが困難になる。
【００１７】
さらに、磁気センサ素子の長手方向のサイズを小型化する他の手段として、磁性コア材に密接させてコイルを巻回して、非磁性基台１２０および磁性コア材１１０の中央部をくびれ形状にすることも考えられる。しかし、この非磁性基台１２０のくびれ形状等の微細加工は非常に困難である。仮に非磁性基台１２０にくびれ形状を施せたとしても、中央部の幅（感磁部１１１の幅）を０．１ｍｍ以下にしなくてはならないため、コイルを巻回す際に、そのコイルが非常に破損し易くなる。
【００１８】
したがって、図２４から図２７に示したような従来の磁気センサ素子では、素子の幅を０．３ｍｍ程度とするのが適当であり、それ以上小さくすることは地磁気検出を困難にしてしまい、電子方位計を構成するには好ましくない。
【００１９】
この発明は上記の問題点に鑑み、小型化しても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子と、その磁気センサ素子を３個直交して配置して３軸磁気センサの電子方位計としても、小型で高さを低くでき、携帯情報端末に搭載可能な電子方位計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】
【００２０】
この発明は上記の目的を達成するため、次のように構成した磁気センサ素子と電子方位計を提供する。
【００２１】
この発明による磁気センサ素子は、磁性コア材にコイルを巻回して形成された感磁部と、その感磁部の両端にそれぞれ接続され、感磁部に磁束を導くための集磁部とを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子において、
上記集磁部が、前記感磁部の磁性コア材と一体の磁性コア材によって前記感磁部の長手方向と直交する方向に延びて形成された一対の長片状の集磁部であって、その各集磁部の長手方向の中央部が前記感磁部の両端にそれぞれ個別に接続し、磁性コア材の平面形状をＨ型に形成する。
【００２２】
そして、上記コイルが、上記磁性コア材の一方の主面上に形成された上絶縁層における磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の上コイル薄膜と、上記磁性コア材の他方の主面上に形成された下絶縁層における磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の下コイル薄膜とを有し、隣接する下コイル薄膜と上コイル薄膜とをその端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルである。
【００２３】
あるいは、上記磁性コア材の集磁部を、上記感磁部を囲む閉ループ状に形成し、その集磁部によって囲まれた空間が感磁部によって略二分されるように、その空間を挟んで対向する２つの部分をそれぞれ感磁部の両端に接続した形状にしてもよい。
その集磁部の平面形状を、正方形又は長方形の枠型に形成することができる。その場合正方形又は長方形の角部を円弧状に形成するとよい。
また、その集磁部の平面形状を、円形、長円形、または楕円形の枠型に形成してもよい。
さらに、上記感磁部の磁性コア材を複数本に分割して、その複数本の磁性コア材に上記コイルを共通に巻回するようにしてもよい。
【００２４】
前述した平面形状をＨ型に形成した磁性コア材は、厚さが均一でありその全体形状は、上記感磁部の長手方向に沿う長さをＡ、上記集磁部における感磁部の長手方向と直交する方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａの値が０．８〜１．５となるように構成するのが望ましい。
さらに、上記感磁部における上記長手方向と直交する方向の長さ（幅）をＣとしたとき、Ｃ／Ｂの値が０．０３３〜０．２００となるように上記磁性コア材を形成するとなおよい。
【００２５】
また、上記上絶縁層が、上記感磁部の幅方向の両端部に所定の角度の傾斜面を有しているとよい。
【００２６】
上記磁性コア材は、スパッタリング法、またはメッキ法により形成された、鉄とニッケルを主成分とするパーマロイ、または鉄とニッケルとコバルトを主成分とする軟磁性膜で構成することができる。
また、上記コイルは、隣接する下コイル薄膜と上コイル薄膜とをその端部で一つ置きに順次連続するように接続して形成された２本の薄膜コイルによる励磁用コイルと検出用コイルとからなるようにしてもよい。
【００２７】
この発明による電子方位計は、上述したいずれかの磁気センサ素子を少なくとも２個以上、非磁性基台上に配設して構成する。
その電子方位計は、上記磁気センサ素子が上記非磁性基台上に３個配設し、その各磁気センサ素子を上記感磁部の長手方向が互いに直交する向きに配置して３軸磁気センサを構成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明による磁気センサ素子は、小型化しても地磁気の検出が可能であり、この発明による電子方位計は、磁気センサ素子を３個配置して３軸磁気センサとして構成しても、小型で高さを低くすることができ、携帯情報端末に搭載可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
〔磁気センサ素子の基本的な実施例〕
この発明による磁気センサ素子は、基本的には、軟磁性体からなる磁性コア材と、下コイル層と上コイル層とからなる薄膜コイルとによって構成され、その磁性コア材は、中央部の感磁部と両端部の集磁部とからなる構成を採用したものである。その具体的な構成について、以下の実施例にて図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
まず、この発明による磁気センサ素子の基本的な実施例の構成について説明する。図１は、その磁気センサ素子の概念を示す平面図である。図２は、図１におけるＥ−Ｅ線に沿う断面を拡大して示す断面図である。なお、図１の平面図は、図２に示す保護層１４を除いた状態で示している。図３は、図２に示す下コイル薄膜と上コイル薄膜の接続状態を説明するための拡大図である。
【００３１】
この磁気センサ素子１は、図１に示すように、軟磁性体からなる磁性コア材８にコイル３を巻回して形成された感磁部８ａと、その感磁部８ａの両端にそれぞれ接続され、感磁部８ａに磁束を導くための集磁部８ｂとを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子である。
その集磁部８ｂは、感磁部８ａの磁性コア材と一体の磁性コア材８によって感磁部８ａの長手方向と直交する方向に延びて形成された一対の長片状の集磁部であって、その各集磁部８ｂの長手方向の中央部が感磁部８ａの両端にそれぞれ個別に接続されている。
【００３２】
この磁性コア材８の全体形状は、図１に示す感磁部８ａの長手方向であるＸ方向に沿う長さをＡ、集磁部８ｂにおける感磁部８ａの長手方向と直交する方向であるＹ方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａの値が０．８〜１．５となるようにするとよい。
また、感磁部８ａにおける長手方向と直交するＹ方向の長さをＣとしたとき、Ｃ／Ｂの値が０．０３３〜０．２００となるように形成するとよい。これらの理由については、後述する。
【００３３】
この磁気センサ素子１の感磁部８ａの断面構造を図２によって説明する。この磁気センサ素子１は、図２に示すように、表面が絶縁された非磁性基台２上に、下絶縁層６を介してパーマロイ箔等の軟磁性体からなる磁性コア材８が配置され、その上に上絶縁層１０が形成されている。
コイル３は、磁性コア材８の一方の主面（図２では上面）上に形成された上絶縁層１０における磁性コア材８と反対側の面（上面）に設けられた複数個の上コイル薄膜１２と、磁性コア材８の他方の主面（図２では下面）上に形成された下絶縁層６における磁性コア材８と反対側の面（下面）に設けられた複数個の下コイル薄膜４とからなる薄膜コイルである。その上絶縁層１０及び上コイル薄膜１２上には、保護膜１４が形成されている。
【００３４】
上コイル薄膜１２と下コイル薄膜４は導電性のよい金属薄膜である。そして、図３に示すように、隣接する下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２とをそれぞれ感磁部８ａの幅方向の一端側と他端側とで交互に、且つ一つ置きに順次連続するように接続して、それぞれ磁性コア材８の感磁部８ａの周囲を螺旋状に巻回する２本の薄膜コイルが形成されている。図１及び図２において、斜線を施して示した薄膜コイルが励磁用コイル３ａであり、斜線を施していない方の薄膜コイルが検出用コイル３ｂである。
その励磁用コイル３ａの両端には電極パッド１５，１６が、検出用コイル３ｂの両端には電極パッド１７，１８が、それぞれ接続されている。
【００３５】
そして、この下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２とで形成される励磁用コイル３ａに、電極パッド１５，１６間に電圧を印加して励磁電流を流すことによって、磁性コア材８の励磁が行われる。ここで、金属薄膜による励磁用コイル３ａが磁気センサ素子１の中央部（感磁部８ａ）に形成されているのは、その磁性コア材８の励磁が感磁部８ａのみで行われるようにするためである。また、図２における下絶縁層６の厚みは数μｍ程度、磁性コア材８と上コイル薄膜１２の上面との間もまた数μｍ程度とすることができるため、薄膜コイルに流れる励磁電流は、磁性コア材８に有効に印加される。
その励磁電流として三角波電流を流すことにより三角波状の磁界により、磁性コア材８はＢ−Ｈカーブに沿って磁化飽和と反転を繰り返し、その磁化が反転するときにパルス状の出力を発生するので、それを検出用コイル３ｂによって検出する。
【００３６】
そして集磁部８ｂは、感磁部８ａに多くの磁束を流入させるために、外部の磁界を集める役割を有し、その集磁部８ｂのＹ方向の長さＢと磁性コア材８のＸ方向の長さＡの比であるＢ／Ａの値が０．８から１．５となるように構成すれば、磁気センサ素子１を小型化したとしても地磁気を正確に検出することが可能になる。
磁性コア材８は、スパッタリング法またはメッキ法により形成された、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）を主成分とするパーマロイ、または鉄とニッケルとコバルト（Ｃｏ）を主成分とする軟磁性膜であるとよい。
【００３７】
〔磁気センサ素子の実験による評価〕
ここで、この発明による磁気センサ素子１を小型化した際の磁気特性の評価について説明する。下記表１に、磁気センサ素子１における磁性コア材８のＸ方向の長さＡと、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢをそれぞれ変えたときの評価結果を示した。なお、この評価では、感磁部８ａにおけるＹ方向の長さＣを１００μｍで固定した。
【００３８】
【表１】
2007279029.tif 000003
【００３９】
上記表１において、検出信号の状態とは、上述した感磁部８ａの磁化が反転した際に検出用コイル３ｂによって得られる検出信号のＳＮ比（パルス信号の大きさ）と、検出パルス幅（信号の鋭さ）を評価指標としている。検出パルスが大きくてＳＮ比が高く、かつ検出パルスが鋭いものを「○」とし、どちらか一方がやや不十分（△）なものは「△」、どちらか一方が不足（×）なものは「×」とした。
【００４０】
表１に示す通り、磁気センサ素子の磁性コア材８のＸ方向の長さＡと、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢの比であるＢ／Ａは、従来技術１（特許文献１に記載の構成：図２４〜図２６参照）のように、磁性コア材の長さが３０００μｍのときには０．１で良好な検出信号が得られる。しかし、この素子形態でＢ／Ａを０．１のまま、磁性コア材の素子長さを１０００μｍに小型化すると（従来技術２）、ＳＮ比とともに検出パルス幅も悪くなり、地磁気を検出することが不可能になる。
このように、従来技術１の素子形態は、Ｘ方向の長さを１０００μｍ以下の素子にすると、磁気センサ素子として機能しないことが判る。また、表１の「ａ」のように、Ｂ／Ａを０．６に設定しても、ＳＮ比とともに検出パルス幅も小さいため、地磁気を検出することはできない。
【００４１】
一方、この発明による磁気センサ素子の実施例は表１における「ｂ」から「ｅ」に示すものであり、磁性コア材のＸ方向の長さが１０００μｍであってもＢ／Ａを０．８から１．５に設定することによって、より好ましくはＢ／Ａを１．０から１．２に設定することによって、良好な検出信号が得られ、地磁気を検出することができることが判る。
また、表１の「ｆ」に示すように、Ｂ／Ａが１．７になると、ＳＮ比は大きいものの、検出パルスが幅広になって感度が鈍くなることが判る。
以上の検討結果から、磁性コア材のＸ方向の長さが１０００μｍ程度のときは、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを８００μｍから１５００μｍにして、Ｂ／Ａを０．８から１．５にすることによって、良好な波形の検出信号が得られることが判る。
【００４２】
次に、表１に示した磁気センサ素子の磁性コア材のＸ方向の長さＡを８００μｍとした場合の磁気特性の評価結果を下記表２に示す。この表２は、磁性コア材のＸ方向の長さＡを８００μｍに固定して、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢをそれぞれ変えたときの評価結果を示す。なお、この評価では、感磁部８ａのＹ方向の長さは１００μｍに固定している。
この表２における評価結果の○、△、×の意味は表１の場合と同じである。
【００４３】
【表２】
2007279029.tif 000004
【００４４】
表２の「ａ」に示すように、Ｂ／Ａを０．６に設定すると、ＳＮ比が悪くなるとともに検出パルスが小さくなり、地磁気を検出することはできない。一方、この発明の実施例では、表２の「ｂ」から「ｅ」に示すように、Ｂ／Ａを０．８から１．５に設定することにより、より好ましくはＢ／Ａを１．０から１．２に設定することによって、良好な検出信号が得られ、地磁気を検出することができることが判る。
また、表２の「ｆ」のように、Ｂ／Ａを１．７に設定すると、ＳＮ比は大きいものの、検出パルスが幅広になって感度が鈍くなることが判る。このように、磁性コア材のＸ方向の長さＡを８００μｍ程度に設定したときも、Ａを１０００μｍに設定したとき（表１参照）と同様に、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを６４０μｍから１２００μｍにすることによって、すなわちＢ／Ａを０．８から１．５に設定することによって、良好な波形の検出信号が得られることが判る。
【００４５】
なお、上記説明では、検出信号の検出パルス幅が幅広になるという問題点について説明したが、これは分解能、感度といった磁気センサ素子の特性に影響を及ぼすものである。上述した通り、この発明による磁気センサ素子１は、この検出パルスが磁界に応じてシフトすることを動作原理にしているため、その検出パルスが幅広になると、パルスのシフト量が小さくなったり、磁界に対して直線的にシフトしないといった問題が発生する。
【００４６】
また、図１に示した集磁部８ｂにおけるＹ方向の長さＢが長くなりすぎると、指向性の劣化も懸念される。すなわち、Ｘ方向にある一定の磁場を検出するはずが、Ｙ方向側からの磁束も流入してくることが考えられる。さらに、集磁部８ｂにおけるＹ方向の幅Ｂが大きくなると、磁気センサ素子の平面方向のサイズが大きくなるため、小型化の点でも当然不利になる。よって、本発明の通り、素子を小型化するにあたって、Ｂ／Ａを０．８から１．５に設計することで、磁気センサ素子１から良好な検出信号が得られ、正確に地磁気を検出することが可能となる。
【００４７】
また、上記の説明では、感磁部８ａのＹ方向の長さを１００μｍとして説明を行ったが、この発明による磁気センサ素子１では、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢに対して感磁部８ａのＹ方向の長さＣを０．０３３から０．２００とすることによっても、小型化しても、十分に磁界（地磁気）を検出することができる。なお、この発明による磁気センサ素子１における磁性コア材８は、全体が略同一の膜厚で形成されているものとする。
【００４８】
表３には、磁気センサ素子１における感磁部８ａのＹ方向の長さ（幅）Ｃと、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢをそれぞれ変えたときの評価結果を示した。なお、磁性コア材８のＸ方向の長さは８００μｍで固定している。
【００４９】
【表３】
2007279029.tif 000005
【００５０】
表３において、検出信号の状態とは、前述した通り、ＳＮ比（パルス信号の大きさ）と、検出パルス幅（信号の鋭さ）を評価指標としている。検出パルスが大きくてＳＮ比が高く、かつパルスが鋭いものを「○」とし、どちらか一方がやや不足する（△）のものは「△」、どちらか一方が足りない（×）ものは「×」とした。
【００５１】
表３の「ａ」に示す様に、感磁部８ａのＹ方向の長さＣを２５０μｍ、集磁部８ｂのＹ方向の長さＤを１０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂに対して感磁部８ａの長さの比Ｃ／Ｂを０．２５０にすると、ＳＮ比は大きいものの、波形としては鈍い幅広な形になってしまい、磁気センサ素子の感度、分解能といった特性が劣化していることが判る。
【００５２】
それに対して、表３の「ｂ」に示すように、感磁部８ａと集磁部８ｂのＹ方向の長さの比Ｃ／Ｄを０．２００に設定すると、ＳＮ比が良好で、パルス幅もかなり鋭くなり、磁気センサ素子の特性が改善していることが判る。さらに、表３の「ｃ」及び「ｄ」に示すように、感磁部８ａと集磁部８ｂのＹ方向の長さの比Ｃ／Ｄを０．０５０〜０．１００程度に設定すると、最も検出パルス幅が鋭く、かつＳＮ比も大きく維持することができ、より安定して地磁気を検出することができることが判る。
【００５３】
また、表３の「ｆ」のように、感磁部８ａのＹ方向の長さＣを２５μｍ、集磁部８ｂのＹ方向の長さＤを１０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂのＹ方向の長さＣに対して感磁部８ａのＹ方向の長さＤを０．０２５に設定すると、磁界の検出に必要なパルス信号の強度が低くなってしまい、ＳＮ比が低下して地磁気を検出することができなくなることが判る。それに対して、表３の「ｅ」に示すように、感磁部８ａの集磁部８ｂのＹ方向の長さに比を０．０３３に設定すると、ＳＮ比が改善して地磁気を検出することが可能になる。
【００５４】
以上の結果から、磁気センサ素子を小型化する際に、良好な検出信号が得られ、かつ地磁気を検出するためには、Ｃ／Ｂを０．０３３から０．２００に設定することが好ましいことが判る。
【００５５】
このように、この発明の構成によれば、磁気センサ素子１の小型化が可能になる。それは、磁性コア材８がＸ方向とＹ方向が所定の範囲に規定されたＨ型形状を有していることが大きな特徴であり、小型でありながら地磁気の検出に十分な出力を得ることができるものである。また、この磁気センサ素子１が地磁気の検出に十分な出力を有するのは、Ｙ方向の集磁部８ｂの長さが素子長さに対して適切に設定されるためであり、更にＹ方向の感磁部８ａの長さ（幅）が集磁部８ｂの長さに対して適切に設定されるためである。
【００５６】
また、この発明の構成によれば、コイル３が下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２とからなる薄膜コイルによって構成されており、従来の巻線方式とは異なる形態を有している。これにより、特に集磁部８ｂのＹ方向の長さを長くした構成においても磁性コア材８を有効に励磁することができ、素子を小型化しても地磁気検出を実現することが可能になる。
【００５７】
次に、磁気センサ素子における磁性コア材のＸ方向の長さＡを６５０μｍと小型化した場合において、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを変えたときの評価結果を表４に示す。なお、図１における感磁部８ａのＹ方向の長さ（幅）は６０μｍで固定にしている。
【００５８】
【表４】
2007279029.tif 000006
【００５９】
図４〜図６は、その測定した検出波形の実験結果を示す。この図中の波形は、コイルに印加する三角波を除いた検出パルス波形のみを示している。なお、これらの図では、上記表４における「ｉ」、「iv」、「vi」の３種の形態における検出パルス波形を示した。
【００６０】
表４の「ｉ」に示す、Ｂ／Ａが０．６である集磁部８ｂのＹ方向の長さＢが３９０μｍの場合は、図４に示すように、パルスのＳＮ比が悪く、地磁気を検出することは困難である。
一方、この発明の実施例である表４の「ii」から「ｖ」示すように、Ｂ／Ａを０．８から１．５に設定すると、良好な検出信号が得られ、地磁気を検出することができる。
表４の「iv」の場合は、集磁部８ｂのＹ方向長さＢを７８０μｍにして、Ｂ／Ａを１．２に設定したものであり、図５に示すように明瞭な検出パルス波形が得られる。
【００６１】
また、表４の「vi」に示すように、Ｂ／Ａを２．０程度に大きくすると、図６に示すように、ＳＮ比は大きいものの、検出パルスは、図５に示した検出パルス波形に比べてやや幅広になっていることが判る。また、この場合は、磁気センサ素子自体がＸ方向の長さＡに比べてＹ方向の長さＢがかなり大きくなるため、小型化という点でも不利になる。
【００６２】
次に、上述の場合と同様に、磁気センサ素子における磁性コア材のＸ方向の長さＡを６５０μｍと小型化した場合において、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを７８０μｍに固定して、感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを２０μｍ〜２００μｍまで変えたときの検出パルス波形の評価結果を示す。
【００６３】
【表５】
2007279029.tif 000007
【００６４】
また、図７〜図９は、表５中の「vi」、「iii」，および「ｉ」の各例における検出波形の測定結果を示す図４〜図６と同様な波形図である。
この測定結果から、表５の「iii」の場合、すなわち感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを８０μｍにして、Ｃ／Ｂを０．１に設定した場合には、図８に示すように明瞭なパルス波形が得られることが判る。
しかし、表５の「ｉ」の場合、すなわち感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを２００μｍにして、Ｃ／Ｂを０．２５に設定した場合には、図９に示すように、検出パルスのＳ／Ｎ比は高いものの、パルス自体が幅広な形状になってしまい、分解能と感度の点で劣化していることが判る。
【００６５】
さらに、表５の「vi」の場合は、感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを２０μｍにし、Ｃ／Ｂを０．０２５に設定した例であるが、図７に示すように、検出パルスは急峻な特性となるが、Ｓ／Ｎ比は減少してしまうことが判る。また、感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを２０μｍ程度にすると、再現性良く感磁部８ａの幅を製造することが難しくなる。すなわち、磁性膜をメッキによって形成した後に、この発明の実施例のような形状にウェットエッチングによりパターニングする際のパターン精度に起因する問題が生じるのである。もし、やや長い時間エッチングしてしまった場合には、感磁部８ａのパターンが消失してしまう場合もあり、安定して形状を制御することが難しくなる。したがって、表５の「vi」に示す形態は、ＳＮ比の問題だけでなく、パターン精度の問題があるため好ましくない。
【００６６】
この実験結果から、この発明による磁気センサ素子によって、小型化しても良好な検出信号が得られ、地磁気を確実に検出するためには、Ｃ／Ｂを０．０３３から０．２に設定することが好ましいことが判る。
【００６７】
このように、この発明の構成によれば、磁気センサ素子の小型化が可能になる。それは、磁性コア材８がＨ型形状を有していることが大きな特徴であり、小型でありながら地磁気の検出に十分な出力を有するものである。地磁気の検出に十分な出力を有するのは、集磁部８ｂのＹ方向の長さが磁性コア材８のＸ方向の長さに対して適切に設定されるためであり、さらに感磁部８ａのＹ方向の長さ（幅）が集磁部８ｂのＹ方向の長さに対して適切に設定されるためである。
【００６８】
〔電子方位計の実施例〕
次に、この発明による磁気センサ素子を備えた電子方位計について図面を用いて説明する。図１０は、この発明による磁気センサ素子を用いて構成した電子方位計の概念を示した斜視図である。
【００６９】
図１０に示すように、この電子方位計２０は、エポキシ基台３０上に、それぞれ前述したこの発明による磁気センサ素子１と同じ構成の３個の磁気センサ素子であるｘ軸磁気センサ素子１ｘ、ｙ軸磁気センサ素子１ｙ、およびｚ軸磁気センサ素子１ｚと、これらの各磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ３１を実装配置して構成される。
そのｘ軸磁気センサ素子１ｘ、ｙ軸磁気センサ素子１ｙ、およびｚ軸磁気センサ素子１ｚは、それぞれその感磁部８ａの長手方向がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿って互いに直交するように配置されて、３軸磁気センサを構成している。
磁気センサ用ＩＣ３１によって、これらの各磁気センサ素子１ｘ、１ｙ、１ｚの励磁用コイル３ａに励磁電流を流した時に、検出用コイル３ｂから出力される検出信号に基いて方位角を演算することができる。
【００７０】
そして、ここでは図示しないが、各ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸磁気センサ素子１ｘ、１ｙ、１ｚを保護するために樹脂を被せ、さらに、これらの磁気センサ素子を載置したエポキシ基台３０に、磁気センサ用ＩＣ３１を駆動するための電源端子、各磁気センサ素子の検出信号に基づいて演算した方位角のデータ（信号）を出力するための出力端子などを設けて、電子方位計２０のパッケージを構成する。
【００７１】
この電子方位計２０は、先に表２に示した例のようにｚ軸磁気センサ素子１ｚとして高さを８００μｍとした磁気センサ素子を用いているため、エポキシ基台３０の厚みを２００μｍ以下にすることによって、地磁気の検出が可能であり、かつ電子方位計２０の全ての高さを１ｍｍ以下のサイズにすることが可能になる。
【００７２】
このように、この発明による磁気センサ素子を３個搭載して３軸磁気センサの電子方位計を構成することにより、３軸磁気センサの電子方位計を小型化し且つ高さを低くすることができ、携帯情報端末へ搭載することが可能になる。
なお、この発明にによる磁気センサ素子を、２個互いに直交する方向に非磁性基台上に配設して、２軸磁気センサによる電子方位計を構成することもできる。あるいは、この発明にによる磁気センサ素子を、非磁性基台上に４個以上搭載して、より高精度の電子方位計を構成することもできる。
【００７３】
〔磁気センサ素子の製造方法〕
次に、この発明による磁気センサ素子の製造方法について、図１１〜図１５と図２を用いて詳細に説明する。これらの各図は、図１から図３によって説明した磁気センサ素子１の各製造工程を示す図であり、図１におけるＥ−Ｅ線に沿う断面に相当する断面図である。
【００７４】
まず、図１１に示す非磁性基台２を用意する。その非磁性基台２は、シリコンウェハの表面が約１．０μｍのシリコン酸化膜を有する。そのシリコン酸化膜の表面に、図１〜図３に示した下コイル薄膜４及び電極パッド１５〜１８となる金（Ａｕ）膜をメッキで形成するための電極となるＡｕスパッタ膜を、所定の膜厚で非磁性基台２の上面の全面に形成する。なお、シリコン酸化膜とＡｕ膜とは密着性が弱いため、密着性強化のためにクロム（Ｃｒ）膜を中間層として形成するとよい。また、以下の説明では、電極パッド１５〜１８の記述を省略するが、この電極パッド１５〜１８は、以下の全ての工程で下コイル薄膜４と同時に処理形成されるものである。
【００７５】
次に、図１１に示す下コイル薄膜４以外の部位をレジストで覆い、レジストで覆われていない下コイル薄膜４となるパターンに、電解メッキによってＡｕ膜を数μｍの厚さに形成する。その後、レジストおよび共通電極のＡｕ膜及びＣｒ膜を剥離、エッチングして、図１１に示すように、Ａｕ膜による所望の形状の下コイル薄膜４を形成する。
この図中には簡易的に図１と同じターン数の薄膜コイルを形成する数の下コイル薄膜が示されているが、実際には、下コイル薄膜４と後段で示す上コイル薄膜１２で形成される薄膜コイルは、例えば厚さが約２μｍ、幅が５μｍ、コイルのターン数が５０ターン程度である。
【００７６】
次に、図１２に示すように、下コイル薄膜４と磁性コア材８を絶縁するための下絶縁層６を形成する。この下絶縁層６には感光性のネガ型材料のポリイミドを用いて、厚さを数μｍとして下コイル薄膜４を覆うように形成し、約３００℃〜３５０℃で１時間、加熱処理を行う。
【００７７】
次に、磁性コア材８となるパーマロイ膜をメッキにより形成するために、図示しない下地となるスパッタ膜を下絶縁層６上に形成する。なお、スパッタ膜を形成する際には、図１におけるＹ方向に数千（Ａ／ｍ）の一定の静磁界を掛けた状態で成膜を行う。ここで成膜するスパッタ膜の厚さは約０．１μｍ程度である。
そして、スパッタ膜を形成した後、スパッタ膜の形成を行ったときと同様な磁場中でパーマロイ膜をメッキによって形成する。
【００７８】
そのメッキ装置は、膜厚分布が良好になるように配慮された循環式の装置であり、メッキ液には硫酸ニッケル、硫酸鉄等からなる硫酸系のメッキ浴を用いる。メッキ時の磁界もまた、図１におけるＹ方向に数千（Ａ／ｍ）程度の静磁界を印加できるように、磁石を埋め込んだメッキ治具を用いる。電流密度は２５（ｍＡ／ｃｍ２）であり、約１０〜２０分の時間条件で、図１３に示すように３〜６μｍ程度の膜厚の磁性コア材８となるパーマロイ膜を得る。
【００７９】
そして、図１３に示す磁性コア材８のパーマロイ膜を、図１に示したようにＨ型形状となる感磁部８ａと集磁部８ｂを有する形状にするために、レジストを用いて、Ｈ型形状を覆う様にパターニングする。そして、Ｈ型形状以外の不要なパーマロイ膜を除去するために、エッチング処理を行う。ここで用いるエッチング液は、塩化第二鉄と塩酸からなるエッチャントであり、攪拌を行いながらエッチングを行うことによって、所望のパターン形状を得ることができる。
【００８０】
このようにして形成される磁性コア材８の全体サイズを、例えば図１におけるＸ方向の幅を８００μｍ、Ｙ方向の幅を１０００μｍとし、中央の感磁部８ａにおけるＸ方向の長さを６００μｍ、Ｙ方向の幅を１００μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＸ方向の幅を１００μｍ、Ｙ方向の長さを１０００μｍとする。
【００８１】
ここで、下コイル薄膜４とともに電極パッドを開口するための下絶縁層６のパターンを形成する。本来、下コイル薄膜４と電極パッドのみを開口するようにレジストをパターン化すれば良いが、下コイル薄膜４と電極パッドがプラズマに曝されるため、磁性コア材８の上面にもレジストが残るようにパターンを形成する。そして、酸素雰囲気中のプラズマ処理により、下コイル薄膜４と電極パッド１６上の下絶縁層６であるポリイミド膜の除去を行う。最後にレジストを剥離して図１に示した形状を得ることができる。
【００８２】
次に、上絶縁層１０形成のためのネガ型感光性のポリイミドを、下コイル薄膜４と磁性コア材８の全表面に均一にスピンコートする。下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２の接続は、先に示した開口部を通して行うが、上コイル薄膜１２を形成する際にこの上絶縁層１０端部での段差による配線切れのおそれがあるため、上絶縁層１０の端部は滑らかな傾斜を有することが必要となる。まず、下コイル薄膜４と電極パッド部が開口するように、露光、現像処理を施して所望のパターンを有する上絶縁層１０を形成する。このときは、上絶縁層１０の端部の形状は、矩形形状となっている。
【００８３】
その後、ポリイミドで形成された上絶縁層１０のキュア（cure）を行う。すると、キュアによってポリイミドが収縮する際にパターン端部形状が自重により滑らかになり、特に開口部外周に位置する上絶縁層１０の形状を、傾斜形状とすることができる。なお、この開口部近傍に設けた上絶縁層１０の傾斜形状は、これらの工程図には現れていない。このキュアの際も一定の静磁界が図１におけるＹ方向に印加されるようにしておき、磁性コア材８の磁区の制御を行う必要がある。そして、図１４に示すように上絶縁層１０を形成する。
【００８４】
さらに、図１５に示すように、下コイル薄膜４と接続をして磁性コア材８の外周に巻回されたコイルを形成するために、下コイル薄膜４の形成と同様に、メッキによりＡｕ膜を数μｍの膜厚で形成して上コイル薄膜１２を形成する。ここで得られた構造体は、図１及び図３に示したように、上コイル薄膜１２と下コイル薄膜４とが磁性コア材８の感磁部８ａの幅方向の端部で順次接続されており、段差エッジ部での配線切れが懸念されるが、上絶縁層１０の端部形状が傾斜を有し、さらに段差部分も滑らかになっているために配線パターンを容易に形成することが可能である。
【００８５】
また、ここで形成された多数の下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２からなる薄膜コイルは、図１及び図３に示した実施例のコイル３のように、隣接する下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２とをそれぞれ感磁部８ａの幅方向の一端側と他端側とで交互に、且つ一つ置きに接続して、それぞれ連続して磁性コア材８の感磁部８ａの周囲を螺旋状に巻き回する２本のコイルを形成し、その一方を励磁用コイル３ａとし、他方を検出用コイル３ｂとすることができる。
しかし、隣接する下コイル薄膜４と上コイル薄膜１２とをそれぞれ感磁部８ａの幅方向の一端側と他端側とで交互に順次接続して、連続する１本のコイルを形成し、それを励磁用と検出用を兼ねたコイルとして使用するようにしても、その１本のコイルによって磁性コア材８の磁化反転を行うことと検出パルスを取り出すことができる。
【００８６】
最後に、図２に示したように、この磁気センサ素子を保護するための保護膜１４を、上絶縁層１０と上コイル薄膜１２を覆うように形成し、この発明による磁気センサ素子１が完成する。なお、保護膜１４には電極パッド１５〜１８の部分を開口しておく。
そして、図１０に示したように、この平行フラックスゲート型の磁気センサ素子をエポキシ基台３０上に複数個実装して、それぞれ磁気センサ用ＩＣ３１と配線によって接続すれば、電子方位計２０を構成することができる。
【００８７】
以上説明したように、この発明による磁気センサ素子は、磁性コア材８及び下コイル薄膜４及び上コイル薄膜１２等を薄膜プロセスで作成することが可能であるので、量産化および低コスト化などに適している。
【００８８】
なお、上記の実施例では、磁性コア材８として２元系のＦｅ、Ｎｉ合金で形成する例で説明を行ったが、実施例に示した浴中に硫酸コバルトなどを添加することにより３元系のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ合金を形成することも可能である。また、軟磁性のアモルファス材をスパッタすることによって、磁性コア材８を形成してもよい。さらには、それらの軟磁性膜を非磁性膜と積層することによって磁性コア材８を形成するとなおよい。
【００８９】
また、上述の説明では、磁気センサ素子１の感磁部に設けたコイル３（励磁用コイル３ａと検出用コイル３ｂ、あるいはそれらに兼用の１本のコイル）の端子となる電極パッド１５〜１８を下コイル薄膜４と同じ平面上に形成するように説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、上コイル薄膜１２と同じ平面上で、かつ集磁部８ｂの上に積層して、上絶縁層１０上に形成してもよい。
【００９０】
〔磁性コア材の他の形状例〕
次に、この発明による磁気センサ素子の磁性コア材の他の形状例について、図１６〜図２３によって説明する。図１６〜図２３はその磁気センサ素子の磁性コア材のそれぞれ異なる形状例をコイルと共に示す平面図である。これらの図において、形状は異なっても、その磁性コア材、感磁部、集磁部、およびコイルには、いずれも図１に示した実施例と同じ符号を付している。
【００９１】
図１６に示す磁性コア材８は、図１に示した実施例の磁性コア材８と同様なＨ型形状であり、集磁部８ｂから感磁部８ａへ、外部磁束をスムーズに流入させることができる。
図１に示した磁性コア材８と異なるのは、磁性コア材８の感磁部８ａとなる部分を図１に示したものより幅の狭い２本の細長い部分に分けて形成している。
図１７に示す磁性コア材８も、同様にＨ型形状であるが、感磁部８ａとなる部分をさらに幅の狭い３本の細長い部分に分けて形成している。
【００９２】
このように、感磁部８ａの磁性コア材の幅を小さくすると、コイル３によって検出されるパルス出力が急峻になり、方位角を検出し易くなる。そのパルス出力は次の式で表すことができる。
ｅ＝ｄΦｄｔ＝Ｓ＊（ｄＢ／ｄｔ）
ｅ：パルス出力
Φ：磁束
Ｂ：磁束密度
Ｓ：感磁部の磁性コア材の断面積
【００９３】
磁性コア材８の厚さが均一であれば、感磁部８ａの磁性コア材の幅が狭いほどその断面積Ｓが小さくなる。したがって、感磁部８ａの磁性コア材の幅を狭くするとパルス出力は急峻になるが、そのパルス出力の値は小さくなる。そのため、幅の狭い磁性コア材を複数本備えることによって、感磁部８ａ全体での磁性コア材の断面積を増やし、急峻で大きなパルス出力を得ることができるようにする。
感磁部８ａを構成する磁性コア材の細長い部分の数は４本以上でもよいが、あまり細くすると製造が困難であるし、破損し易くなるので、２、３本が適当である。なお、コイル３は、その複数本の感磁部８ａに跨って共通に、励磁用コイルと検出用コイルを巻回するか、励磁用と検出用に兼用のコイルを巻回する。
【００９４】
図１８に示す磁性コア材８は、図１に示した実施例の磁性コア材８と同様なＨ型形状であるが、感磁部８ａの両端にそれぞれ接続されている２つの集磁部８ｂの各両端部を、互いに接近するように内側に直角に折り曲げた形状になっている。このような形状にすることによって、外部磁束をより効率よく集めることができる。
【００９５】
図１９以降に示す磁性コア材８は、集磁部８ｂが感磁部８ａを囲む閉ループ状に形成されており、その集磁部８ｂによって囲まれた空間が感磁部８ａによって略二分されるように、空間を挟んで対向する２つの部分がそれぞれ感磁部８ａの両端に接続されている点で共通している。
図１９に示す磁性コア材８は、その集磁部８ｂの平面形状が長方形の枠型に形成されている。集磁部８ｂの平面形状を長方形に代えて正方形の枠型に形成してもよい。
図２０に示す磁性コア材８は、平面形状が長方形の枠型に形成された集磁部８ｂの各角部が円弧状に形成されている。正方形の枠型に形成された集磁部の場合も各角部を円弧状に形成するとよい。
【００９６】
図２１に示す磁性コア材８は、その集磁部８ｂの平面形状が円形の枠型に形成されている。
図２２に示す磁性コア材８は、その集磁部８ｂの平面形状が楕円形の枠型に形成されている。
図２３に示す磁性コア材８は、その集磁部８ｂの平面形状が長円形の枠型に形成されている。
【００９７】
このように、磁性コア材８の集磁部８ｂを閉ループ状に形成すると、コイル３の端子となる電極パッドの配置の自由度が制限されるが、Ｈ型形状の場合と比べて、外部磁束を一層効率よく感磁部８ａに流入させることができる。すなわち、集磁部８と感磁部８ａもループ状に接続されるため、感磁部８ａの反磁界を減少させることができる。そのため、磁束の流れがスムーズになり、外部磁束を効率よく感磁部８ａに流入させることができる。
特に、図２１から図２３に示した例のように、集磁部８ｂの平面形状を円形、楕円形、または長円形にすると、磁束の流れがスムーズになる。
【００９８】
磁性コア材８の集磁部８ｂが長方形又は正方形の枠型場合でも、図２０に示した例のように、各角部を丸くして円弧状にすると磁束の流れがスムーズになる。
図１８〜図２３に示した磁性コア材８においても、その感磁部８ａを構成する磁性コア材を、複数本の細長い部分に分割して構成してもよい。その場合もコイル３は複数本の磁性コア材に共通に巻回する。このようにすれば、地磁気の検出感度が向上する。
【００９９】
また、説明を分かりやすくするために、図１及び図３において電極パッド１５〜１８を大き目に図示したが、後の実装が行えるようなサイズであれば、より小さく形成することも可能である。その形成位置も任意に変更できる。図１に示した例では電極パッド１５〜１８を２つの集磁部８ｂの間に形成したので、磁気センサ素子の全体サイズを小さくすることができるが、必要に応じて磁性コア材８の外部に電極パッドを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】この発明による磁気センサ素子の基本的な実施例の構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ線に沿う断面を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示す下コイル薄膜と上コイル薄膜の接続状態を説明するための拡大図である。
【図４】表４における「ｉ」の場合における検出パルスの波形図である。
【図５】表４における「iv」の場合における検出パルスの波形図である。
【図６】表４における「vi」の場合における検出パルスの波形図である。
【図７】表５における「vi」の場合における検出パルスの波形図である。
【図８】表５における「iii」の場合における検出パルスの波形図である。
【図９】表５における「ｉ」の場合における検出パルスの波形図である。
【図１０】この発明による磁気センサ素子を用いて構成した電子方位計の概念を示した斜視図である。
【０１０１】
【図１１】この発明による磁気センサ素子の製造方法を説明するための最初の工程を示す図２と同様な断面図である。
【図１２】同じく次の工程を示す断面図である。
【図１３】同じくその次の工程を示す断面図である。
【図１４】同じくさらに次の工程を示す断面図である。
【図１５】同じくさらにその次の工程を示す断面図である。
【０１０２】
【図１６】この発明による磁気センサ素子の磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図１７】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図１８】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図１９】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図２０】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図２１】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図２２】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【図２３】同じく磁性コア材の他の形状例を示す平面図である。
【０１０３】
【図２４】従来の磁気センサ素子の構成例を示す斜視図である。
【図２５】同じくその磁気センサ素子のサイズを示す平面図である。
【図２６】同じくその磁気センサ素子の側面図である。
【図２７】従来の３軸磁気センサによる電子方位計の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１：磁気センサ素子      １ｘ：ｘ軸磁気センサ素子      １ｙ：ｙ軸磁気センサ素子
１ｚ：ｚ軸磁気センサ素子      ２：非磁性基台      ３：コイル
３ａ：励磁用コイル      ３ｂ：検出用コイル      ４：下コイル薄膜
６：下絶縁層      ８：磁性コア材      ８ａ：感磁部      ８ｂ：集磁部
１０：上絶縁層      １２：上コイル薄膜      １４：保護膜
１５，１６，１７，１８：電極パッド
２０：電子方位計      ３０  エポキシ基台      ３１：磁気センサ用ＩＣ
【図１】
2007279029.tif 000008
【図２】
2007279029.tif 000009
【図３】
2007279029.tif 000010
【図４】
2007279029.tif 000011
【図５】
2007279029.tif 000012
【図６】
2007279029.tif 000013
【図７】
2007279029.tif 000014
【図８】
2007279029.tif 000015
【図９】
2007279029.tif 000016
【図１０】
2007279029.tif 000017
【図１１】
2007279029.tif 000018
【図１２】
2007279029.tif 000019
【図１３】
2007279029.tif 000020
【図１４】
2007279029.tif 000021
【図１５】
2007279029.tif 000022
【図１６】
2007279029.tif 000023
【図１７】
2007279029.tif 000024
【図１８】
2007279029.tif 000025
【図１９】
2007279029.tif 000026
【図２０】
2007279029.tif 000027
【図２１】
2007279029.tif 000028
【図２２】
2007279029.tif 000029
【図２３】
2007279029.tif 000030
【図２４】
2007279029.tif 000031
【図２５】
2007279029.tif 000032
【図２６】
2007279029.tif 000033
【図２７】
2007279029.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月3日(2007.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性コア材にコイルを巻回して形成された感磁部と、該感磁部の両端にそれぞれ接続され、前記感磁部に磁束を導くための集磁部とを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子において、
前記集磁部が、前記感磁部の磁性コア材と一体の磁性コア材によって前記感磁部の長手方向と直交する方向に延びて形成された一対の長片状の集磁部であって、その各集磁部の長手方向の中央部が前記感磁部の両端にそれぞれ個別に接続されており、
前記コイルは、前記磁性コア材の一方の主面上に形成された上絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の上コイル薄膜と、前記磁性コア材の他方の主面上に形成された下絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の下コイル薄膜とを有し、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルである
ことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
磁性コア材にコイルを巻回して形成された感磁部と、該感磁部の両端にそれぞれ接続され、前記感磁部に磁束を導くための集磁部とを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子において、
前記集磁部が、前記感磁部の磁性コア材と一体の磁性コア材によって前記感磁部を囲む閉ループ状に形成された集磁部であって、該集磁部によって囲まれた空間が前記感磁部によって略二分されるように、該空間を挟んで対向する２つの部分がそれぞれ前記感磁部の両端に接続されており、
前記コイルは、前記磁性コア材の一方の主面上に形成された上絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の上コイル薄膜と、前記磁性コア材の他方の主面上に形成された下絶縁層における前記磁性コア材と反対側の面に設けられた複数個の下コイル薄膜とを有し、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で順次連続するように接続して形成された薄膜コイルである
ことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項３】
前記集磁部の平面形状が、正方形又は長方形の枠型に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記正方形又は長方形の枠型に形成された集磁部の角部が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記閉ループ状の集磁部の平面形状が、円形、長円形、または楕円形の枠型に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
前記感磁部が、複数本の磁性コア材に共通にコイルを巻回して形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項７】
前記磁性コア材は厚さが均一であり、その全体形状は、前記感磁部の長手方向に沿う長さをＡ、前記集磁部における前記感磁部の長手方向と直交する方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａの値が０．８〜１．５となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項８】
前記磁性コア材は、前記感磁部における前記長手方向と直交する方向の長さをＣとしたとき、Ｃ／Ｂの値が０．０３３〜０．２００となるように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ素子。
【請求項９】
前記上絶縁層が、前記感磁部の幅方向の両端部に所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項１０】
前記磁性コア材は、スパッタリング法またはメッキ法により形成された、鉄とニッケルを主成分とするパーマロイ、または鉄とニッケルとコバルトを主成分とする軟磁性膜であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項１１】
前記コイルは、隣接する前記下コイル薄膜と前記上コイル薄膜とをその端部で一つ置きに順次連続するように接続して形成された２本の薄膜コイルによる励磁用コイルと検出用コイルとからなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項１２】
請求項１から１1のいずれか一項に記載の磁気センサ素子が、少なくとも２個以上非磁性基台上に配設されてなることを特徴とする電子方位計。
【請求項１３】
前記磁気センサ素子が前記非磁性基台上に３個配設され、その各磁気センサ素子は前記感磁部の長手方向が互いに直交する向きに配設されて３軸磁気センサを構成していることを特徴とする請求項１２に記載の電子方位計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
この発明による電子方位計は、上述したいずれかの磁気センサ素子を少なくとも２個以上、非磁性基台上に配設して構成する。
その電子方位計は、上記磁気センサ素子を上記非磁性基台上に３個配設し、その各磁気センサ素子を上記感磁部の長手方向が互いに直交する向きに配置して３軸磁気センサを構成することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
この磁気センサ素子１は、図１に示すように、軟磁性体からなる磁性コア材８にコイル３を巻回して形成された感磁部８ａと、その感磁部８ａの両端にそれぞれ接続され、感磁部８ａに磁束を導くための集磁部８ｂとを有するフラックスゲート型の磁気センサ素子である。
その集磁部８ｂは、感磁部８ａと一体の磁性コア材８によって感磁部８ａの長手方向と直交する方向に延びて形成された一対の長片状の集磁部であって、その各集磁部８ｂの長手方向の中央部が感磁部８ａの両端にそれぞれ個別に接続されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
また、図１に示した集磁部８ｂにおけるＹ方向の長さＢが長くなりすぎると、指向性の劣化も懸念される。すなわち、Ｘ方向にある一定の磁場を検出するはずが、Ｙ方向側からの磁束も流入してくることが考えられる。さらに、集磁部８ｂにおけるＹ方向の長さＢが大きくなると、磁気センサ素子の平面方向のサイズが大きくなるため、小型化の点でも当然不利になる。よって、本発明の通り、素子を小型化するにあたって、Ｂ／Ａを０．８から１．５に設計することで、磁気センサ素子１から良好な検出信号が得られ、正確に地磁気を検出することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
表３には、磁気センサ素子１における集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを１０００μｍに固定して、感磁部８ａのＹ方向の長さ（幅）Ｃを変えたときの評価結果を示した。なお、磁性コア材８のＸ方向の長さは８００μｍで固定している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
表３の「ａ」に示す様に、感磁部８ａのＹ方向の長さＣを２５０μｍ、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを１０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂに対して感磁部８ａの長さの比Ｃ／Ｂを０．２５０にすると、ＳＮ比は大きいものの、波形としては鈍い幅広な形になってしまい、磁気センサ素子の感度、分解能といった特性が劣化していることが判る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
それに対して、表３の「ｂ」に示すように、感磁部８ａと集磁部８ｂのＹ方向の長さの比Ｃ／Ｂを０．２００に設定すると、ＳＮ比が良好で、パルス幅もかなり鋭くなり、磁気センサ素子の特性が改善していることが判る。さらに、表３の「ｃ」及び「ｄ」に示すように、感磁部８ａと集磁部８ｂのＹ方向の長さの比Ｃ／Ｂを０．０５０〜０．１００程度に設定すると、最も検出パルス幅が鋭く、かつＳＮ比も大きく維持することができ、より安定して地磁気を検出することができることが判る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
また、表３の「ｆ」のように、感磁部８ａのＹ方向の長さＣを２５μｍ、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを１０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂのＹ方向の長さＢと感磁部８ａのＹ方向の長さＣとの比を０．０２５に設定すると、磁界の検出に必要なパルス信号の強度が低くなってしまい、ＳＮ比が低下して地磁気を検出することができなくなることが判る。それに対して、表３の「ｅ」に示すように、感磁部８ａと集磁部８ｂのＹ方向の長さの比を０．０３３に設定すると、ＳＮ比が改善して地磁気を検出することが可能になる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
次に、上述の場合と同様に、磁気センサ素子における磁性コア材のＸ方向の長さＡを６５０μｍと小型化した場合において、集磁部８ｂのＹ方向の長さＢを７８０μｍに固定して、感磁部８ａのＹ方向の幅Ｃを２０μｍ〜２００μｍまで変えたときの検出パルス波形の評価結果を表５に示す。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
このように、この発明による磁気センサ素子を３個搭載して３軸磁気センサの電子方位計を構成することにより、３軸磁気センサの電子方位計を小型化し且つ高さを低くすることができ、携帯情報端末へ搭載することが可能になる。
なお、この発明による磁気センサ素子を、２個互いに直交する方向に非磁性基台上に配設して、２軸磁気センサによる電子方位計を構成することもできる。あるいは、この発明による磁気センサ素子を、非磁性基台上に４個以上搭載して、より高精度の電子方位計を構成することもできる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
このようにして形成される磁性コア材８の全体サイズを、例えば図１におけるＸ方向の長さを８００μｍ、Ｙ方向の長さを１０００μｍとし、中央の感磁部８ａにおけるＸ方向の長さを６００μｍ、Ｙ方向の幅を１００μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＸ方向の幅を１００μｍ、Ｙ方向の長さを１０００μｍとする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
また、上述の説明では、磁気センサ素子１の感磁部８ａに設けたコイル３（励磁用コイル３ａと検出用コイル３ｂ、あるいはそれらに兼用の１本のコイル）の端子となる電極パッド１５〜１８を下コイル薄膜４と同じ平面上に形成するように説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、上コイル薄膜１２と同じ平面上で、かつ集磁部８ｂの上に積層して、上絶縁層１０上に形成してもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
このように、磁性コア材８の集磁部８ｂを閉ループ状に形成すると、コイル３の端子となる電極パッドの配置の自由度が制限されるが、Ｈ型形状の場合と比べて、外部磁束を一層効率よく感磁部８ａに流入させることができる。すなわち、集磁部８ｂと感磁部８ａもループ状に接続されるため、感磁部８ａの反磁界を減少させることができる。そのため、磁束の流れがスムーズになり、外部磁束を効率よく感磁部８ａに流入させることができる。
特に、図２１から図２３に示した例のように、集磁部８ｂの平面形状を円形、楕円形、または長円形にすると、磁束の流れがスムーズになる。