(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界検出アモルファスワイヤー取付け用ランドを備えた両電極が絶縁基板の表面に設けられ、これらの電極の前記両ランド間に磁界検出アモルファスワイヤーが接合され、絶縁基板表面上に前記磁界検出アモルファスワイヤーを挾み同ワイヤーの絶縁基板表面よりの高さｈよりも大なる高さＨのリード導体が固設されてなる磁界センサを回路板に前記絶縁基板表面を回路板表面に臨ませて取付けて磁界検出アモルファスワイヤーを回路板表面に非接触としたことを特徴とする磁界センサの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファス磁性体の磁気インピ−ダンス効果を利用する磁界センサの実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁界検出エレメントとして、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが開発されている。
かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波電流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθ（以下、単にμで示す）は同外殻部の円周方向の磁化に依存する。
【０００３】
而るに、この通電中のアモルファスワイヤに外部磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と外部磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。
【０００４】
更に、上記通電電流の周波数がＭＨzオ−ダになると、高周波表皮効果を無視し得なくなり、表皮深さδ＝（２ρ／wμ）１／２（μは前記した通り、円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数)がμにより変化し、このμが前記した通り、外部磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も外部磁界で変動するようになる。
【０００５】
而して、インピ−ダンスＺは
【数１】
Ｚ＝ｒａ／（２δ）＋ｊｗＬ
２δ／ａ
で与えられる。
ただし、ａはアモルファスワイヤの半径、ｒは直流抵抗値、Ｌはアモルファスワイヤの内部インダクタンス、δは前記した表皮深さであり、アモルファスワイヤの長さをＩとして
【数２】
ｒ＝ρ（Ｉ／πａ
）
【数３】
Ｌ
＝μＩ／８π
で与えられる。
従って、インピ−ダンスＺの抵抗値Ｒは
【数４】
Ｒ＝ａｒ√ｗμ／（２√２ρ）
で与えられる。
【０００６】
従来、外部磁界による上記インダクタンス電圧分、または抵抗電圧分あるいはインダクタンス電圧分と抵抗電圧分の双方、すなわち、アモルファスワイヤ両端間出力電圧の変動（この外部磁界による出力電圧の変動は磁気インピ−ダンス効果と称されている）から外部磁界を検出する方法が提案されている（例えば、特開平７−１８１２３９号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記アモルファスワイヤには、線径３０μｍφ程度の細線が用いられるから、上記磁界センサを回路板に実装して使用するには、アモルファスワイヤの保護が必要であり、半導体チップのフェイスダウン実装のようにフェイス（エレメントが設けられている面）を磁界センサ自体の絶縁基板と回路板との間に封じ込むことが考えられる。
また、上記アモルファスワイヤの磁気インピ−ダンス効果を利用した磁界検出法は、屋外機器の磁界制御や高温度環境での機器の磁界制御、例えば工業用ロボットの磁界制御、自動車用磁気方位センサ等での使用が期待されており、その使用温度範囲としては、例えば−２０℃〜９０℃程度を予定しておくことが必要である。
【０００８】
しかしながら、本発明者の検討結果によれば、半導体チップのフェイスダウン実装のようにチップと回路板との間をエポキシ樹脂で封止すると、図３の点線で示すように非封止の場合（実線）に較べ、平温（ほぼ２０℃）よりも高い温度領域では、温度が高くなるほど直流抵抗値が大となる。
この理由としては、アモルファスワイヤとエポキシ樹脂硬化体との熱膨張収縮係数、ヤング率、実質的断面積の差異によって生じる引張り応力にあると推定される。
すなわち、エポキシ樹脂の封止時、樹脂の熱収縮や硬化収縮によりアモルファスワイヤに圧縮応力が発生し、エポキシ樹脂層に引張り応力が発生するが、エポキシ樹脂層の経時的コ−ルドフロ−のために、これらの応力が吸収され消滅し、この状態で周囲温度が上昇すると、アモルファスワイヤに引張り応力が、樹脂層に圧縮応力が発生し、その周囲温度が高くなるほどその応力が大となり、アモルファスワイヤに作用する引張り応力も大となり、その結果熱の自由電子の運動激化による抵抗値増大（抵抗温度係数による抵抗値増大）以外に引張り応力に起因する抵抗値増大が生じるものと推定される。その証左として、アモルファスワイヤに圧縮応力が作用する平温（ほぼ２０℃）よりも低い温度範囲では、図３に示すようにエポキシ樹脂封止品と非封止品との間での直流抵抗値の差異は実質上認められず、温度上昇に伴う自由電子の運動激化による抵抗値増大が観られるだけである。
【０００９】
而るに、上記アモルファスワイヤの磁気インピ−ダンス効果を利用した磁界検出法においては、前記式のインピ−ダンス中の例えば前式の抵抗値Ｒ＝ａｒ√ｗμ／（２√２ρ）を利用する場合、直流抵抗値ｒが実質的に一定のもとでの外部磁界による透磁率μの変化に基づく抵抗値変化をセンサ出力としているから、直流抵抗値ｒの前記温度変化による変化は検出誤差として現われ、上記自由電子の運動激化による通常の直流抵抗値増大による誤差は僅かであって許容し得ても、上記エポキシ樹脂封止の場合の引張り熱応力に起因する大なる抵抗値増大による検出誤差が大きく検出精度を大きく低下させる原因となる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の鋭意検討結果に基づき、磁界検出エレメントの磁気インピ−ダンス効果を利用して外部磁界を検出する磁界センサを回路板に実装する構造において、磁界検出エレメントの温度変化による直流抵抗値変化を僅少にとどめ、温度の影響をよく防止して外部磁界を充分な精度で検出できるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁界センサの実装構造は、磁界検出アモルファスワイヤー取付け用ランドを備えた両電極が絶縁基板の表面に設けられ、これらの電極の前記両ランド間に磁界検出アモルファスワイヤーが接合され、絶縁基板表面上に前記磁界検出アモルファスワイヤーを挾み同ワイヤーの絶縁基板表面よりの高さｈよりも大なる高さＨのリード導体が固設されてなる磁界センサを回路板に前記絶縁基板表面を回路板表面に臨ませて取付けて磁界検出アモルファスワイヤーを回路板表面に非接触としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明において使用する磁界センサの一例の平面図を、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図をそれぞれ示している。
図１において、１は絶縁基板である。２，２は絶縁基板１上に設けた電極であり、磁界検出エレメント取付け用ランド２１を備えている。３は電極２，２のランド２１，２１間に接続した磁界検出エレメント、例えばアモルファスワイヤであり、アモルファスワイヤ３と各ランド２１との接合は溶接により行うことができる。４，４は前記磁界検出エレメント３を挾んで絶縁基板１上に固設したリ−ド導体であり、絶縁基板表面からのリ−ド導体４の高さＨは絶縁基板表面からの磁界検出エレメント３の高さｈよりも大としてある。
【００１３】
上記絶縁基板１には、例えばセラミックス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノ−ル基板等を使用できる。
【００１４】
上記電極（膜電極）２は、導電ペ−スト、例えば銀ぺ−ストの塗布・焼付け、銅箔積層基板の印刷エッチング等により設けることができる。
【００１５】
上記磁界検出エレメント３としては、例えば回転液中紡糸法（溶融合金を円形ノズルから噴出させ、これを高速回転の冷却液中に入射させて急冷凝固する方法）による得られる線径１００〜２０μｍのアモルファス細線を使用できる。アモルファスワイヤに代え、アモルファスリボン、例えばガン法（溶解炉に不活性ガスを吹き込み、溶解炉下方のスリットより溶融金属を吹き出させ、これを下方の金属すべり台に叩きつけて急冷凝固する方法）により得られるリボンを使用することもできる。アモルファス合金としては、零磁歪乃至は負磁歪の鉄、コバルトまたはニッケル系の合金、例えばＦｅＣｏＳｉＢ合金を使用できる。
前記アモルファスワイヤまたはリボンに代え、同様の方法で作られた微細晶質の細線またはリボンを使用することもできる。
【００１６】
図２は本発明に係る磁界センサの実装構造の一例を示す側面図であり、上記磁界センサＡの磁界検出エレメント３を回路板５の表面に臨ませ、磁界センサＡのリ−ド導体４，４を回路板５の導体ランドにはんだ付けしてあり、リ−ド導体４，４により磁界センサＡの絶縁基板表面と回路板表面との間に厚みＨの間隙が保持され、磁界検出エレメントと回路板表面との間が間隙（Ｈ−ｈ）の非接触状態とされている。
【００１７】
本発明により実装する磁界センサは、磁界検出エレメントの直流抵抗値が一定であることを前提とし、高周波電流またはパルス電流を通電中の磁界検出エレメントに軸方向に通過する外部磁界により磁界検出エレメントの透磁率μを変化させ、その結果前記の式で示したインピ−ダンスの抵抗分やインダクタンス分が変化する現象、すなわち磁気インピ−ダンス効果を利用して外部磁界を検出するものであり、例えばＣ−ＭＯＳインバ−タＩＣで構成した無安定マルチバイブレ−タの出力電流をアモルファスワイヤに流し、そのアモルファスワイヤの両端に現われるパルス電圧をショツトキ−ダイオ−ドとコンデンサ・抵抗並列回路とでホ−ルドしてセンサ出力とする方式等を使用できる。
而して、式のインピ−ダンス中の式の抵抗値Ｒにおける直流抵抗値ｒが温度変化によりΔｒ変化したとすると、次式の透磁率変化Δμをもたらす外部磁界の変化があったようにセンサ出力され、誤差となる。
【数５】
Δμ＝２μΔｒ／ｒ
【００１８】
而るに、本発明に係る磁界センサの実装構造においては、エポキシ樹脂封止を行う半導体チップのフェイスダウン実装とは異なり、樹脂による磁界検出エレメントの拘束を排除して磁界検出エレメントを非接触状態にしているから、保護材と磁界検出エレメントとの熱膨張収縮係数等との差異による磁界検出エレメントの引張り熱応力の発生を排除でき、前式でのΔｒを充分に小さくできるから、外部磁界を充分に高精度で検出できる。
【００１９】
【実施例】
〔実施例〕
図１の磁界センサにおいて、絶縁基板１にアルミナセラミックス基板を、磁界検出エレメント３に外径３０μｍφのアモルファスワイヤをそれぞれ使用し、電極のランド２１，２１間距離を５ｍｍとし、Ｈを２５０μｍ、ｈを１００μｍとし、この磁界センサを図２に示すように回路板に実装した。
【００２０】
〔比較例〕
実施例に対し、磁界センサの絶縁基板と回路板との間の間隙をエポキシ樹脂で封止した。
【００２１】
これらの実施例及び比較例につき（各試料数は１０個）、温度−２０℃から９０℃に昇温しての直流抵抗値測定を５回行い、各温度での抵抗値の平均値を求めたところ、図３の通りであり、比較例品ではほぼ２０℃を越えるとアモルファスワイヤに引張り力が作用し、その引張り応力が温度上昇と共に大となっていくために、温度上昇に対する抵抗値変化が大であるが、実施例品では通常の抵抗温度係数による抵抗値増大しか生じなかった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、通電中の磁界検出エレメントに軸方向に通過する外部磁界により磁界検出エレメントの透磁率が変化してアモルファスワイヤのインピ−ダンスが変化する現象、すなわち磁気インピ−ダンス効果を利用して外部磁界を検出する磁界センサにおいては、磁界検出エレメントに引張り熱応力が作用すると抵抗値が増加して検出誤差になることを認識し、フェイスダウンで実装するにもかかわらず、周囲温度の大なる変化のもとでも磁界検出エレメントに熱応力を発生させないように非封止状態で実装しているから、磁界センサの磁界検出エレメントを良好に保護しつつ外部磁界を磁気インピ−ダンス効果により充分に高精度で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明において使用する磁界センサの一例を示す図面である。
【図２】  本発明に係る磁界センサの実装構造の一例を示す図面である。
【図３】  本発明に係る実装構造で実装した磁界センサの抵抗・温度特性を比較例との対比で示す図である。
【符号の説明】
１          絶縁基板
２          電極
３          磁界検出エレメント
４          リ−ド導体
５          回路板
【図１】
0004368965.tif 000002
【図２】
0004368965.tif 000003
【図３】
0004368965.tif 000004