JP2006284466A - Magnetic detecting sensor, and magnetic substance detector - Google Patents

Magnetic detecting sensor, and magnetic substance detector Download PDF

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Hiroshi Nakamura
寛 中村
Osamu Maeda
修 前田
Fumio Kaneko
文夫 金子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic detecting sensor capable of measuring a magnetic characteristic of a portion in an area as narrow as possible of a detected pattern, by a magnetic detecting part and a bias magnetic field impressing coil, and a magnetic substance detector using the magnetic detecting sensor. <P>SOLUTION: A fine magnetic substance pattern is detected by the magnetic detecting sensor of structure with a Hall element chip 11 and the magnetic field impressing coil 6 mounted on the same substrate 1. The magnetic substance detector is constituted to obtain a high S/N ratio of signal by allow a pulse-like current to flow in the coil 6, or to obtain a signal due to the magnetic substance by changing a level of the pulse-like current. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、近接した磁性体に磁界を与えることにより磁性体により変化した磁束密度を磁性体検出素子により測定する方式の磁気検出センサおよび、磁性体検出装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetic detection sensor and a magnetic detection device that measure a magnetic flux density changed by a magnetic material by applying a magnetic field to adjacent magnetic materials using a magnetic material detection element.

従来、半導体磁気抵抗素子を用いて、前記半導体磁気抵抗素子に永久磁石によりバイアス磁界を印加して前記半導体磁気抵抗素子の表面に近接する磁気印刷パターンを前記半導体磁気抵抗素子の抵抗変化の信号として読み取る磁気センサがある。近年、磁気印刷パターンがより微細化しかつ磁気印刷パターンの磁性体を含有するインクについても異なる磁化特性を持つ複数の種類の磁性体インクを使用するなど、磁気パターンがより複雑化する傾向がある。   Conventionally, using a semiconductor magnetoresistive element, a bias magnetic field is applied to the semiconductor magnetoresistive element by a permanent magnet, and a magnetic print pattern close to the surface of the semiconductor magnetoresistive element is used as a signal of resistance change of the semiconductor magnetoresistive element. There is a magnetic sensor to read. In recent years, magnetic patterns tend to become more complicated, for example, by using a plurality of types of magnetic inks having different magnetization characteristics for inks that have a finer magnetic printing pattern and that contain magnetic substances of the magnetic printing pattern.

図３は、磁気印刷パターンを読み取る半導体磁気抵抗素子を用いた磁気センサ３０の従来例１の断面図である。単結晶インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）製の磁気抵抗素子３１がケース３５中に設置され、図３のケース上面３９で磁気パターンの読み取りを行う。磁気抵抗素子３１の背面に永久磁石３２が設置され磁気抵抗素子３１にバイアス磁界を印加している。磁気センサ３０においては、磁気抵抗素子３１の感磁パターンの幅は約０．５ｍｍであるため、印刷された０．５ｍｍ以下の磁気パターンを読み取る場合には感磁パターンの幅が相対的に大きく、印刷された磁気パターン通りに素子の出力を得ることは困難であり、磁気パターンの平均化された信号が得られる。   FIG. 3 is a cross-sectional view of Conventional Example 1 of a magnetic sensor 30 using a semiconductor magnetoresistive element for reading a magnetic print pattern. A magnetoresistive element 31 made of single crystal indium antimony (InSb) is installed in a case 35, and a magnetic pattern is read on the case upper surface 39 of FIG. A permanent magnet 32 is installed on the back surface of the magnetoresistive element 31 to apply a bias magnetic field to the magnetoresistive element 31. In the magnetic sensor 30, the width of the magnetic sensitive pattern of the magnetoresistive element 31 is about 0.5 mm. Therefore, when reading a printed magnetic pattern of 0.5 mm or less, the width of the magnetic sensitive pattern is relatively large. It is difficult to obtain the output of the element in accordance with the printed magnetic pattern, and an averaged signal of the magnetic pattern can be obtained.

また図３に示す磁気センサ３０では、異なる磁化特性を持つ磁性体をそれぞれ含有する二種類の磁性インクによる被検出パターンが０．５ｍｍ以下の幅で近接して印刷されている場合、磁気抵抗素子３１の感磁パターンの面積が近接して印刷されている被検出パターンより大きく、磁気抵抗素子３１の出力は二種類の磁性インクによる出力が平均化された出力となり、それぞれの磁性インクによる被検出パターンに対応した出力を得ることができない。これらの現象は半導体磁気抵抗素子を使用した磁気パターン読み取り装置の分解能が磁性インクの被検出パターンに対して充分な分解能を持っていないという問題として捉えられる。 Further, in the magnetic sensor 30 shown in FIG. 3, when a pattern to be detected by two kinds of magnetic inks each containing a magnetic material having different magnetization characteristics is printed close in width of 0.5 mm or less, the magnetoresistive element The area of the magnetic sensing pattern 31 is larger than the detected pattern printed in close proximity, and the output of the magnetoresistive element 31 is an output obtained by averaging the outputs of the two types of magnetic inks. The output corresponding to the pattern cannot be obtained. These phenomena can be regarded as a problem that the resolution of the magnetic pattern reading device using the semiconductor magnetoresistive element does not have sufficient resolution with respect to the detected pattern of the magnetic ink.

磁界検出素子の磁気検知パターンが磁性体インクの被検出パターンの幅以下であって、磁性体インクの被検出パターンに対応した電気信号により被検出パターンを検出できるようにしたいという強い要求がある。 There is a strong demand that the magnetic detection pattern of the magnetic field detection element is equal to or smaller than the width of the detected pattern of the magnetic ink and that the detected pattern can be detected by an electrical signal corresponding to the detected pattern of the magnetic ink.

磁界検出素子の感磁パターンを小さくする手段として磁界検出素子として感磁パターンがより小さいホール素子を使用する方法がある。ホール素子の感磁パターンの幅は約１０μｍとすることができ、このパターン幅に近い分解能で磁気パターンを読み出すことが可能である。 As a means for reducing the magnetic sensitive pattern of the magnetic field detecting element, there is a method of using a Hall element having a smaller magnetic sensitive pattern as the magnetic field detecting element. The width of the magnetic sensitive pattern of the Hall element can be about 10 μm, and the magnetic pattern can be read with a resolution close to this pattern width.

ホール素子の原理図を図５に示す。ホール素子の入出力の配線は、図５に示すように半導体薄板５１のそれぞれ対向する２箇所に入力電極５２および出力電極５３を形成し入力電極５２間に電圧Ｖｃを印加して、半導体薄板５１に垂直な方向の磁場強度Ｂに応じた出力電圧ＶＨを出力電極５３間において出力する。入力電極５２間の電圧Ｖｃを一定とすると出力電極５３間の電圧ＶＨは、磁場強度Ｂにほぼ比例したものとなる。ホール素子の感磁パターンの幅は半導体薄板の図５に示す幅ｗとなる。 FIG. 5 shows a principle diagram of the Hall element. As shown in FIG. 5, the input / output wiring of the Hall element is formed by forming an input electrode 52 and an output electrode 53 at two opposing positions of the semiconductor thin plate 51 and applying a voltage Vc between the input electrodes 52 to thereby form the semiconductor thin plate 51. The output voltage VH corresponding to the magnetic field strength B in the direction perpendicular to the output electrode 53 is output between the output electrodes 53. When the voltage Vc between the input electrodes 52 is constant, the voltage VH between the output electrodes 53 is substantially proportional to the magnetic field strength B. The width of the magnetic sensitive pattern of the Hall element is the width w shown in FIG. 5 of the semiconductor thin plate.

従来例２として図４のホール素子を使用した磁界強度センサの模式図を示す。磁界検出素子としてホール素子４１が搭載されており、ホール素子４１の出力側に磁界発生用コイル４２が接続されており、磁界発生用コイル４２には、ホール素子出力を増幅した電流を流すことが可能な増幅用のアンプ４３が接続されている。アンプ４３より磁界強度に応じて磁界をキャンセルする電流を磁界発生用コイル４２に流す。この方法によれば、ホール素子の感度や温度特性によらない出力が得られるとされる。しかしこの従来例２は、印刷された磁気インクによる微細なパターンの磁化特性を測定することを目的としておらず、空間の平均値として磁界強度を測定することを目的としている。したがって磁界発生用コイル４２は、ホール素子４１の後方に設置されており磁界強度センサ４０の検出部に磁性体を近づける場合については、想定されていない。 A schematic diagram of a magnetic field strength sensor using the Hall element of FIG. A Hall element 41 is mounted as a magnetic field detection element, and a magnetic field generating coil 42 is connected to the output side of the Hall element 41, and a current obtained by amplifying the Hall element output can be passed through the magnetic field generating coil 42. A possible amplification amplifier 43 is connected. A current for canceling the magnetic field is supplied from the amplifier 43 to the magnetic field generating coil 42 in accordance with the magnetic field strength. According to this method, an output independent of the sensitivity and temperature characteristics of the Hall element is obtained. However, this conventional example 2 is not intended to measure the magnetization characteristics of a fine pattern by printed magnetic ink, but is intended to measure the magnetic field strength as an average value of the space. Therefore, the magnetic field generating coil 42 is installed behind the Hall element 41, and it is not assumed that the magnetic body is brought close to the detection unit of the magnetic field strength sensor 40.

また、従来例としてより磁界検出素子の磁性体の検出感度を上げるために、ホール素子に磁気バイアスを電磁石で加える例がある。特許文献２に示されるものであり従来例３とする。しかし、この従来例３は磁石と電磁石に挟まれた空間を磁性体が通過することを検出することを目的としており、移動する磁性体の両側に電磁石と永久磁石を配置し、電磁石を挟んで２個のホール素子を配置するという複雑な構成となっている。また、磁性体および磁界検出素子に磁気バイアスを加える永久磁石あるいはコイルも磁界検出素子の後方に設置してある。従来例３では、永久磁石と電磁石間の磁性体を通過する磁束を検出する構成であって、磁界検出素子に近接する微細な磁気パターンを直接検出する目的とはしていないため、磁気パターンの位置を把握するための大きさと構成とはなっていない。
特開２００１−９１６１２号公報 特開２００２−２６７４０５号公報 In addition, as a conventional example, there is an example in which a magnetic bias is applied to the Hall element with an electromagnet in order to increase the detection sensitivity of the magnetic substance of the magnetic field detection element. It is shown in Patent Document 2 and is referred to as Conventional Example 3. However, this conventional example 3 is intended to detect the passage of the magnetic body through the space between the magnet and the electromagnet. The electromagnet and the permanent magnet are arranged on both sides of the moving magnetic body, and the electromagnet is sandwiched between them. It has a complicated configuration in which two Hall elements are arranged. Further, a permanent magnet or a coil for applying a magnetic bias to the magnetic body and the magnetic field detection element is also provided behind the magnetic field detection element. Conventional Example 3 is configured to detect a magnetic flux passing through a magnetic body between a permanent magnet and an electromagnet, and is not intended to directly detect a fine magnetic pattern close to the magnetic field detection element. It is not the size and composition for grasping the position.
JP 2001-91612 A JP 2002-267405 A

従来の近接する磁性体を磁界の変化により検出するセンサでは、一般に磁界検出素子の感磁部分パターンが大きく、磁気測定結果を磁気分布として認識しようとする場合、磁気検出センサが被磁界検出部分のどの位置を検出しているのか、被測定物との相対的な位置を正確に把握することが難しい。被測定物と磁気測定センサの位置を正確に把握して、より正確な磁気分布データを得るためには、磁界検出素子の検出パターンが、測定されるべき磁性体を含む被検出パターンに対して充分小さくまた近接していることが必要である。   In a conventional sensor that detects a close magnetic material by a change in magnetic field, the magnetic sensing element pattern of the magnetic field detection element is generally large, and when the magnetic measurement result is to be recognized as a magnetic distribution, the magnetic detection sensor detects the magnetic field detection part. It is difficult to accurately grasp which position is detected and the relative position to the object to be measured. In order to accurately grasp the position of the measurement object and the magnetic measurement sensor and obtain more accurate magnetic distribution data, the detection pattern of the magnetic field detection element is compared with the detection pattern including the magnetic material to be measured. It must be small enough and close enough.

バイアス磁界印加用コイルについては、限定した範囲のみに磁気を印加する必要があることからコイルも小さくする必要があり、またバイアス磁界印加用コイルについては磁界検出素子と被測定物の磁界検出部分とそれぞれに近接した構造とすることが課題であった。 For the bias magnetic field application coil, it is necessary to apply magnetism only to a limited range, so the coil must also be made small. The problem was to make the structures close to each other.

含有する磁性体の種類が異なる二つ以上の被検出パターンについては、それぞれの被検出パターンに含有する磁性体の磁化特性が異なることを明らかにできる検出方法を設定する必要がある。 For two or more detected patterns having different types of magnetic substances to be contained, it is necessary to set a detection method that can clearly show that the magnetization characteristics of the magnetic substances contained in the respective detected patterns are different.

本発明は、磁気検出部とバイアス磁界印加用コイルが被検出パターンのできるだけ小さい面積の部分の磁気特性について測定が可能となる磁気検出センサおよびこの磁気検出センサを使用した磁性体検出装置を提供することを目的とする。上記目的を達成するための手段として、磁界検出素子およびコイルをできる限り近接して搭載しかつ被検出パターンに近接して置ける構造にすることによって、微細な磁性体パターンが読み出し可能な磁気検出センサおよび、このセンサを使用した磁性体検出装置を提供する。このための手段として磁界検出素子の感磁面の中心とコイルの円周方向の中心を一致させたうえ、コイルの中に磁界検出素子の感磁パターンが設置されるようコイルおよび磁界検出素子を搭載することにより磁気検出センサを構成する。   The present invention provides a magnetic detection sensor and a magnetic body detection device using the magnetic detection sensor, in which the magnetic detection unit and the bias magnetic field application coil can measure the magnetic characteristics of the portion of the pattern to be detected as small as possible. For the purpose. As a means for achieving the above object, a magnetic detection sensor capable of reading out a fine magnetic pattern by mounting a magnetic field detection element and a coil as close as possible and placing the magnetic detection element and a coil close to the pattern to be detected. And the magnetic body detection apparatus using this sensor is provided. As a means for this purpose, the coil and the magnetic field detecting element are arranged so that the magnetic sensing pattern of the magnetic field detecting element is placed in the coil while the center of the magnetic sensitive surface of the magnetic field detecting element is aligned with the center of the coil in the circumferential direction. A magnetic detection sensor is configured by mounting.

磁界検出素子およびコイルは、同一基板上にコイルの磁界発生の中心線を基板と垂直方向に置き、コイルの磁界発生の中心線と磁界検出素子の感磁パターンの中心を一致させて磁界検出素子を設置することによりコイルと磁界検出素子の設置面積を最も小さくできる構成とした。コイルの長さ方向にも最も小さくかつ磁界検出素子に効率よく磁界を印加する構成とするため、コイルの内側に磁界検出素子の感磁パターンがある構成とした。 The magnetic field detection element and the coil are arranged on the same substrate with the magnetic field generation center line of the coil perpendicular to the substrate, and the magnetic field generation center line of the coil is aligned with the center of the magnetic sensing pattern of the magnetic field detection element. The installation area of the coil and the magnetic field detection element can be minimized. In order to achieve the configuration in which the magnetic field is efficiently applied to the magnetic field detection element that is the smallest in the coil length direction, the magnetic sensing pattern of the magnetic field detection element is provided inside the coil.

また二つ以上の異なる磁気特性を持つ磁気パターンに対して、コイルに流す電流の大きさを変更して異なる大きさの磁界を与え、それぞれの磁界における磁界検出素子の出力を測定する。コイルに流す電流の変化に対して磁界検出素子の出力の変化を検出し、磁界検出素子の変化率を計算することによって磁気特性の異なる磁気パターンを検出する磁性体検出装置とすることができる。 In addition, a magnetic field having a different magnitude is applied to a magnetic pattern having two or more different magnetic characteristics by changing the magnitude of the current passed through the coil, and the output of the magnetic field detection element in each magnetic field is measured. It can be set as the magnetic body detection apparatus which detects the magnetic pattern from which a magnetic characteristic differs by detecting the change of the output of a magnetic field detection element with respect to the change of the electric current sent through a coil, and calculating the change rate of a magnetic field detection element.

上記のコイルに流す電流の大きさを変更する方式として交流電流により磁界を与える。コイルに流す電流を交流とすることにより発熱量を抑えて直流より大きな電流を流すことができ直流磁界に比較して大きな磁界を与えることが可能となる。出力信号を大きくすることによって磁界検出素子の出力を精度良く測定することが可能となる。また磁界検出素子の出力を交流電流に同期させて信号を増幅してＳ／Ｎ比の大きい信号を得ることができる。この結果、磁性体パターンを精度良く読み取ることが可能となる。 As a method for changing the magnitude of the current flowing through the coil, a magnetic field is applied by an alternating current. By setting the current flowing through the coil to alternating current, the amount of heat generated can be suppressed and a current larger than direct current can be flowed, and a larger magnetic field can be applied compared to the direct current magnetic field. By increasing the output signal, it is possible to accurately measure the output of the magnetic field detection element. Further, a signal having a large S / N ratio can be obtained by amplifying the signal by synchronizing the output of the magnetic field detecting element with the alternating current. As a result, the magnetic material pattern can be read with high accuracy.

本発明の磁気検出センサによれば、磁界検出素子およびコイルをできる限り近接して搭載しかつ被検出物に近接して磁界検出素子およびコイルして設置できることから微細な磁気パターンが読み出し可能となり、磁気パターンの分布データを精度良く得ることが可能となる。また被測定物として二つ以上の異なる磁気特性を持つ磁気パターンが近接して存在する場合、磁気特性の変化率を比較することによって異なる磁気特性を持つ磁気パターンを識別することができる。 According to the magnetic detection sensor of the present invention, a magnetic field detection element and a coil are mounted as close as possible, and a magnetic field detection element and a coil can be installed as close as possible to an object to be detected. It is possible to obtain magnetic pattern distribution data with high accuracy. In addition, when two or more magnetic patterns having different magnetic characteristics exist in close proximity as the object to be measured, the magnetic patterns having different magnetic characteristics can be identified by comparing the change rates of the magnetic characteristics.

磁気検出センサの磁界検出素子およびコイルを印加する磁界の方向に対して中心を同一として近接しておき、コイルに交流電流を流すことによって、微細な磁気パターンが読み出し可能となる。また磁界検出素子に印加する磁界を磁界検出素子に近接して設置したコイルに二つ以上の大きさの異なる交流電流を流すことによって磁界検出素子の出力の変化率を得ることができる。以下、実施例によって説明する。 A fine magnetic pattern can be read by allowing the magnetic field detection element of the magnetic detection sensor and the direction of the magnetic field to be applied to the coil to be close to each other with the same center and flowing an alternating current through the coil. Further, the rate of change of the output of the magnetic field detection element can be obtained by passing two or more different alternating currents through the coil installed close to the magnetic field detection element as the magnetic field applied to the magnetic field detection element. Examples will be described below.

図１は、本発明の実施例１の磁気検出センサである。図１ａが断面図、図１ｂが平面図である。磁界検出素子としてガラス基体２に形成したインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）ホール素子チップ２２をガラスエポキシ基板５に搭載してある。ガラス基体２上にホール素子動作層としてインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層２が形成されておりインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層３の一部に電極を取り出すための電極層３が形成されている。電極層５に接続された金ワイヤ４は、一方をガラスエポキシ基板１上の配線パターン８と接続され、入出力の導線が形成されている。磁界検出素子であるホール素子チップ２２の底面は、エポキシ樹脂７を介してガラスエポキシ基板１上に固定されている。ホール素子のＩｎＳｂ層２が形成された表面は、保護のためエポキシ層７で覆われる。   FIG. 1 shows a magnetic detection sensor according to a first embodiment of the present invention. 1a is a cross-sectional view and FIG. 1b is a plan view. An indium antimony (InSb) Hall element chip 22 formed on the glass substrate 2 as a magnetic field detection element is mounted on the glass epoxy substrate 5. An indium antimony (InSb) layer 2 is formed on the glass substrate 2 as a Hall element operation layer, and an electrode layer 3 for taking out an electrode is formed on a part of the indium antimony (InSb) layer 3. One of the gold wires 4 connected to the electrode layer 5 is connected to the wiring pattern 8 on the glass epoxy substrate 1 to form input / output conductors. The bottom surface of the Hall element chip 22, which is a magnetic field detection element, is fixed on the glass epoxy substrate 1 via the epoxy resin 7. The surface on which the InSb layer 2 of the Hall element is formed is covered with an epoxy layer 7 for protection.

ガラスエポキシ基板１上に、コイル１１が搭載されておりコイル１１の基板に接する面とホール素子チップ２２の搭載される面は、ガラスエポキシ基板の同一面上であり、コイルの円の中心とホール素子チップの感磁パターンの中心は、一致する構成となっている。したがってコイルの発生する磁界の中心線がホール素子の感磁パターンの中心を通過する構成とされている。また、ホール素子の感磁パターンは、ホール素子チップ２２のガラスエポキシ基板面と対向する面に形成してあるため、コイル１１の中にある。この構成によりコイル１１とホール素子チップ２２の距離は最小になっている。また、ホール素子およびコイルの搭載されたガラスエポキシ基板の面と対向する面に測定するべき磁性体を置く構成とすれば、ガラスエポキシ基板１の厚さおよびホール素子チップ２２の厚さを加えた距離が、検出されるべき磁性体の面とホール素子チップ感磁面の距離となり、この構成において最短になる。 The coil 11 is mounted on the glass epoxy substrate 1, and the surface of the coil 11 that is in contact with the substrate and the surface on which the Hall element chip 22 is mounted are on the same surface of the glass epoxy substrate. The center of the magnetosensitive pattern of the element chip is configured to match. Therefore, the center line of the magnetic field generated by the coil passes through the center of the magnetic sensitive pattern of the Hall element. Further, since the magnetic sensing pattern of the Hall element is formed on the surface facing the glass epoxy substrate surface of the Hall element chip 22, it is in the coil 11. With this configuration, the distance between the coil 11 and the Hall element chip 22 is minimized. Further, if the magnetic material to be measured is placed on the surface of the glass epoxy substrate on which the Hall element and the coil are mounted, the thickness of the glass epoxy substrate 1 and the thickness of the Hall element chip 22 are added. The distance is the distance between the surface of the magnetic material to be detected and the Hall element chip magnetosensitive surface, which is the shortest in this configuration.

この磁性体センサの動作について説明する。コイル１１より発生する磁場はホール素子チップ２２を通り、コイルの周辺を閉ループとする磁束回路を形成する。コイル前面に磁性体が近接して置かれた場合、磁性体の透磁率に応じて磁束回路が変形しホール素子チップに垂直に加わる磁束密度が変化する。磁性体の透磁率の大きさに比例して、ホール素子チップに加わる磁束密度は変わるためホール素子チップの出力は磁性体の透磁率に応じた出力となる。 The operation of this magnetic sensor will be described. The magnetic field generated from the coil 11 passes through the Hall element chip 22 to form a magnetic flux circuit having a closed loop around the coil. When a magnetic material is placed close to the front surface of the coil, the magnetic flux circuit is deformed according to the magnetic permeability of the magnetic material, and the magnetic flux density applied perpendicularly to the Hall element chip changes. Since the magnetic flux density applied to the Hall element chip changes in proportion to the magnetic permeability of the magnetic body, the output of the Hall element chip is an output corresponding to the magnetic permeability of the magnetic body.

コイルに流す電流のレベルを変えて磁性体に加わる磁場の大きさを変更した場合、磁場の大きさの変化に応じて出力の変化分磁性体の種類によりが変わる。ひとつの電流のレベルでの磁界検出素子の出力と、これと異なる電流レベルでの磁界検出素子の出力差を、コイルに流す電流の変化分に対する変化率として捉えることができる。   When the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic material is changed by changing the level of the current flowing through the coil, the change in the output changes depending on the type of the magnetic material according to the change in the magnitude of the magnetic field. The difference between the output of the magnetic field detection element at one current level and the output of the magnetic field detection element at a different current level can be regarded as the rate of change with respect to the change in the current flowing through the coil.

コイルに流す電流を交流とした場合、直流より発熱量を抑えることができるため交流のピークでは、直流より大きな電流を流すことができる。また、ホール素子の出力をコイルに流す交流の周波数と同期して増幅すればＳ／Ｎ比の大きい信号を得ることができる。コイルに流す交流のレベルを周期的に変えて流した場合には、磁性体に加わる磁場の大きさを周期的に変更することができ、これに対応して磁界検出素子の出力が周期的に変わるため、この出力の変化の仕方によってあらかじめ取得した磁性体に関するデータと比較することにより、磁性体の種類を特定することができる。   When the current flowing through the coil is alternating current, the amount of heat generated can be suppressed more than direct current, so that a larger current than direct current can be passed at the peak of alternating current. A signal with a large S / N ratio can be obtained by amplifying the output of the Hall element in synchronism with the frequency of the AC flowing through the coil. If the alternating current level flowing through the coil is changed periodically, the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic material can be changed periodically, and the output of the magnetic field detection element corresponding to this can be changed periodically. Therefore, the type of the magnetic material can be specified by comparing the data with respect to the magnetic material acquired in advance according to how the output changes.

上記のコイルに流す交流電流は、＋−対称の交流のみではなく直流バイアスの加えられた＋−非対称の交流であってもよい。   The alternating current flowing through the coil may be not only + −symmetrical alternating current but also + −asymmetrical alternating current to which a direct current bias is applied.

実施例１は、磁界検出素子であるホール素子として、その材質をＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）で作成した例であるが、その材質をＧｅ（ゲルマニウム）、またはＩｎＡｓ（インジウム砒素）とすることも可能である。 Example 1 is an example in which the Hall element as a magnetic field detection element is made of InSb (indium antimony), but the material can be Ge (germanium) or InAs (indium arsenide). is there.

図２は、本発明の実施例２の磁気検出センサである。図２ａが断面図、図２ｂが平面図である。磁界検出素子としてガラス基体２に形成したインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）ホール素子チップ２２をガラスエポキシ基板１中に搭載してある。ガラス基体２上にホール素子動作層としてインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層３が形成されておりインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層３の一部に電極を取り出すための電極層５が形成されている。電極層５に接続された金ワイヤ４は、一方をガラスエポキシ基板１上の配線パターン８と接続され、入出力の導線が形成されている。磁界検出素子のガラス基体１は、エポキシ樹脂６でガラスエポキシ基板１の穴中に固定される。ガラスエポキシ基板１中の穴は、ガラスエポキシ基板１を貫通している。ホール素子チップ２２のガラス基体１は、側面および底面をエポキシ樹脂６を介してガラスエポキシ基板５に固定されている。   FIG. 2 shows a magnetic detection sensor according to a second embodiment of the present invention. 2a is a sectional view and FIG. 2b is a plan view. An indium antimony (InSb) Hall element chip 22 formed on the glass substrate 2 as a magnetic field detection element is mounted in the glass epoxy substrate 1. An indium antimony (InSb) layer 3 is formed as a Hall element operation layer on the glass substrate 2, and an electrode layer 5 for taking out an electrode is formed on a part of the indium antimony (InSb) layer 3. One of the gold wires 4 connected to the electrode layer 5 is connected to the wiring pattern 8 on the glass epoxy substrate 1 to form input / output conductors. The glass substrate 1 of the magnetic field detection element is fixed in the hole of the glass epoxy substrate 1 with an epoxy resin 6. The holes in the glass epoxy substrate 1 penetrate the glass epoxy substrate 1. The glass substrate 1 of the Hall element chip 22 is fixed to the glass epoxy substrate 5 through the epoxy resin 6 on the side surface and the bottom surface.

ガラスエポキシ基板１に形成された貫通する孔の側面にホール素子配線側の孔が小さくなる段差１２を形成し、孔中にコイル１１が搭載されている。コイル１１はホール素子の配線が形成された裏面より搭載される。コイルに接続される導線パターン９は、ホール素子導線パターン８が形成されたガラスエポキシ基板１の裏面に形成されている。ホール素子チップ２２の感磁面は、コイル６内部にあるように設置し、コイル６の円の中心とホール素子チップのセンサパターンの中心は、一致するよう搭載される。この構成によりコイル８とホール素子チップ２２の距離は最小になっている。ガラスエポキシ基板１のコイル１１の搭載された面側に測定されるべき磁性体を置くと、測定されるべき磁性体の面とコイルあるいはホール素子チップとの間の距離はそれぞれガラスエポキシ基板１の厚さ以下となる。実施例１に比較して測定されるべき磁性体の面とコイルあるいはホール素子チップとの間の距離はそれぞれ小さい。磁性体ホール素子チップ２２のＩｎＳｂ層２が形成された表面は、保護のためエポキシ層７で覆われる。 A step 12 in which the hole on the Hall element wiring side becomes smaller is formed on the side surface of the through hole formed in the glass epoxy substrate 1, and the coil 11 is mounted in the hole. The coil 11 is mounted from the back surface on which the wiring of the Hall element is formed. The conductive wire pattern 9 connected to the coil is formed on the back surface of the glass epoxy substrate 1 on which the Hall element conductive wire pattern 8 is formed. The magnetic sensing surface of the Hall element chip 22 is installed so as to be inside the coil 6, and the center of the circle of the coil 6 and the center of the sensor pattern of the Hall element chip are mounted so as to coincide. With this configuration, the distance between the coil 8 and the Hall element chip 22 is minimized. When the magnetic material to be measured is placed on the surface of the glass epoxy substrate 1 on which the coil 11 is mounted, the distance between the surface of the magnetic material to be measured and the coil or Hall element chip is the same as that of the glass epoxy substrate 1. Less than the thickness. The distance between the surface of the magnetic material to be measured and the coil or Hall element chip is smaller than that in Example 1. The surface of the magnetic Hall element chip 22 on which the InSb layer 2 is formed is covered with an epoxy layer 7 for protection.

このセンサの動作については、実施例１の場合と同様である。   The operation of this sensor is the same as in the first embodiment.

実施例２は、磁界検出素子であるホール素子として、その材質をＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）で作成した例であるが、その材質をＧｅ（ゲルマニウム）、またはＩｎＡｓ（インジウム砒素）とすることも可能である。 Example 2 is an example in which the Hall element as a magnetic field detection element is made of InSb (indium antimony), but the material can be Ge (germanium) or InAs (indium arsenide). is there.

本磁気検出センサは、複雑でかつ微細な磁気パターンを検出するための磁性体検出プローブとして適用できる。
また本磁気検出センサを使用した磁性体検出装置は、磁気検出センサを移動して磁性体パターンによる磁気変化を電気信号として取り出すことができ磁気パターンを磁気強度の変化分として描画できる。 This magnetic detection sensor can be applied as a magnetic substance detection probe for detecting a complicated and fine magnetic pattern.
In addition, a magnetic body detection apparatus using the magnetic detection sensor can extract a magnetic change caused by the magnetic body pattern as an electric signal by moving the magnetic detection sensor, and can draw the magnetic pattern as a change in magnetic intensity.

本発明による磁気検出センサの第１の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st Example of the magnetic detection sensor by this invention. 本発明による磁気検出センサの第２の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd Example of the magnetic detection sensor by this invention. 磁気抵抗素子を使用して磁気パターンを検出する従来例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the prior art example which detects a magnetic pattern using a magnetoresistive element. ホール素子を使用した磁界強度センサの従来例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the prior art example of the magnetic field intensity sensor which uses a Hall element. ホール素子の原理図である。It is a principle diagram of a Hall element.

符号の説明Explanation of symbols

１ ガラスエポキシ基板
２ ガラス基体
３ ＩｎＳｂ層
４ Ａｕ線
５ 電極層
６ 樹脂
７ 樹脂
８ 導電パターン
９ コイル用導電パターン
１１ コイル
１２ 段差
２２ ホール素子チップ
３０ 磁気センサ
３１ 磁気抵抗素子
３２ 永久磁石
３３ 基板
３４ 外部接続用端子
３５ ケース
３７ ケース接地端子
３８ 注入樹脂
３９ ケース上面
４０ 磁界強度センサ
４１ ホール素子
４２ 磁界発生用コイル
４３ アンプ
４１ ホール素子
４２ 磁界発生用コイル
４３ アンプ
５１ 半導体薄板
５２ 入力電極
５３ 出力電極 1 Glass epoxy substrate 2 Glass substrate 3 InSb layer 4 Au wire 5 Electrode layer 6 Resin 7 Resin 8 Conductive pattern 9 Coil conductive pattern 11 Coil 12 Step 22 Hall element chip 30 Magnetic sensor 31 Magnetoresistive element 32 Permanent magnet 33 Substrate 34 External Connection terminal 35 Case 37 Case ground terminal 38 Injection resin 39 Case upper surface 40 Magnetic field strength sensor 41 Hall element 42 Magnetic field generation coil 43 Amplifier 41 Hall element 42 Magnetic field generation coil 43 Amplifier 51 Semiconductor thin plate 52 Input electrode 53 Output electrode

Claims (3)

外部磁界により電気信号を出力する磁界検出素子と、前記磁界検出素子にバイアス磁界を印加する磁界発生用コイルとを有し、前記磁界発生用コイルと前記磁界検出素子は同一基板上に搭載されていて、かつ磁界検出素子は前記磁界発生用コイルの内側に設置されており、前記磁界発生用コイルから発生する磁界の中心と磁界検出素子の感磁面と垂直方向の中心が一致していることを特徴とする磁気検出センサ。 A magnetic field detecting element for outputting an electric signal by an external magnetic field; and a magnetic field generating coil for applying a bias magnetic field to the magnetic field detecting element. The magnetic field generating coil and the magnetic field detecting element are mounted on the same substrate. In addition, the magnetic field detecting element is installed inside the magnetic field generating coil, and the center of the magnetic field generated from the magnetic field generating coil is coincident with the center of the magnetic field detecting element in the vertical direction. Magnetic detection sensor. 上記磁界検出素子がホール素子であり、その材質をＧｅ（ゲルマニウム）、またはＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）、またはＩｎＡｓ（インジウム砒素）とすることを特徴とする請求項１記載の磁気検出センサ。 2. The magnetic detection sensor according to claim 1, wherein the magnetic field detection element is a Hall element, and the material thereof is Ge (germanium), InSb (indium antimony), or InAs (indium arsenide). 前記磁気検出センサを使用する磁性体検出装置であって、前記磁界発生用コイルに交流電流を流すことを特徴とする磁性体検出装置。 A magnetic substance detection apparatus using the magnetic detection sensor, wherein an alternating current is passed through the magnetic field generating coil.
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