JPWO2011155526A1 - Fluxgate sensor and electronic compass and ammeter using the same - Google Patents
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Abstract
基板上に形成された第1配線層と、前記第1配線層を覆うように形成された第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分の幅よりも広い幅を持つ対の端部分と、前記端部分と前記中央部分との接続部分をなす遷移部分と、を有する磁気コアと、前記磁気コアを覆うように前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に形成された第2配線層と、を少なくとも備え、前記第1配線層と前記第2配線層とが電気的に接続されることにより、前記対の端部分に巻き回される第1のソレノイドコイルと、前記中央部分に巻き回される第2のソレノイドコイルを構成し、前記中央部分が、その両端から中央に向かって徐々に幅が狭くなっていることを特徴とするフラックスゲートセンサ。A first wiring layer formed on the substrate; a first insulating layer formed to cover the first wiring layer; a central portion formed on the first insulating layer; and a width of the central portion Formed on the first insulating layer so as to cover the magnetic core, and a magnetic core having a pair of end portions having a wider width and a transition portion forming a connection portion between the end portion and the central portion. A second insulating layer and a second wiring layer formed on the second insulating layer, and the first wiring layer and the second wiring layer are electrically connected to each other, A first solenoid coil wound around the pair of end portions and a second solenoid coil wound around the center portion are configured, and the width of the center portion gradually decreases from both ends toward the center. A fluxgate sensor characterized by
Description
本発明は、フラックスゲートセンサおよびそれを利用した電子方位計ならびに電流計に関する。特に、励磁効率が高く、かつ磁界依存性の低いフラックスゲートセンサおよびそれを利用した電子方位計ならびに電流計に関する。
本願は、2010年6月9日に、日本に出願された特願2010−132447号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a fluxgate sensor, an electronic compass and an ammeter using the same. In particular, the present invention relates to a fluxgate sensor having high excitation efficiency and low magnetic field dependency, and an electronic compass and ammeter using the fluxgate sensor.
This application claims priority on June 9, 2010 based on Japanese Patent Application No. 2010-132447 for which it applied to Japan, and uses the content for it here.
携帯電話や、ポータブルナビゲーションデバイス、ゲームコントローラ等に用いられている電子方位計としては、センサの感磁方向が互いに交わるように配置される3つの磁気センサを組み合わせた電子方位計が用いられている。また、電線ケーブルなどの導体に流れる電流を測定する電流計としては、電流が発生させる磁界を磁気センサによって検知し電流値に換算する電流計が用いられている。 As an electronic azimuth meter used for a mobile phone, a portable navigation device, a game controller, etc., an electronic azimuth meter in which three magnetic sensors arranged so that the magnetic sensitive directions of the sensors cross each other is used. . Further, as an ammeter for measuring a current flowing in a conductor such as an electric cable, an ammeter that detects a magnetic field generated by the current with a magnetic sensor and converts it into a current value is used.
その磁気センサとしては、従来、ホール効果を利用したものや、磁気抵抗効果(MR:Magneto Resistive effect)または巨大磁気抵抗効果(GMR:Giant Magneto Resistive effect)を利用したものがある。これらは、薄膜プロセスで作製されるため、小型化や集積化が可能であり、携帯機器などに広く用いられている。しかしながら、これらのセンサは、小型化した場合に感度が低くなり、電子方位計で検出されるべき0.3Oe程度の地磁気レベルを高精度に検出することが難しい。したがって、これらのセンサを用いた電子方位計では、その方位精度は10度程度が限界であった。また、電流計として用いる場合においても、小型化した場合に感度が低くなり、電流値を高精度に測定することが困難であった。 Conventionally, there are magnetic sensors using the Hall effect and those using the magnetoresistive effect (MR) or the giant magnetoresistive effect (GMR). Since these are manufactured by a thin film process, they can be miniaturized and integrated, and are widely used in portable devices and the like. However, these sensors have low sensitivity when they are miniaturized, and it is difficult to detect a geomagnetic level of about 0.3 Oe to be detected with an electronic compass with high accuracy. Therefore, in an electronic azimuth meter using these sensors, the azimuth accuracy is limited to about 10 degrees. Also, when used as an ammeter, the sensitivity is reduced when the device is downsized, and it is difficult to measure the current value with high accuracy.
一方、近年、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス(MI:Magneto-Impedance)センサ(以下、MIセンサと称す)や直交フラックスゲートセンサによる電子方位計が提案されており、方位精度が2.5度程度と高精度なものが実現されている。また、薄膜プロセスにて作製された小型のフラックスゲートセンサを用いた電子方位計が、例えば特許文献1乃至4により開示されている。また、MIセンサを用いた電流センサ(電流計)が、例えば特許文献5により開示されている。
On the other hand, in recent years, an electronic compass using a magneto-impedance (MI) sensor (hereinafter referred to as MI sensor) using an amorphous wire and an orthogonal fluxgate sensor has been proposed, and the orientation accuracy is about 2.5 degrees. High accuracy is realized. Further, for example,
ところで、特に磁気検出の精度を高めるためには、センサの感度により決められる検出分解能とリニアリティ誤差が重要な要素となる。MIセンサや直交フラックスゲートセンサと、薄膜プロセスにて作製された小型のフラックスゲートセンサとでは、分解能が同程度である。MIセンサや直交フラックスゲートセンサの場合、磁気コアのヒステリシスに起因して出力電圧にもそのヒステリシスの影響が表れてしまう。そのため、リニアリティ誤差が悪化する可能性があった。また、リニアリティを改善するために負帰還回路を用いる方法もあるが、消費電力が大きくなり、回路が複雑になる。 By the way, in particular, in order to increase the accuracy of magnetic detection, detection resolution and linearity error determined by the sensitivity of the sensor are important factors. An MI sensor or orthogonal fluxgate sensor and a small fluxgate sensor manufactured by a thin film process have the same resolution. In the case of the MI sensor or the orthogonal fluxgate sensor, due to the hysteresis of the magnetic core, the influence of the hysteresis also appears on the output voltage. Therefore, the linearity error may be deteriorated. In addition, there is a method of using a negative feedback circuit in order to improve linearity, but power consumption becomes large and the circuit becomes complicated.
一方、フラックスゲートセンサにおいては、例えば非特許文献1に開示されているphase-delay methodを用いることにより、磁気コアのヒステリシスの影響を受けずに良好なリニアリティを有する磁気センサを実現することができる。この方法によると、センサの出力はタイムドメインに基づいて行われ、センサを構成する磁気コアの保磁力に起因するヒステリシスの影響を取り除くことができるうえに、カウンタを用いたデジタル検出が可能であるため、アナログ/デジタル変換時の誤差の影響を取り除くことができ、リニアリティの良好なセンサを構成することができる。例えば非特許文献2によれば、この方法を用いることにより、0.06%FSのリニアリティを実現している。アモルファスワイヤを用いたMIセンサでは、リニアリティ誤差は1〜2%程度であるため、このようにリニアリティの良好なフラックスゲートセンサを用いることで、より方位精度の高い電子方位計やより測定精度の高い電流計を実現することが可能となる。
On the other hand, in the fluxgate sensor, for example, by using the phase-delay method disclosed in Non-Patent
上述した通り、分解能が高く、リニアリティの良好な、phase-delay methodを用いたフラックスゲートセンサにより、より方位精度の高い電子方位計やより測定精度の高い電流計を構成することができる。
しかしながら、かかるフラックスゲートセンサは、励磁コイルおよび検出コイルを磁性体コアの周囲に巻き回す必要がある。したがって、バイアスコイルもしくはピックアップコイルのみを巻き回す構造のMIセンサや直交フラックスゲートセンサと比較して小型化が難しい。As described above, an electronic azimuth meter with higher azimuth accuracy and an ammeter with higher measurement accuracy can be configured by a fluxgate sensor using a phase-delay method with high resolution and good linearity.
However, such a fluxgate sensor requires an exciting coil and a detection coil to be wound around the magnetic core. Therefore, it is difficult to reduce the size as compared with the MI sensor or the orthogonal flux gate sensor having a structure in which only the bias coil or the pickup coil is wound.
また、小型集積化を実現するために、前述のように薄膜プロセスでフラックスゲートセンサを作製する試みもなされているが、小型化することにより反磁界が大きくなり、感度が低下してしまう。特に、3つの互いに直交する方向に感度を有する電子方位計を実現しようとした場合、電子方位計を構成する基板に対して垂直方向に感磁方向を設定する必要がある。そのため、電子方位計を構成する基板にセンサ素子を垂直に立てた状態で実装する必要がある。
そのため、電子方位計を薄型化するにあたり、基板に垂直に立てるセンサ素子は、その感磁方向の長さを短くする必要がある。例えば電子方位計の厚さを1mm以下とする場合においては、基板やモールド樹脂の厚さを考慮すると、センサの感磁方向長さを0.5〜0.7mm程度にする必要がある。しかし、軟磁性体コアの長さが1mm以下となると、反磁界が大きくなり、感度が著しく低下する。In addition, in order to realize small integration, attempts have been made to produce a fluxgate sensor by a thin film process as described above. However, the demagnetization increases the demagnetizing field and the sensitivity decreases. In particular, when an electronic azimuth sensor having sensitivity in three mutually orthogonal directions is to be realized, it is necessary to set a magnetosensitive direction in a direction perpendicular to the substrate constituting the electronic azimuth meter. Therefore, it is necessary to mount the sensor element in a state where the sensor element stands vertically on the substrate constituting the electronic azimuth meter.
Therefore, in order to reduce the thickness of the electronic azimuth meter, it is necessary to shorten the length of the magnetic sensing direction of the sensor element that stands vertically to the substrate. For example, when the thickness of the electronic azimuth meter is 1 mm or less, the length of the sensor in the magnetic sensing direction needs to be about 0.5 to 0.7 mm in consideration of the thickness of the substrate and the mold resin. However, when the length of the soft magnetic core is 1 mm or less, the demagnetizing field is increased and the sensitivity is significantly lowered.
例えば特許文献1や特許文献4においては、磁気コアの外側部分の幅を広くしたH型形状の磁気コアを用いている。この構成では、励磁コイルと検出コイルは磁気コア中心部の細い部分にのみ巻き回されている。そのため、センサ素子のサイズを小さくすると、励磁コイルおよび検出コイルともに巻き数が限られてしまい、十分な巻き数を確保するのが難しい。また、励磁コイルと検出コイルとが交互に巻き回された構造である。そのため、コイルの巻き数は、素子サイズとコイルピッチにより決まってしまい、検出コイルとピックアップコイルのそれぞれの巻き数を独立に設定することが難しく、設計の自由度が低い。
For example, in
本出願人は、磁気コアの両端部の幅広い領域と中央部の幅細い領域において、それぞれ別個のコイルを巻き回すことにより、小型化しても高い励磁効率を確保することができるフラックスゲートセンサを検討している。しかしながら、磁性体コアにおいて寸法変化が急峻な部位を有する場合、該部位において磁束が局所的に飽和することから、磁気コア内部での磁束密度が不均一となり、特定の外部磁界や励磁状態に対して検出特性が著しく悪化することがある。このことを示す具体的データを以下に示す。 The present applicant has studied a fluxgate sensor that can secure high excitation efficiency even if it is reduced in size by winding separate coils in a wide area at both ends of the magnetic core and a narrow area at the center. doing. However, if the magnetic core has a portion with a sharp dimensional change, the magnetic flux is locally saturated at the portion, so that the magnetic flux density inside the magnetic core becomes non-uniform, and it is not suitable for a specific external magnetic field or excitation state. Detection characteristics may be significantly degraded. Specific data showing this is shown below.
図13は、従来における磁気コアの形状の一例を示す図である。この従来の磁気コアは、中央の幅の狭い領域(中央部分)の幅が一様であり、側面が直線状である。更に、中央の幅の狭い領域と両端の幅の広い領域(端部分)の接続部分(遷移部分)が、直線のテーパ形状をしている。 FIG. 13 is a diagram showing an example of the shape of a conventional magnetic core. In this conventional magnetic core, the width of the narrow central region (central portion) is uniform, and the side surfaces are straight. Furthermore, the connecting portion (transition portion) of the narrow region at the center and the wide region (end portion) at both ends has a linear taper shape.
図14は、図13に示す形状の磁気コアに対して、12Oeの外部磁界を印加した場合の、その外部磁界に対する磁気コア内部の磁束密度を有限要素法により計算した結果を示す図である。なお、図14の横軸は、図13に示した磁気コアの長手方向の全長に渡るそれぞれの位置に対応している。 FIG. 14 is a diagram illustrating a result of calculating the magnetic flux density inside the magnetic core with respect to the external magnetic field when the external magnetic field of 12 Oe is applied to the magnetic core having the shape shown in FIG. 13 by the finite element method. The horizontal axis in FIG. 14 corresponds to each position over the entire length in the longitudinal direction of the magnetic core shown in FIG.
このように、従来の磁気コアでは、磁気コアの幅が変化する領域において直線的にその幅が変化している場合、幅の狭い領域(中央部分)の両端において局所的に磁束が飽和しやすく、一方、その中央部において磁束が未飽和となる。 Thus, in the conventional magnetic core, when the width changes linearly in the region where the width of the magnetic core changes, the magnetic flux is likely to be saturated locally at both ends of the narrow region (center portion). On the other hand, the magnetic flux is unsaturated at the center.
また、フラックスゲートセンサにおいては、励磁コイルにより正負交互に飽和状態となるように励磁を行う必要がある。特に中央の幅の狭い領域の入り口付近において局所的に磁束が飽和してしまう場合には、飽和領域を避けるように磁束が流れるため、磁気コア外部に磁束が流出し、中央の幅の狭い領域全体にわたって励磁することができなくなる。 Further, in the fluxgate sensor, it is necessary to perform excitation so as to be saturated alternately positive and negative by the exciting coil. In particular, when the magnetic flux is locally saturated near the entrance of the narrow area in the center, the magnetic flux flows so as to avoid the saturation area. It becomes impossible to excite the whole.
図15は、従来のフラックスゲートセンサにおけるピックアップ電圧の磁界依存性を示す図である。図16は、各磁界でのフラックスゲートセンサの出力である正負のピックアップ電圧のピーク値をプロットした図である。なお、図16においては、ピックアップ電圧の正および負のそれぞれについて、磁界を「負→正→負」というように変化させている。 FIG. 15 is a diagram showing the magnetic field dependence of the pickup voltage in the conventional fluxgate sensor. FIG. 16 is a diagram in which peak values of positive and negative pickup voltages, which are outputs of the fluxgate sensor in each magnetic field, are plotted. In FIG. 16, the magnetic field is changed as “negative → positive → negative” for each of the positive and negative pickup voltages.
図15は横軸が時間軸であり、正側のスパイク状パルスと負側の該パルスの時間差が磁界の強さを表している。0Oeおよび8Oeの場合は検出できるが、16Oeの場合は、負側で閾値電圧を超えないため、検出不能という結果となっている。 In FIG. 15, the horizontal axis is the time axis, and the time difference between the spike-like pulse on the positive side and the pulse on the negative side represents the strength of the magnetic field. In the case of 0 Oe and 8 Oe, detection is possible, but in the case of 16 Oe, the threshold voltage is not exceeded on the negative side, so that detection is impossible.
また、図16は、図15とは別のケースであるが、横軸を磁界として表したものである。略12Oeを超えると正側で閾値を下回るようになり、また、略−12Oeを下回ると負側で閾値を超えないようになる。結局、12Oe以上と−12Oe以下で、検出不能という結果となっている。 FIG. 16 is a case different from FIG. 15, but shows the horizontal axis as a magnetic field. If it exceeds approximately 12 Oe, it will fall below the threshold value on the positive side, and if it falls below approximately −12 Oe, it will not exceed the threshold value on the negative side. After all, the result is that detection is impossible at 12 Oe or more and −12 Oe or less.
このように、図13に示した磁気コアを用いてフラックスゲートセンサを構成した場合、励磁効率が低下することに加え、図15および図16に示すように、フラックスゲートセンサの出力波形の磁界依存性が大きくなる。これにより、閾値電圧を超える間の時間間隔を計測する場合、外部磁界の印加によりピックアップ電圧が小さくなり、検出できないことがある。言い換えれば、かかるフラックスゲートセンサでは、限られた外部磁界の範囲でしか、時間間隔計測の機能を発揮し得ない(磁界の測定レンジが狭い)。 As described above, when the fluxgate sensor is configured using the magnetic core shown in FIG. 13, in addition to the decrease in excitation efficiency, the output waveform of the fluxgate sensor depends on the magnetic field as shown in FIGS. Increases sex. Thereby, when measuring the time interval between exceeding a threshold voltage, a pick-up voltage may become small by application of an external magnetic field, and may not be detected. In other words, such a fluxgate sensor can exhibit a time interval measurement function only within a limited external magnetic field range (the magnetic field measurement range is narrow).
本発明は、励磁効率が高く、かつ磁界依存性の低いフラックスゲートセンサおよびそれを利用した電子方位計ならびに電流計を提供する。 The present invention provides a fluxgate sensor with high excitation efficiency and low magnetic field dependency, and an electronic compass and ammeter using the same.
本発明のフラックスゲートセンサは、基板上に形成された第1配線層と、前記第1配線層を覆うように形成された第1絶縁層と、前記第1絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分の幅よりも広い幅を持つ対の端部分と、前記端部分と前記中央部分との接続部分をなす遷移部分と、を有する磁気コアと、前記磁気コアを覆うように前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、前記第2絶縁層上に形成された第2配線層と、を少なくとも備え、前記第1配線層と前記第2配線層とが電気的に接続されることにより、前記対の端部分に巻き回される第1のソレノイドコイルと、前記中央部分に巻き回される第2のソレノイドコイルとを構成し、前記中央部分が、その両端から中央に向かって徐々に幅が狭くなっていてもよい。
前記中央部分は、内側に括れた略R形状をしていてもよい。
前記中央部分の曲率半径が、前記中央部分の長さの5倍以上10倍以下であってもよい。
前記遷移部分の前記中央部分への接続部分近傍を、前記R形状に繋がる曲線としてもよい。
前記遷移部分の前記端部分への接続部分近傍を、前記端部分の直線側面に繋がる曲線としてもよい。
本発明の電子方位計は、基板と、上述のフラックスゲートセンサを少なくとも1つ含む3つのフラックスゲートセンサと、を備える電子方位計であって、前記3つのフラックスゲートセンサは、各フラックスゲートセンサの感磁方向が互いに交わるように前記基板上に配置されていてもよい。
前記各フラックスゲートセンサの感磁方向は、互いに直交していてもよい。
本発明の電流計は、基板と、請求項1に記載のフラックスゲートセンサと、前記フラックスゲートセンサが検知した磁界を電流値に変換するための信号処理ICと、を備えてもよい。
前記フラックスゲートセンサは、前記フラックスゲートセンサの感磁方向が磁界の方向と平行となるように前記基板上に配置されていてもよい。
本発明の計測系は、導線と2つの上述の電流計を備え、前記2つの電流計は、前記導線からの距離が同一であり、また、前記導線を挟んで対称な位置に配置されていてもよい。The fluxgate sensor of the present invention includes a first wiring layer formed on a substrate, a first insulating layer formed so as to cover the first wiring layer, and a central portion formed on the first insulating layer. A magnetic core having a pair of end portions having a width wider than the width of the central portion, and a transition portion forming a connecting portion between the end portion and the central portion, and so as to cover the magnetic core At least a second insulating layer formed on the first insulating layer and a second wiring layer formed on the second insulating layer, wherein the first wiring layer and the second wiring layer are electrically Are connected to each other to form a first solenoid coil wound around the pair of end portions and a second solenoid coil wound around the center portion. The width may gradually narrow toward the center.
The central portion may have a substantially R shape that is bound inside.
The curvature radius of the central portion may be not less than 5 times and not more than 10 times the length of the central portion.
It is good also considering the connection part vicinity to the said center part of the said transition part as the curve connected to the said R shape.
It is good also considering the connection part vicinity to the said edge part of the said transition part as the curve connected to the linear side surface of the said edge part.
The electronic azimuth meter of the present invention is an electronic azimuth meter comprising a substrate and three fluxgate sensors including at least one of the above-described fluxgate sensors, wherein the three fluxgate sensors correspond to each fluxgate sensor. You may arrange | position on the said board | substrate so that a magnetic sensitive direction may mutually cross.
The magnetic sensing directions of the flux gate sensors may be orthogonal to each other.
The ammeter of the present invention may include a substrate, the fluxgate sensor according to
The fluxgate sensor may be disposed on the substrate such that a magnetic sensitive direction of the fluxgate sensor is parallel to a magnetic field direction.
The measurement system of the present invention includes a conducting wire and two of the above-described ammeters, and the two ammeters have the same distance from the conducting wire, and are arranged at symmetrical positions with the conducting wire in between. Also good.
本発明のフラックスゲートセンサによれば、励磁効率が高くなると共に、印加される外部磁界の大きさが変化してもピックアップ電圧の大きさのばらつきを小さくすることができる。すなわち、フラックスゲートセンサの出力波形の磁界依存性を小さくすることができる。
本発明のフラックスゲートセンサによれば、更に磁界依存性を抑制することができる。
本発明によれば、励磁効率が高く、磁界依存性に低い電子方位計を実現できる。According to the fluxgate sensor of the present invention, the excitation efficiency is increased, and the variation in the magnitude of the pickup voltage can be reduced even if the magnitude of the applied external magnetic field changes. That is, the magnetic field dependence of the output waveform of the fluxgate sensor can be reduced.
According to the fluxgate sensor of the present invention, the magnetic field dependency can be further suppressed.
According to the present invention, an electronic azimuth meter having high excitation efficiency and low magnetic field dependency can be realized.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサを概略的に示す上面図である。図2は、図1におけるラインa−a’に沿って切った断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける磁気コアの形状を示す上面図である。図4A〜図4Eは、図1におけるラインb−b’に沿って切った断面図で、フラックスゲートセンサの作成工程を示す図である。 FIG. 1 is a top view schematically showing a fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line a-a ′ in FIG. 1. FIG. 3 is a top view showing the shape of the magnetic core in the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention. 4A to 4E are cross-sectional views taken along line b-b 'in FIG.
本発明の第1の実施形態のフラックスゲートセンサは、図1および図2に示すように、磁気コア3と、第1配線層4と、第1絶縁層5と、第2絶縁層6と、第2配線層7と、開口部8と、基板100とを含む。また、更に図3に示すように、磁気コア3は、端部分1と、中央部分2と、その端部分1と中央部分2との接続部分をなす遷移部分13と、を含む。第1配線層4及び第2配線層7は、端部分1に巻き回された第1のソレノイドコイル9及び中央部分2に巻き回された第2のソレノイドコイル10を構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention includes a
本発明の第1の実施形態において、端部分1に巻き回された第1のソレノイドコイル9は励磁コイルである。中央部分2に巻き回された第2のソレノイドコイル10はピックアップコイルである。本発明の第1の実施形態において、端部分1は励磁部であり、中央部分2は検出部である。
In the first embodiment of the present invention, the first solenoid coil 9 wound around the
図4A〜図4Eを用いて、本発明の第1の実施形態のフラックスゲートセンサの作製工程について説明する。まず、図4Aのように、非磁性の基板100の上に、ソレノイドコイルの下側配線を形成するための第1配線層4が形成される。次に、図4Bのように、第1配線層4の上に、磁気コア3とソレノイドコイルを絶縁するための第1絶縁層5とが形成される。ここで、この第1絶縁層5においては、第1配線層4と、後に形成されるソレノイドコイルの上側配線となる第2配線層7とが接続される部分に、開口部8が設けられる。
A manufacturing process of the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4E. First, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4Cのように、第1絶縁層5の上には、軟磁性体膜からなる磁気コア3が形成される。
ここで、軟磁性体膜からなる磁気コア3の形状は、図3に示す通り、その中央部分2における幅が端部分1における幅よりも狭くなっている。さらに、その中央部分2の領域においても、両端から中心に向かって徐々に幅が狭くなっている。更に、その形状は、その中央部分2において内側に括れたR形状を有している。望ましくは、その曲率半径Rが、その中央部分2の長手方向の長さLの5倍〜10倍の範囲である。
なお、この第1の実施形態においては、磁気コア3の遷移部分13は、従来と同様、直線状のテーパ形状としている。Next, as shown in FIG. 4C, the
Here, the shape of the
In the first embodiment, the
次に、図4Dのように、磁気コア3の上には、第1配線層4と第2配線層7の接続部に開口部8を設けた第2絶縁層6が形成される。さらに、図4Eのように、第2絶縁層6の上に、第2配線層7が、第1配線層4の隣接する配線どうしをその端部にて接続するように形成され、それによりソレノイドコイルを形成している。配線は、隣接する配線と接続されるため、断面におけるソレノイドコイルのループは閉じない。
Next, as shown in FIG. 4D, the second insulating
第1配線層4および第2配線層7により形成された第1のソレノイドコイル9及び第2のソレノイドコイル10は、磁気コア3の両端の幅の広い端部分1と幅の狭い中央部分2において、それぞれ独立に巻き回されている。両端の幅の広い端部分1に巻き回されている第1のソレノイドコイル9は、1方の端の端部分1に巻き回されている第3のソレノイドコイルと、もう1方の端の端部分1に巻き回されている第4のソレノイドコイルとを含む。両端の端部における第3のソレノイドコイル及び第4のソレノイドコイルが直列に、かつ発生する磁界方向が同1となるように第1配線層4もしくは第2配線層7により接続されていて、それにより全体として第1のソレノイドコイル9を形成している。磁気コア3の中央部分2に巻き回された第2のソレノイドコイル10の両端には、外部と接続するための電極パッド11が形成されている。磁気コア3の両端の端部分1に巻き回された2つの直列に接続された第1のソレノイドコイル9の両端には、外部と接続するための電極パッド12が形成されている。
The first solenoid coil 9 and the
磁気コア3の両端の端部分1にそれぞれ巻き回された第3のソレノイドコイル及び第4のソレノイドコイルは、巻き数が同じで対称であることが好ましい。
なお、図1は、模式的に示されており、第1のソレノイドコイル9及び第2のソレノイドコイル10に関し、磁気コア3の下側配線の1部が省略されている。また、第1のソレノイドコイル9および第2のソレノイドコイル10の形状は、図1で示された形状に限定されない。It is preferable that the third solenoid coil and the fourth solenoid coil wound around the
FIG. 1 schematically shows the first solenoid coil 9 and the
図2は、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサを図1におけるラインa−a’に沿って切った断面図の一例であり、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおける第1配線層4と第2配線層7の位置関係は、図2の形状に限定されない。
FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention cut along line aa ′ in FIG. 1, and the fluxgate according to the first embodiment of the present invention. The positional relationship between the
図4A〜図4Eは、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサを図1におけるラインb−b’に沿って切った断面図の一例であり、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサの形状は、図4A〜図4Eの形状に限定されない。 4A to 4E are examples of cross-sectional views of the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention cut along the line bb ′ in FIG. 1, and the first embodiment of the present invention is illustrated in FIGS. The shape of the fluxgate sensor is not limited to the shapes of FIGS. 4A to 4E.
磁気コア3の両端の幅の広い端部分1は、その周囲に巻き回された第1のソレノイドコイル9に通電することにより励磁される。一方、磁気コア3の幅の狭い中央部分2には誘導電圧がかかり、その誘導電圧は中央部分2の周囲に巻き回された第2のソレノイドコイル10により検出される。
The
外部より電極パッド12を介して、時間的に変化する交流電流を、磁気コア3の端部分1の第1のソレノイドコイル(励磁コイル)9に対して通電することにより、磁気コア3が交流励磁される。端部分1において発生した磁束は、磁気コア3の中央部分2に導かれる。これにより磁気コア3の中央部分2も交流励磁されて、中央部分2の第2のソレノイドコイル(検出コイル)10に略パルス状の誘導電圧が発生する。この誘導電圧は第2のソレノイドコイル10および電極パッド11を介して外部の検出回路で検出できる。ここで、第1のソレノイドコイル9に通電される交流電流は、一定周波数の三角波であることが望ましい。
The
このとき、外部磁界が印加されると、上述した略パルス状の誘導電圧の発生するタイミングは、時間的に変化する。三角波電流における正から負に切り替わるタイミングにおいて、正の誘導電圧が出力される。また、三角波電流における負から正に切り替わるタイミングにおいて、負の誘導電圧が出力される。従って、この正負のパルス状誘導電圧の発生するタイミングをカウンタで計測することにより、外部磁界に対する応答を得ることができる。
フラックスゲートセンサの構成としては、前述の構成に加えて、第2配線層7を覆う封止層が形成されていてもよい。At this time, when an external magnetic field is applied, the timing at which the above-described substantially pulsed induced voltage is generated changes with time. At the timing of switching from positive to negative in the triangular wave current, a positive induced voltage is output. In addition, a negative induced voltage is output at the timing of switching from negative to positive in the triangular wave current. Therefore, a response to an external magnetic field can be obtained by measuring the timing at which the positive and negative pulsed induced voltages are generated with a counter.
As a configuration of the fluxgate sensor, in addition to the above-described configuration, a sealing layer covering the
次に、本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサの作製方法について説明する。
まず、非磁性の基板100上にチタン(Ti)、クロム(Cr)、チタンタングステン(TiW)などのバリアメタルをスパッタ成膜した後に銅(Cu)をスパッタにより成膜する。次に、フォトリソグラフィにより第1配線層4となるレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより配線パターンを形成する。あるいは上記のスパッタ膜をシード膜として電解めっきにより第1配線層4を形成してもよい。このとき、後に形成される絶縁層上に磁気コア3を形成するため、第1配線層4の厚さは、その配線による絶縁層表面の凹凸が磁気コアの厚さに比べて十分小さくなるような厚さであって、かつコイルの抵抗が小さくなるような厚さであることが望ましい。具体的には、その厚さは、0.2μm〜2μm程度が好ましい。Next, a method for manufacturing the fluxgate sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, a barrier metal such as titanium (Ti), chromium (Cr), or titanium tungsten (TiW) is formed on the
次に、感光性樹脂を塗布し、露光、現像および熱硬化処理を行うことにより、第1絶縁層5を形成する。このとき、第1配線層4と後に形成される第2配線層7とが接続される部分が開口され、第1配線層4と後に形成される磁気コア3とが絶縁されるようにする。
このとき、第1絶縁層5の厚さは、第1配線層4の凹凸を緩和するだけの十分な厚さを有することが望ましい。具体的には、第1配線層4の厚さの3〜10倍程度であることが望ましい。なお、図2においては、第1配線層4の図面上での表示の便宜上、そのような比率にはなっていない。Next, the 1st insulating
At this time, it is desirable that the thickness of the first insulating
また、このとき、感光性樹脂は、後の工程での熱履歴による収縮や変形により磁気コア3に歪みが生じるのを防ぐ必要がある。そのため、感光性樹脂は、例えば実装時のはんだリフローや磁気コアに誘導磁気異方性を付与するための磁場中熱処理による熱収縮や変形が起こらないだけの十分な耐熱性を有する樹脂であることが望ましい。具体的には、感光性樹脂のガラス転移点(Tg:Glass Transition Temperature)は摂氏300度以上であることが望ましい。すなわち、ここで用いられる感光性樹脂は、高い耐熱性を有するポリイミドやポリベンゾオキサゾール、熱硬化したノボラック系樹脂であることが望ましい。
At this time, it is necessary for the photosensitive resin to prevent the
次に、磁気コア3となる軟磁性体膜をスパッタにより成膜し、所望の形状になるように、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパターニングを行う。軟磁性体膜としては、CoNbZrおよびCoTaZr等に代表される零磁歪のCo系アモルファス膜や、NiFe合金、CoFe合金などが望ましい。これらの軟磁性体膜は難エッチング材料であるため、レジストを形成した後にスパッタ成膜を行い、レジストを除去することで所望のパターンを得るリフトオフ法により形成してもよい。また、磁気コア3となる磁性膜を成膜した後に、応力や成膜時に付与された不均一な1軸異方性を除去し、均一な誘導磁気異方性を付与するために、回転磁場中熱処理または静磁場中熱処理を行うことが望ましい。
また、レジストフレームを用いた電解めっき法を利用して、NiFe合金やCoFe合金を所望の形状に成形することにより、磁気コア3を形成してもよい。Next, a soft magnetic film serving as the
Alternatively, the
次に、第1配線層4と第2配線層7の接続部分が開口され、磁気コア3と第2配線層7とを電気的に絶縁するように、感光性樹脂に対して露光、現像および熱硬化処理を行うことにより、第2絶縁層6を形成する。
Next, the connecting portion between the
次に、第2絶縁層6と第2絶縁層6の開口部とを含む基板上にチタン(Ti)、クロム(Cr)、チタンタングステン(TiW)などのバリアメタルをスパッタ成膜した後にCuをスパッタにより成膜することでシード膜を形成する。そして、レジストフレームを形成し、Cuの電解めっきにより所望の配線パターンを形成し、上記シード層をエッチングすることにより第2配線層7を形成する。
Next, a barrier metal such as titanium (Ti), chromium (Cr), titanium tungsten (TiW) or the like is formed on the substrate including the second insulating
最後に、必要に応じて外部に接続するための電極パッドおよび端子、保護膜を形成することで本発明の第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサが構成される。ここで、外部に接続する端子としては、はんだバンプおよび金バンプ、ならびにワイヤボンディング等の一般的な半導体デバイスや薄膜デバイスに用いられる手法を適用することができる。 Finally, the flux gate sensor according to the first embodiment of the present invention is configured by forming electrode pads, terminals, and protective films for external connection as necessary. Here, as a terminal to be connected to the outside, methods used for general semiconductor devices and thin film devices such as solder bumps and gold bumps, and wire bonding can be applied.
また、ここでは第1および第2配線層1および5として、スパッタおよび電界めっきによる銅(Cu)を用いたが、無電解Cuや電解Au(金)めっきなどにより形成してもよく、またスパッタ膜の銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)などによる良導電膜を用いてもよい。また、第1および第2絶縁樹脂層2および4は樹脂材料であるが、酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)などの絶縁膜をスパッタやCVDを用いて成膜し、開口部をドライエッチングにより形成することでも作製可能である。Further, here, as the first and second wiring layers 1 and 5, copper (Cu) by sputtering and electroplating was used, but it may be formed by electroless Cu, electrolytic Au (gold) plating, or the like. A good conductive film made of copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), or the like may be used. The first and second insulating
図5は、上述のように作製されたフラックスゲートセンサについて、図14と同様の12Oeの外部磁界が印加された場合、その外部磁界に対する磁気コア内部の磁束密度を有限要素法により計算した結果を示す図である。点線の従来の場合と比較すれば明確なように、局所的に飽和し易い部分は生じない。 FIG. 5 shows a result of calculating the magnetic flux density inside the magnetic core with respect to the external magnetic field by the finite element method when a 12 Oe external magnetic field similar to FIG. 14 is applied to the fluxgate sensor manufactured as described above. FIG. As is clear when compared with the conventional case of the dotted line, a portion that is easily saturated locally does not occur.
以上から、局所的な飽和を回避して励磁効率を高めるためには、中央部分2に括れを持たせることが重要であることが分かる。但し、ここでは、曲率半径Rを有した曲線としたが、中央部に向けて徐々に幅が狭くなっていればよく、直線状であっても構わない。
From the above, it can be seen that it is important to constrict the
次に、本発明の第2の実施形態に係るフラックスゲートセンサについて説明する。第2の実施形態に係るフラックスゲートセンサは、第1の実施形態に係るフラックスゲートセンサとは磁気コアの形状のみ異なる。ここではその磁気コアの形状についてのみ説明し、共通部分の説明は省略する。 Next, a fluxgate sensor according to the second embodiment of the present invention will be described. The fluxgate sensor according to the second embodiment differs from the fluxgate sensor according to the first embodiment only in the shape of the magnetic core. Here, only the shape of the magnetic core will be described, and description of common parts will be omitted.
図6は、第2の実施形態に係るフラックスゲートセンサに含まれる磁気コアの形状を示す上面図である。
第1の実施形態に係る磁気コア3においては、遷移部分13は、従来と同様、外径が直線のテーパ形状としたが、この第2の実施形態に係る磁気コア3Aにおいては、遷移部分13Aは、外形を曲線状とした。具体的には、遷移部分13Aの中央部分2への接続部分近傍を、R形状に滑らかに繋がる曲線としている。また、遷移部分13Aの端部分1への接続部分近傍を、端部分1の直線側面に滑らかに繋がる曲線としている。FIG. 6 is a top view showing the shape of the magnetic core included in the fluxgate sensor according to the second embodiment.
In the
図7は、上述のような形状の磁気コアを有するフラックスゲートセンサについて、図14および図5と同様の12Oeの外部磁界が印加された場合、その外部磁界に対する磁気コア内部の磁束密度を有限要素法により計算した結果を示す図である。図5の第1の実施形態と同様、点線の従来の場合と比較して、局所的に飽和し易い部分は生じない。 FIG. 7 shows the flux density of a flux core sensor having a magnetic core having the above-described shape when the magnetic field density inside the magnetic core with respect to the external magnetic field when a 12 Oe external magnetic field similar to that in FIGS. 14 and 5 is applied. It is a figure which shows the result calculated by the method. Similar to the first embodiment of FIG. 5, there is no portion that is locally saturated compared to the conventional dotted line.
図8は、第2の実施形態に係るフラックスゲートセンサにおけるピックアップ電圧の磁界依存性を示す図である。
図15の従来と比較すると、未飽和領域の減少により、16Oeでも正負両側で閾値を超え、検出可能という結果となっている。FIG. 8 is a diagram showing the magnetic field dependence of the pickup voltage in the fluxgate sensor according to the second embodiment.
Compared to the conventional case of FIG. 15, due to the decrease in the unsaturated region, the threshold is exceeded on both the positive and negative sides even at 16 Oe, and detection is possible.
また、図9は、第2の実施形態において、各磁界でのフラックスゲートセンサの出力である正負のピックアップ電圧のピーク値をプロットした図である。
図16の従来と比較すると、未飽和領域の減少により、略−12Oe以下と略12Oe以上の場合でも、検出可能という結果となっている。FIG. 9 is a diagram in which peak values of positive and negative pickup voltages, which are outputs of the fluxgate sensor in each magnetic field, are plotted in the second embodiment.
Compared with the conventional case of FIG. 16, due to the decrease in the unsaturated region, it is possible to detect even in the case of approximately −12 Oe or less and approximately 12 Oe or more.
従って、図8および図9から、従来と比較して、ピックアップ電圧の磁界依存性が小さくなっていることが分かる。 Therefore, it can be seen from FIG. 8 and FIG. 9 that the magnetic field dependence of the pickup voltage is smaller than in the conventional case.
図10A〜図10Fは、磁気コアの中央部分2のR形状の曲率半径Rとその中央部分2の長さLとの比率(R/L)と、飽和領域となる磁界が印加されたときの磁束密度分布との関係を、各比率について示す図である。また、図11は、図10A〜図10Fの、中央部分2に相当する各波形を拡大して重ねて示した図である。
10A to 10F show the ratio (R / L) between the radius R of curvature R of the
図10A〜図10Fおよび図11に示す通り、R/Lが10を超えると、R/L=15[図10B]のように、局所的に磁束が飽和した領域がグラフ上に顕著に現れ、従来の直線の場合に近い状態となる。
一方、R/Lが5に満たない場合には、磁気コア中央部(グラフ横軸の165〜315μmに対応)において、急激に磁束密度が低下した領域が観測される[図10F]。すなわち、従来の中央部分2が直線の場合とは逆に、中央部分2における中央付近が飽和しやすくなり、中央部分2における端部が飽和しにくくなる。これにより、中央部分2において磁束密度の均一性が低下する。また、特に曲率半径が小さくなることにより、飽和する領域が狭くなることから、励磁効率が低下する。このことから、磁気コア3Aの幅の狭い領域(中央部分)が均一に励磁されるためには(目安としては、中央部分2の全長の70%以上の長さに渡って均一性があること)、磁気コア中央部の形状がR形状を有しており、その曲率半径Rと括れ部の長さLの比率は、R/L=5〜10程度が好適と考えられる。As shown in FIG. 10A to FIG. 10F and FIG. 11, when R / L exceeds 10, a region where the magnetic flux is locally saturated appears remarkably on the graph as R / L = 15 [FIG. 10B] It becomes a state close to the case of the conventional straight line.
On the other hand, when R / L is less than 5, a region in which the magnetic flux density has suddenly decreased is observed in the central part of the magnetic core (corresponding to 165 to 315 μm on the horizontal axis of the graph) [FIG. 10F]. That is, contrary to the conventional case where the
なお、第2の実施形態においては、遷移部分13Aの形状は、遷移部分13Aの中央部分2への接続部分近傍と、遷移部分13Aの端部分1への接続部分近傍との双方に滑らかな曲線部分をもうけている。遷移部分13Aの中央部分2への接続部分近傍の滑らかな曲線の方が、未飽和領域の抑制について効率的に寄与する。
In the second embodiment, the shape of the
また、上述の実施形態においては、外側の第1のソレノイドコイル9を励磁コイルとし、内側の第2のソレノイドコイル10を検出コイルとしている。内側のコイルを励磁コイルとし、外側のコイルを検出コイルとした構成のピックアップコイルでも同様の結果が得られる。
In the above-described embodiment, the outer first solenoid coil 9 is an excitation coil, and the inner
次に、上述のピックアップコイルを利用した電子方位計の1実施形態を説明する。図12は、その電子方位計の概略斜視図である。
図12に示した電子方位計は、第1フラックスゲート(X軸)センサ20、第2フラックスゲート(Y軸)センサ30、第3フラックスゲート(Z軸)センサ40、および信号処理用IC50を、1つの基板上に配置することにより構成される。具体的には、第1フラックスゲートセンサ20および第2フラックスゲートセンサ30は、電子方位計を構成する基板面に対して、その形成された面が略平行となるように、かつ感磁方向が互いに直交するように配置される。また、第3フラックスゲートセンサ40は、電子方位計を構成する基板面に対して略垂直となるように配置される。このとき、第1フラックスゲートセンサ20、第2フラックスゲートセンサ30および第3フラックスゲートセンサ40は、外部との接続端子を除いた領域、すなわち磁気コア3およびコイル9、10を形成する部分の形状が同1であることが望ましい。これは、第1フラックスゲートセンサ20、第2フラックスゲートセンサ30および第3フラックスゲートセンサ40のそれぞれの特性を揃えることにより、各センサの特性のばらつきを補正する必要がなく、電子回路を簡略化できるようにするためである。また、第3フラックスゲートセンサ40は、基板面に対して略垂直に実装されるので、電子方位計の厚さを薄くするためには、その感磁方向の長さが、1mm以下、さらに好ましくは0.5mm程度であることが望ましい。Next, an embodiment of an electronic azimuth meter using the above-described pickup coil will be described. FIG. 12 is a schematic perspective view of the electronic compass.
The electronic compass shown in FIG. 12 includes a first fluxgate (X-axis)
信号処理用IC50は、各フラックスゲートセンサにおける励磁コイル9に1定周波数の三角波電流を通電する回路と、検出コイル10に現れる誘導電圧を検出するための検出回路と、誘導電圧が発生するタイミングを計数するためのカウンタと、第1フラックスゲートセンサ20、第2フラックスゲートセンサ30および第3フラックスゲートセンサ40のそれぞれに対して上記2つの回路との接続を切り替えるためのセレクタとを備えている。かかる構成により、第1フラックスゲートセンサ20、第2フラックスゲートセンサ30および第3フラックスゲートセンサ40で3軸方向それぞれの磁界を順次計測し、演算を行うことで方位誤差の小さい電子方位計を実現することができる。
The
次に、本発明のフラックスゲートセンサを利用した電流計の一例を説明する。図17は、本発明のフラックスゲートセンサを利用した電流計90の一例を示す概略斜視図である。図18は、本発明のフラックスゲートセンサを利用した電流計90の構造を示す概略斜視図である。
Next, an example of an ammeter using the fluxgate sensor of the present invention will be described. FIG. 17 is a schematic perspective view showing an example of an
電流計90は、例えば、図18に示すように、プリント基板60上に、磁気センサ41と、磁気センサ41が検知した磁界を電流値に変換するための信号処理IC50とを組み合わせたものである。この磁気センサ41に、本発明のフラックスゲートセンサを採用し、電流計90を構成する。
For example, as shown in FIG. 18, the
図17に示すように、導体(導線)70に電流Iが流れると、導体70を中心として同心円状に磁界Hが発生する。Iを導体70に流れる電流値、rを電流計90と導体70との距離とすると、磁界H=I/(2πr)と表せる。この式に表されているように、導体(導線)70に近いほど、磁界Hは強い(磁束密度が高い)。また、導体(導線)70に流れる電流が大きいほど、大きい磁界Hが発生する。
As shown in FIG. 17, when a current I flows through a conductor (conductive wire) 70, a magnetic field H is generated concentrically around the
例えば、図17に示したように、直線状の導体(導線)70に電流Iを流すと、導線70に垂直な平面内において、導線70を中心とする同心円状の磁界Hが発生する。図17において矢印Iの方向に電流が流れた場合、磁界の向きは矢印Hの方向となる。電流計90を、導線70近傍に配置し、導線70に流れる電流Iが発生させる磁界Hの大きさを検出することで、導線70に流れる電流Iの大きさを測定することができる。導線70に近いほど電流Iが発生させる磁界Hの磁束密度が高い。したがって、電流計90を導線70に近付けるほど、効率よく高感度に電流値を測定することができる。
For example, as shown in FIG. 17, when a current I is passed through a linear conductor (conductive wire) 70, a concentric magnetic field H centered on the
また、電流計90において、磁気センサ(フラックスゲートセンサ)41の感磁方向Sが、電流Iが発生させる磁界Hの方向と平行となるように、磁気センサ(フラックスゲートセンサ)41を配置すると良い。
In the
次に、本発明のフラックスゲートセンサを利用した電流計の別の例を説明する。図19は、本発明のフラックスゲートセンサを利用した電流計の別の例を示す概略斜視図である。 Next, another example of an ammeter using the fluxgate sensor of the present invention will be described. FIG. 19 is a schematic perspective view showing another example of an ammeter using the fluxgate sensor of the present invention.
この例において、導線70の近傍には、2つの電流計(第1の電流計91および第2の電流計92)が配置されている。第1の電流計91および第2の電流計92は、図18で示した電流計90と同様の構造を持つ。第1の電流計91および第2の電流計92には、演算回路80が接続されている。第1の電流計91および第2の電流計92は、導線70を流れる電流Iが発生させる磁界Hiを検出する。具体的には、第1の電流計91は磁界Haを検出し、第2の電流計92は磁界Hbを検出し、演算回路80に出力する。演算回路80は、磁界Haおよび磁界Hbから磁界Hiを算出し、磁界Hiの強度から導線70を流れる電流Iの大きさを出力する。
In this example, two ammeters (a
第1の電流計91および第2の電流計92において、各電流計が具備するフラックスゲートセンサ41は、フラックスゲートセンサ41の感磁方向Sと磁界Hの方向とが平行となるように、基板60上に配置されている。また、第1の電流計91と第2の電流計92とは、導線70からの距離が同一であり、また、導線70を挟んで対称な位置に配置されている。
In the
測定系が上述の構成を持つことにより、測定系に外部からノイズ磁界Hexが加わったとしても、第1の電流計91および第2の電流計92からの出力を演算することで、外部ノイズ磁界Hexを相殺し、導線70に流れる電流Iを正確に求めることができる。
Since the measurement system has the above-described configuration, even if a noise magnetic field Hex is externally applied to the measurement system, the external noise magnetic field is calculated by calculating the outputs from the
以下、詳細に説明する。導線70に流れる電流Iが発生させる磁界Hiを検出することで電流Iの電流値を測定する測定系において、この測定系に外部ノイズ磁界Hexが加わった場合を考える。この時、第1の電流計91が検出する磁界Haは、Ha=Hi+Hexと表すことができる。第2の電流計92が検出する磁界Hbは、Hb=−Hi+Hexと表すことができる。電流Iが発生させる磁界Hiの方向は、第1の電流計91の位置と第2の電流計92の位置とで逆方向となる。
Details will be described below. Consider a case where an external noise magnetic field Hex is added to this measurement system in a measurement system that measures the current value of the current I by detecting the magnetic field Hi generated by the current I flowing through the
上記の2式より、Hex=(Ha+Hb)/2、Hi=(Ha−Hb)/2となる。すなわち、外部磁界ノイズHexの大きさを明らかにし、外部磁界ノイズHexを除いたHiの大きさを検出することができる。したがって、外部ノイズ磁界Hexが加わったとしても、導線70に流れる電流Iの電流値を正確に測定することができる。
From the above two formulas, Hex = (Ha + Hb) / 2 and Hi = (Ha−Hb) / 2. That is, it is possible to clarify the magnitude of the external magnetic field noise Hex and detect the magnitude of Hi excluding the external magnetic field noise Hex. Therefore, even if the external noise magnetic field Hex is added, the current value of the current I flowing through the
本発明は、携帯電話、ポータブルナビゲーションデバイス、ゲームコントローラ等に使用されるフラックスゲートセンサおよびそれを利用した電子方位計に適用することができる。また、本発明は、電線の近傍に本発明のフラックスゲートセンサを配置し、電線を流れる電流の作る磁界を検出して電流値を測定する電流計に適用することができる。 The present invention can be applied to a fluxgate sensor used in a mobile phone, a portable navigation device, a game controller, and the like, and an electronic compass using the same. In addition, the present invention can be applied to an ammeter that arranges the fluxgate sensor of the present invention in the vicinity of an electric wire, detects a magnetic field generated by a current flowing through the electric wire, and measures a current value.
1 磁気コアの端部分
2 磁気コアの中央部分
3 磁気コア
3A 磁気コア
4 第1配線層
5 第1絶縁層
6 第2絶縁層
7 第2配線層
8 開口部
9 第1のソレノイドコイル
10 第2のソレノイドコイル
11 電極パッド
12 電極パッド
13 遷移部分
13A 遷移部分
20 第1フラックスゲート(X軸)センサ
30 第2フラックスゲート(Y軸)センサ
40 第3フラックスゲート(Z軸)センサ
50 信号処理用IC
100 基板
DESCRIPTION OF
100 substrates
Claims (10)
前記第1配線層を覆うように形成された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に形成され、中央部分と、前記中央部分の幅よりも広い幅を持つ対の端部分と、前記端部分と前記中央部分との接続部分をなす遷移部分と、を有する磁気コアと、
前記磁気コアを覆うように前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に形成された第2配線層と、を少なくとも備え、
前記第1配線層と前記第2配線層とが電気的に接続されることにより、前記対の端部分に巻き回される第1のソレノイドコイルと、前記中央部分に巻き回される第2のソレノイドコイルを構成し、
前記中央部分が、その両端から中央に向かって徐々に幅が狭くなっていることを特徴とするフラックスゲートセンサ。A first wiring layer formed on the substrate;
A first insulating layer formed to cover the first wiring layer;
A central portion; a pair of end portions having a width wider than the width of the central portion; and a transition portion forming a connecting portion between the end portion and the central portion. A magnetic core,
A second insulating layer formed on the first insulating layer so as to cover the magnetic core;
At least a second wiring layer formed on the second insulating layer,
When the first wiring layer and the second wiring layer are electrically connected, a first solenoid coil wound around the pair of end portions and a second solenoid coil wound around the center portion Configure the solenoid coil,
The flux gate sensor, wherein the central portion has a width that gradually decreases from both ends toward the center.
を備える電子方位計であって、
前記3つのフラックスゲートセンサは、各フラックスゲートセンサの感磁方向が互いに交わるように前記基板上に配置されていることを特徴とする電子方位計。A substrate and three fluxgate sensors comprising at least one fluxgate sensor according to claim 1;
An electronic compass comprising:
The three fluxgate sensors are arranged on the substrate so that the magnetic sensing directions of the fluxgate sensors cross each other.
前記2つの電流計は、前記導線からの距離が同一であり、また、前記導線を挟んで対称な位置に配置されていることを特徴とする、計測系。
Comprising a conductor and two ammeters according to claim 9,
The two ammeters have the same distance from the conducting wire, and are arranged at symmetrical positions with the conducting wire in between.
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