CN101369009B - 磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现小型化和低成本化的磁传感器。该磁传感器包括：磁场检测芯片，该磁场检测芯片具有检测磁场的磁场检测元件和输出来自该磁场检测元件输出信号的输出端子；基板，该基板在搭载磁场检测芯片的同时还具有连接端子，该连接端子形成于磁场检测芯片搭载面并与磁场检测芯片的输出端子连接；该磁传感器的特征在于：将磁场检测芯片搭载在基板上，使得配置的磁场检测芯片的输出端子形成面不与基板的搭载面平行。特别是，配置的磁场检测芯片的输出端子形成面大致垂直于基板的搭载面。

Description

磁传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种能够检测磁场变化的磁传感器(magnetic sensor)。

背景技术

作为测量装置，开发出了能够检测磁场变化的磁传感器，并被用于各种用途，例如，磁编码器(magnetic encoder)、开闭开关(switch)、方位传感器等。以下述专利文献1、2中公开的这种磁传感器为例，该专利文献中记载的磁传感器使用了用于检测磁场变化的巨磁阻效应元件(Giant MagnetoResistive，GMR元件)。而且，GMR元件是输出的电阻值根据输入的磁场而改变的元件，所以根据上述输出电阻值，可以测量检测到的磁场变化。

以使用了GMR元件的磁传感器的一种具体结构为例，首先，在基板上配置四个GMR元件，构成电桥电路。然后，通过检测电桥电路的差动电压从而检测出随着检测对象的磁场变化而改变的GMR元件的电阻值。通过这样，可以形成对磁场变化有高灵敏度的传感器。

参照图1至图7对上述现有技术实施例中磁传感器的结构例进行说明。首先，图1A表示GMR芯片501。如图所示，在GMR芯片501的一面(图1A中为上表面)上层积形成GMR元件511和一对输出端子512，该输出端子512输出来自该GMR元件511的输出信号。将该GMR芯片501搭载在基板上并使形成GMR元件511的一面向上，再使用树脂等绝缘部件504密封其上表面一侧从而将其封装。通过这样构成如图1B所示的磁传感器510。并且，如图所示，由于GMR芯片501的GMR元件511面向上方装配，因而使其对符号541表示的，平行于GMR芯片501上表面方向上的磁场有检测灵敏度，换言之，即对与侧面垂直的方向上的磁场有检测灵敏度。具体来说，如图2所示，由于平行于GMR芯片501上表面的磁场A沿着如图所示的箭头Y方向变化到磁场A’的方向上，所以GMR元件的电阻值输出按照正弦波变化，因此能够检测磁场的变化。

接下来，以上述现有技术中磁传感器的制造方法为例进行说明。此处说明的磁传感器如图3A所示，是设置有基板502、GMR芯片501和运算放大器(Operational Amplifier)505而构成的元件。首先如图3B所示，在基板502上配置各芯片，即运算放大器505和GMR芯片501。此时，以使GMR元件面和输出端子面向上方，即以面向平行于基板的载置面的同一方向的状态配置GMR芯片501。然后，如图4A所示，采用引线键合(Wire Bonding)方式连接形成于GMR芯片501上侧的输出端子和形成于基板502上的连接端子。同时，采用引线键合方式连接形成于运算放大器505上侧的端子和形成于基板502上的连接端子。在图4B中表示了形成引线键合的基板502的俯视图。之后，如图5A、5B所示，在基板502的上侧配置树脂等绝缘部件504，封装形成磁传感器。此处，在图6A、6B中表示了在基板502上搭载GMR芯片501，并用引线键合方式连接时的结构简略图。具体来说，图6A表示俯视图，图6B表示侧视图。

然而，如图6A、6B所示，由于在上述结构的磁传感器中必须采用引线键合方式来连接形成于GMR芯片501上的输出端子512和形成于基板502上的连接端子521，所以必须有容纳引线513(wire)的空间(space)，因而产生无法将磁传感器小型化的问题。具体来说，如图6A所示，在GMR芯片501和基板502上的连接端子521之间，必须设置引线部分的距离d。另外，如图6B所示，在比GMR芯片501的上侧面更高的位置上设置引线513。即，无法减小搭载GMR芯片501时的高度h和搭载面积，因而产生难以将磁传感器小型化的问题。

此外，如图7所示，还有使GMR芯片501的输出端子面向基板502，并在该连接端子和基板502上的连接端子521之间插入金球503进行连接的金对金焊接(Gold to Gold Interconnect，GGI)方式。然而，这种情况也存在以下问题，仅仅是金球503部分的高度就使磁传感器增加了高度(符号h’)，仍然无法实现将磁传感器小型化的目的。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能改善上述现有技术中的缺点，特别是能够实现小型化，并且通过提高制造效率来实现低成本化的磁传感器。

专利文献1：日本专利申请特开2003-106866号公报

专利文献2：日本专利申请特开2006-98088号公报

发明内容

因此，本发明的一个实施方式提供一种磁传感器，包括：

磁场检测芯片，该磁场检测芯片具有用于检测磁场的磁场检测元件和用于输出来自该磁场检测元件输出信号的输出端子；

具有连接端子的基板，该基板在搭载磁场检测芯片，该连接端子形成在搭载有该磁场检测芯片的搭载面上并与该磁场检测芯片的输出端子相连接；

磁场检测芯片以所述磁场检测芯片的输出端子形成面与所述基板的所述搭载面不平行的状态搭载在上述基板上。

根据上述发明，通过在基板上搭载具有磁场检测元件的磁场检测芯片构成磁传感器，特别是，磁场检测芯片的输出端子形成面搭载在与基板的搭载面不平行的位置上。因此，磁场检测芯片的输出端子不是被配置在面向在基板上搭载磁场检测芯片的状态的磁传感器之高度方向上。所以，当连接磁场检测芯片的输出端子和基板的连接端子时，就不在磁传感器的高度方向上形成位于输出端子部分的连接部，因而可以抑制该传感器的高度，实现小型化的目的。

除了上述结构之外，进一步地，磁场检测芯片的输出端子形成面大致垂直于基板的搭载面，即，配置输出端子使其位于磁场检测芯片的一侧面上，通过这种方式，缩短了相互连接的输出端子和基板的连接端子之间的距离，从而能够实现使连接容易化、制造简单化和低成本化的目的。

另外，在本发明中，上述磁场检测芯片在磁场检测芯片的输出端子形成面上形成磁场检测元件。因此，可以以只在磁场检测芯片的规定面上层积形成磁场检测元件和输出端子的方式形成该磁场检测芯片。并且，采用这种结构，也能检测出平行于磁场检测元件形成面的磁场，能够发挥磁场检测器的作用。所以，可以实现使磁场检测器制造简单化的目的。

此外，本发明中上述磁场检测芯片搭载在基板上并与基板连接。此时，磁场检测芯片搭载在基板上，其中输出端子处于紧靠连接端子的位置。并且，本法明中输出端子和连接端子以球焊连接方式连接。因此，使磁场检测芯片的一面处于与基板接触并载置于基板上的状态，在能够稳定搭载的同时，还可以使磁场检测芯片和基板配置在更靠近的位置。所以，输出端子和连接端子处于距离更靠近的位置，从而使其连接简单化。特别是可以通过采用金球或焊料球等方法的球焊方式进行连接，因而能够进一步实现使磁传感器的制造简单化，并减少制造成本的目的。

并且，本发明中的磁场检测元件为自旋阀型磁阻效应元件。通过这样可以构成能高准确度检测磁场方向变化的磁传感器。

另外，本发明中，磁传感器设置了由作为磁阻效应元件的若干磁场检测元件连接而形成的电桥电路，并且设置了检测该电桥电路差动电压的差动电压检测装置。此时，本发明中，该磁场检测芯片搭载在基板上，以便直线形地配置具有形成了电桥电路的磁场检测元件的若干磁场检测芯片。此外，本发明中，磁场检测芯片搭载在基板上，其中用于形成电桥电路的若干磁场检测元件位于同一平面上。并且，在本发明中，磁场检测芯片搭载在基板上，从而使得各磁场检测元件的磁场检测元件形成面的方向成为沿该形成面相互旋转180°的方向，其中磁场检测元件通过将电桥电路连接成对的方式检测差动电压的。此时，进一步地，磁场检测芯片搭载在基板上，从而使得各磁场检测元件的磁场检测元件形成面的朝向相反，其中磁场检测元件通过将电桥电路连接成对的方式检测差动电压的。

由此，能够从电桥电路的差动电压中检测出根据磁场的变化而改变的磁场检测元件的电阻值。另外，一个磁场检测元件的磁场检测元件形成面相对于另一个磁场检测元件的磁场检测元件形成面旋转180°，其中磁场检测元件通过串联或并联连接成对的方式检测差动电压，并且，反转配置一个磁场检测元件的磁场检测元件形成面使其相对于另一个磁场检测元件的磁场检测元件形成面内外相反，通过这样，能够相互消除各元件在制造时产生的磁化固定方向即管脚(pin)层磁化方向的偏差，从而排除这种偏差的影响并能够高准确度地检测磁场变化。而且，采用这样的配置，由于可以在基板的一个侧面上配置紧挨着的GMR芯片，所以可以实现使传感器节省空间的目的。另外，以磁场检测元件的磁场检测元件形成面位于同一平面上的方式，使得各磁场检测元件能够在大致相同的条件下检测磁场变化，因而可实现提高检测精密度的目的。并且，制造时，在层积形成该磁场检测元件的同一基体上形成上述若干磁场检测元件，进一步地，是在该基体上邻近的位置形成上述若干磁场检测元件，通过使用这样的磁场检测元件，减少了各元件在制造过程中产生的管脚磁场方向的偏差，并能更进一步实现提高检测精密度的目的。

此外，本发明另一个实施方式涉及的磁传感器制造方法，包括：

磁场检测芯片制造工序，该工序是在基体上层积形成检测磁场的磁场检测元件和用于输出来自该磁场检测元件的输出信号的输出端子，同时从基体上切割出具有磁场检测元件和输出端子的磁场检测芯片；

磁场检测芯片搭载工序，该工序是在形成有连接端子的基板搭载面上搭载磁场检测芯片，并将输出端子和连接端子电气连接；

封装工序，该工序是使用绝缘材料覆盖搭载有磁场检测芯片的基板的搭载面一侧；

磁场检测芯片搭载工序是将磁场检测芯片搭载在基板上，使得配置的磁场检测芯片的输出端子形成面与基板的搭载面不平行。

另外，本发明中，上述磁场检测芯片搭载工序是，将磁场检测芯片搭载在基板上，使得配置的磁场检测芯片的输出端子形成面大致垂直于基板的搭载面。进一步地，磁场检测芯片搭载工序是，将磁场检测芯片搭载在基板上，使得输出端子处于紧靠连接端子的位置。此时，磁场检测芯片搭载工序是通过球焊连接方式连接输出端子和连接端子。

此外，本发明中，上述磁场检测芯片搭载工序是，连接作为磁阻效应元件的若干磁场检测元件而形成可以检测差动电压的电桥电路。此时，上述磁场检测芯片搭载工序是，将该磁场检测芯片搭载在基板上，以便直线形地配置具有形成电桥电路的磁场检测元件的若干磁场检测芯片。另外，上述磁场检测芯片搭载工序是，将磁场检测芯片搭载在基板上，使得形成电桥电路的若干磁场检测元件位于同一平面上。进一步地，上述磁场检测芯片搭载工序是，将磁场检测芯片搭载在基板上，以便使所述各磁场检测元件的磁场检测元件形成面成为沿该形成面相互旋转180°的方向，其中磁场检测元件通过将电桥电路连接成对的方式检测差动电压。而且，磁场检测芯片搭载工序是，将磁场检测芯片搭载在基板上，以便使各磁场检测元件的磁场检测元件形成面的朝向相反，其中磁场检测元件通过将电桥电路连接成对的方式检测差动电压。此时，特别地，上述磁场检测芯片搭载工序是，使用在磁场检测芯片制造工序中形成于同一基体上的若干磁场检测元件形成电桥电路，进一步地，是使用紧靠并形成于同一基体上的若干磁场检测元件形成电桥电路。

通过使用上述制造方法制造磁传感器，如上所述，可以提供能实现小型化、低成本化的磁传感器。

因为本发明具有上述结构及功能，所以磁场检测芯片的输出端子不是被配置于面向在基板上搭载磁场检测芯片状态的磁传感器的高度方向上，从而制造磁传感器。因此，当连接磁场检测芯片的输出端子与基板的连接端子时，输出端子部分的连接部就没有位于磁传感器的高度方向上，因而可以抑制该传感器的高度。另外，由于缩短了磁场检测芯片和基板之间端子间的连接距离，所以在能减小搭载面积的同时还可以实现使连接简单化的目的。综上所述，根据本发明，能够实现使磁传感器本身小型化的目的，同时还可以通过使制造简略化和效率化而实现低成本化的目的，因而具有现有技术所没有的优异技术效果。

附图说明

图1A是表示现有技术实施例中GMR芯片的立体图。

图1B是表示使用现有技术实施例中GMR芯片的磁传感器的立体图。

图2是表示通过现有技术实施例中GMR芯片说明磁场检测灵敏度方向的示意图。

图3A是表示说明现有技术实施例中磁传感器制造方法的示意图。

图3B是表示说明现有技术实施例中磁传感器制造方法的示意图，是图3A的后续示意图。

图4A是表示说明现有技术实施例中磁传感器制造方法的示意图，是图3B的后续示意图。

图4B是表示图4A中公开的磁传感器的俯视图。

图5A是表示说明现有技术实施例中磁传感器制造方法的示意图，是图4B的后续示意图。

图5B是表示说明现有技术中磁传感器制造方法的示意图，是图5A的后续示意图。

图6A是表示现有技术实施例中磁传感器结构的局部俯视图。

图6B是表示现有技术实施例中磁传感器结构的局部侧视图。

图7是表示现有技术实施例中磁传感器结构的局部侧视图。

图8是表示实施例1涉及的磁传感器的结构概略立体图。

图9A是表示图8中公开的磁传感器的俯视图。

图9B是表示图8中公开的磁传感器的侧视图。

图10A是表示说明图8中公开的磁传感器使用状态的示意图。

图10B是表示说明图8中公开的磁传感器使用状态的示意图。

图11是表示通过GMR芯片说明磁场检测灵敏度方向的示意图。

图12A是表示配置实施例2涉及的GMR芯片的示意图。

图12B是表示使用形成于GMR芯片上的各GMR元件所形成的电桥电路的示意图。

图13A是表示说明实施例2涉及的磁传感器使用状态的示意图。

图13B是表示说明实施例2涉及的磁传感器使用状态的示意图。

图14A是表示配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图14B是表示配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图15A是表示说明配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图15B是表示配置图15A中公开的GMR芯片时差动电压的示意图。

图16A是表示配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图16B是说明如图16A所示的配置GMR芯片的示意图。

图16C是表示配置图16A中公开的GMR芯片时差动电压的示意图。

图17A是用于说明配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图17B是用于说明配置如图17A所示GMR芯片的示意图。

图17C是表示配置图17A中公开的GMR芯片时差动电压的示意图。

图18是表示比较配置图16A和图17A中公开的各GMR芯片时差动电压的示意图。

图19A是表示配置实施例2涉及的GMR芯片的变形实施例之示意图。

图19B是表示图19A中公开的配置的GMR芯片之俯视图。

图20A是用于比较实施例2中配置GMR芯片的变形实施例与现有技术实施例的示意图。

图20B是用于比较实施例2中配置GMR芯片的变形实施例与现有技术实施例的示意图。

图21A是表示说明实施例2涉及的构成磁传感器的GMR芯片之制造方法示意图。

图21B是表示说明实施例2涉及的构成磁传感器的GMR芯片之制造方法示意图。

图21C是表示说明实施例2涉及的构成磁传感器的GMR芯片之制造方法示意图。

图22是表示在实施例2涉及的磁传感器中使用GMR芯片的选择实施例之示意图。

图23是表示实施例2涉及的磁传感器的制造方法之流程图。

具体实施方式

本发明的磁传感器具有以下特征：搭载于基板上的磁场检测芯片的输出端子形成面不平行于基板的搭载面，而是例如大致垂直于基板的搭载面进行配置。下面将根据实施例对磁传感器的具体结构进行说明。

实施例1

参照图8至图11对本发明的第1实施例进行说明。图8和图9是表示实施例1涉及的磁传感器的结构概略图，图10是磁传感器使用时的状态示意图。图11是说明GMR芯片方向的示意图。

首先，本实施例涉及的磁传感器设置了GMR芯片1(磁场检测芯片)，该芯片使用了作为检测磁场变化的元件的自旋阀(spin valve)型GMR元件(巨磁阻效应元件)，这种元件的输出电阻值是根据输入的磁场方向而变化的。具体来说，如图8所示，GMR芯片1大致为长方体形状，在其一面上形成了被磁化固定在规定方向上从而可以检测规定方向磁场的GMR元件11、以及一对输出电阻值的输出端子12，其中该电阻值是从该GMR元件11输出的输出信号。而且，虽然在图8表示的实施例中，是在一个GMR芯片1上形成了两组GMR元件11和成对的输出端子12，但是也可以在一个GMR芯片1上形成一组GMR元件11和成对的输出端子12，还可以在一个GMR芯片1上形成三组以上的GMR元件11和成对的输出端子12。另外，虽然在图8表示的实施例中，是两个上述GMR芯片1并列设置，但是如后所述，在基板2上搭载的GMR芯片1的数量并非仅限于此。

然后，通过在基板2上搭载上述GMR芯片1构成磁传感器。搭载该GMR芯片1的基板2在搭载该GMR芯片1的搭载面上形成连接端子21，该连接端子21与在上述GMR芯片1上形成的输出端子12连接，数量与该输出端子12相同，并且与各输出端子12的配置相对应。例如，在图8的实施例中，直线形地配置形成八个连接端子。

在此，对在在基板2上搭载GMR芯片1时的方向进行说明。如图8所示，GMR芯片1配置在该基板2上，其中输出端子12和GMR元件11的形成面成为与基板2的搭载面大致垂直的方向。此时，配置GMR芯片1的各输出端子12，使其分别与在基板2上形成的各连接端子21相对应，并处于相互紧靠的位置。因此，如图9B的侧视图所示，GMR芯片1的输出端子12和基板2的连接端子21之间空开一定缝隙，成为处于大致直角的位置。然后，通过在相互紧靠配置的GMR芯片1的输出端子12和在基板2上形成的连接端子21之间配置焊球3，进行物理的和电气的连接。

并且，此时，使GMR芯片1的一面，即与GMR元件形成面相邻的一面，与基板2的搭载面接触，在这个状态下，将GMR芯片1载置于该搭载面上。通过这样，可以在基板2上稳定搭载GMR芯片1。另外，因为能更近距离地配置GMR芯片1和基板2，所以如上所述，处于大致直角位置的GMR芯片1的输出端子12和基板2的连接端子21之间的距离也如图9A所示，处于更靠近的位置。因此，使其连接简单化，此外，由于还能用金球或焊球等球焊连接方式进行连接，所以如后所述，可以实现磁传感器小型化的目的。

而且，本实施例涉及的磁传感器如上所述，配置形成了GMR元件11的GMR元件形成面11a，使其与基板2的搭载有GMR芯片1的搭载面大致垂直，故能检测出垂直于该基板2的搭载面方向的磁场。故如图10A所示，在使用磁传感器时，配置磁铁7，使其面向与GMR元件形成面11a垂直的基板2的搭载面，并使由该磁铁7产生的磁力线(箭头A)与GMR元件形成面11a平行，从而使磁传感器可用于检测该磁力线方向的变化。具体来说，如图10B所示，为了覆盖搭载在基板2上的GMR芯片1，用树脂等绝缘材料4覆盖该基板2的搭载面，并将其封装从而构成磁传感器。此时，由于GMR芯片1面向侧面配置，所以对于与如图10B符号41所示侧面平行的方向(箭头A方向)的磁场具有检测灵敏度。

参照图11，对GMR芯片的检测方向进行进一步说明。在如图11所示的XYZ空间内，表示了沿XY平面配置基板，并在该基板上配置上述本实施例涉及的GMR芯片1和上述现有技术实施例中GMR芯片501的状态。这样，由于现有技术实施例中GMR芯片501的元件面平行于XY平面，所以可以检测沿该XY平面的磁场方向，与之相对，由于本实施例的GMR芯片1的元件面平行于XZ平面，所以可以检测沿该XZ平面的磁场方向。

如上所述，本实施例涉及的磁传感器在与基板2的搭载面垂直的GMR芯片1的侧面一侧，放置了焊球3，该焊球3构成GMR芯片1和基板2的连接部。因而，如图9B所示，在GMR芯片1的高度方向上没有配置连接时所需的其他要素(焊球或引线等)，从而可以抑制从基板2开始的高度H。另外，如图9A所示，由于可以拉近GMR芯片1的输出端子12和基板2的连接端子21之间的距离D，所以能够减小在搭载GMR芯片1时所必须的面积。在此，与参照图6A至图7进行说明的现有技术实施例中的磁传感器相比，如图6B、图7所示，在现有技术实施例中，由于连接时使用的引线键合需要引线513或金球503，因此造成了从基板502开始的高度大于GMR芯片501的高度(符号h、h’)，而在本实施例中则没有超过GMR芯片1的厚度H。而且，如图6A所示，在现有技术实施例中，为了确保引线513的空间必须将GMR芯片501和基板502上的连接端子521间的距离d设置至规定距离，而在本实施例中可以紧靠配置各端子12、21。因而能够实现小型化的目的。

此外，如上所述，通过使GMR芯片1的输出端子12形成面相对于基板2垂直配置，因而能让配置的输出端子12和连接端子21之间的距离更加靠近，从而可以实现通过焊球3进行连接。此外，连接时并非仅限于以使用焊球3的球焊方式，还能以使用金球的球焊方式来连接。而且，连接方法也并非仅限于球焊，也可以使用其他方法进行连接。并且，由于作为连接对象的各输入端子12和连接端子21之间距离紧靠，所以无论使用什么样的连接方法都会使连接操作变得容易，另外，也能稳定连接状态。其结果为，可以实现使磁传感器的制造简单化、提高制造效率、降低制造成本的目的。

在本实施例中，虽然举例说明了配置搭载于基板2上的GMR芯片1，使其输出端子形成面11a大致垂直于基板2的情况，但是输出端子形成面11a并非仅限于与基板2垂直配置。基板2与GMR芯片1的输出端子形成面11a间所成的角度优选为大致垂直即90°左右，也可以是0°至180°之间的任意角度。例如，GMR芯片1的输出端子形成面11a可以形成规定倾斜，配置为与基板2成钝角或锐角，也可以在所述状态下用焊球等连接方式连接输出端子12和连接端子21。换言之，GMR芯片1的输出端子12形成面不与基板2的搭载有GMR芯片1的搭载面平行，并且因为在将GMR芯片1搭载在基板2上的状态下配置的输出端子12不面向磁传感器的高度方向，所以连接各输入端子12、连接端子21的球焊或引线键合等连接装置最好不向磁传感器高度方向突出。

另外，虽然在上述实施例中举例说明了在GMR芯片1的同一面上形成GMR元件11和成对输出端子12的情况，但是也可以分别在不同的面上形成。即使在这样的情况下，也要使配置在GMR芯片1上的输出端子12的形成面处于与GMR芯片1的侧面，即搭载在基板上时的搭载面大致垂直的位置，因而如上所述，在使连接简单化的同时还可以实现节省空间的目的。但是，由于GMR元件11和输出端子12通常都是只在GMR芯片1的规定一面上层积形成，因此优选的，在同一面上形成二者的方法会使GMR芯片1本身和磁传感器的制造变的容易。

本实施例中，虽然举例说明了使用自旋阀型GMR元件作为磁场检测元件，并搭载在检测磁场的GMR芯片1(磁场检测芯片)上的情况，但是也可以使用霍尔元件(Hall element)或MR元件等其他磁场检测元件。

实施例2

之后，参照图12至图23对本发明的第二实施例进行说明。图12至图14是表示本实施例中涉及的磁传感器结构的示意图。图15至20是表示说明本实施例涉及的磁传感器变形例的示意图。图21至23是表示说明磁传感器制造方法的示意图。

首先，本实施例涉及的磁传感器采用与上述实施例1说明的如图8所示的磁传感器大致相同的结构。即，在基板2上分别搭载两个形成GMR元件的GMR芯片101、102，设置形成共计四个GMR元件。此时，在基板2上并排配置两个GMR芯片101、102，从而使分别在GMR芯片101、102上形成的GMR元件A、B、C、D呈直线形配置。另外，此时，上下反转配置各GMR芯片101、102，使得在符号101表示的GMR芯片101上形成的符号A、B表示的GMR元件和在符号102表示的GMR芯片102上形成的符号C、D表示的GMR元件的磁化固定方向(参照图12A中的箭头)成为相反的方向。即，以让符号A、B表示的GMR元件形成面和符号C、D表示的GMR元件形成面成为相互旋转180°的状态来配置各GMR芯片101、102。此时，为了使四个GMR元件A、B、C、D的形成面配置在同一直线上，因而将各GMR元件配置在同一平面上。

并且，在本实施例中，进一步采用使上述四个GMR元件与基板2上的连接端子21连接的方式，通过该基板2的线路将每两个GMR元件串联连接，再将其并联连接形成电桥电路。具体来说，如图12B所示，将形成于GMR芯片101的符号A表示的GMR元件、以及与其磁化固定方向相反配置的形成于GMR芯片102的符号D表示的GMR元件串联连接，另外，将形成于GMR芯片101的符号B表示的GMR元件、以及与其磁化固定方向相反配置的形成于GMR芯片102的符号C表示的GMR元件串联连接，之后再将它们并联连接。接着，形成基板2，使电桥电路的差动电压V能够被检测(差动电压检测装置)。即，在图12B的示例中，构成检测串联连接的GMR元件A、D之间以及同样串联连接的C、B之间的差动电压V的结构。

而且，如图13A所示，配置磁铁7，其中，使由磁铁7产生的磁力线(箭头A)与上述配置的GMR芯片101、102的各GMR元件形成面11a平行，即，使磁力线与载置GMR芯片101、102的图未示的基板2的搭载面垂直，通过这样，可用于制作磁传感器。具体来说，如图13B所示，用树脂等绝缘材料104密封封装该基板2的搭载面，从而覆盖搭载于基板2的GMR芯片101、102，构成磁传感器。在这种情况下，由于GMR芯片101、102面向侧面配置，所以对于与如图13B符号141所示侧面平行的方向(箭头A方向)的磁场具有检测灵敏度。

通过以上结构，由于形成四个GMR元件的一面全都沿着磁场方向面向同一方向，所以当作为检测对象的磁场方向(图13A、图13B的符号A方向)变化时，各GMR元件的电阻值也变化。此时，由于以每两个GMR元件分别相反的方向设定如上所述的各GMR元件(A、B、C、D)的磁化固定方向，所以如图12B所示，GMR元件的电阻值分别变为+、-值。因此，即使对于微小的磁场变化也会产生电桥电路的差动电压，进而可以高灵敏度地检测出磁场方向。另外，由于各GMR元件形成面位于同一平面上，所以各元件在相同条件下可以检测出磁场方向，并且能够实现提高检测灵敏度的目的。

在此进一步参照图14至图20对四个GMR元件配置的变形实施例进行说明。首先，图14A、14B表示将上述图13A中所示的两个GMR芯片101、102，进一步来说是将各GMR元件形成面，面向相互相反的方向配置的情况。即，图14A和图14B表示相同的结构，图14A是表示符号102表示的GMR芯片102的GMR元件形成面之侧视图，图14B是表示符号101表示的GMR芯片101的GMR元件形成面之侧视图。进一步换言之，将图14A、14B中所示的两个GMR芯片101、102内外相反配置，使得GMR元件的磁化固定方向为相互旋转180°的相反的方向，并且，使得GMR元件形成面朝向相互相反的方向。

并且，如上所述，通过两个GMR芯片101、102的四个GMR元件组成了如图12B所示的电桥电路。因此，使夹着差动电压检测点并串联连接成对的GMR元件(A、D对和B、C对)，以及以差动电压检测装置(符号V)为分界而成对并联连接的GMR元件(A、C对和B、D对)，位于各自的元件面相互旋转180°的位置，并且，将其方向(内外)也配置成相互相反的方向。由此，相互消除了在制造GMR元件时产生的磁化固定方向即管脚层磁化方向的偏差。因此，可以排除所述偏差的影响并能高准确度地检测磁场变化。并且，采用上述配置，由于可以在基板的同一面直线形配置紧挨着的GMR芯片，所以可以实现节省空间的目的。

在此参照图15至18对配置如上所述的GMR芯片101、102的理由进行说明。首先，如图15A所示，将符号G1表示的GMR元件G1与电阻Ro连接，形成半桥(half-bridge)。此时，对电桥(bridge)施加的电压为5V，电阻Ro的电阻值与GMR元件G1无磁场时的阻值相同，因此其中间电位(Out)变为2.5V。并且，在该GMR元件G1中，当施加的磁场方向从符号A按照如箭头Y所示方式变化到符号A’时，中点电位的变化如图15B所示。如图所示，因为由制造时产生的管脚层磁化方向的偏差等而产生的GMR元件特性，故使90°和270°的峰值成为非对称值，并且，在180°时产生偏离2.5V的偏差。为了对这样的偏差进行补正，如下所述将若干GMR元件组合，构成电桥。

然后，如图16A所示，研究串联连接两个GMR元件G1、G2，再将它们与另一对GMR元件并联连接形成电桥电路的情况。在此情况下，将如符号G2所示的GMR元件G2相对于符号G1表示的GMR元件G1，沿元件面旋转180°配置。因此，如图16B所示，在符号G2表示的GMR元件G2中施加了偏离180°方向的磁场，当采用与图15A同样的结构输出中点电位时，如图16C所示，得到与符号G1表示的GMR元件G1成反位相的中点电位。然而，如图所示，符号G2表示的GMR元件的中点电位在0°、180°、360°产生了偏差。因此，即使在连接如图16A所示的两个GMR元件G1、G2时的电桥电路内，差动电压也产生了偏差。例如，在0°时，差动电压产生不为0V的偏差，检测准确度也降低。

接着，如图17A所示，研究了串联连接两个GMR元件G1、G3，再将它们与另一对GMR元件并联连接形成电桥电路的情况。在这种情况下，将符号G3表示的GMR元件G3相对于符号G1表示的GMR元件G1，沿元件面旋转180°配置，并且，使元件面的方向相反。即，配置符号G3表示的GMR元件G3，使其与上述图16A中符号G2表示的GMR元件G2进一步内外翻转。所以，在符号G3表示的GMR元件G3中，如图17B所示，对符号G1表示的GMR元件施加了使磁场逆旋转方向的磁场。并且，当采用与图15A同样的结构输出中点电位时，如图17C所示，得到与符号G1表示的GMR元件G1成反位相的中点电位。因此，符号G3表示的GMR元件在0°、180°、360°下的中点电位与符号G1表示的GMR元件在0°、180°、360°下的中点电位一致。因而，在连接图17A表示的两个GMR元件G1、G3时的电桥电路内差动电压没有产生偏差。例如，在如图12B所示的电桥电路中，在符号A、B的位置上按照符号G1的方向配置了GMR元件，在符号C、D的位置上按照符号G3的方向配置了GMR元件。

另外，图18在同一图形上表示了图16C中符号G2表示的GMR元件G2的中点电位和图17C中符号G3表示的GMR元件G3的中点电位，特别是表示了在0°、180°和360°下的放大图。如该图所示，符号G2和符号G3表示的各GMR元件的中点电位不同。并且，如上所述，符号G3表示的GMR元件G3在0°、180°和360°的中点电位与符号G1表示的GMR元件G1相同。

从以上说明可以得出，如图14A、14B所示，将两个GMR芯片101、102的各GMR元件形成面相互旋转180°，并且，通过面向相互相反的方向配置组成电桥电路，可以进一步确实地消除制造GMR元件时产生的磁化固定方向即管脚层磁化方向的偏差。其结果为，排除了所述偏差的影响并能高准确度地检测出磁场的变化。

此时，如图19A、19B所示，优选的，在基板上配置GMR芯片101、102，使得两个GMR芯片101、102的两个GMR元件形成面101a、102a部分位于同一直线上(图19B的虚线上)，即，使元件形成面本身位于同一平面上。此外，图19A是表示在基板2上配置GMR芯片101、102的状态立体图，图19B是其俯视图。通过这样，如上所述，在可排除GMR元件的管脚磁场偏差的影响并高准确度地检测磁场变化的同时，由于能用所有GMR元件同时检测作用于同一平面上的磁场方向的变化，因而能进一步实现提高检测准确度的目的。除此之外，可以在一个基板上实现上述结构，并且还能抑制搭载GMR芯片时的高度，进而能够实现传感器小型化的目的。

另外，参照图20A、20B说明了用现有技术使用的方法构成上述图19A、19B中所示的本实施例中GMR芯片101、102的配置的一个例子。首先，在图20A的示例中，设置一对相对的基板502a、502b使其在空间502c等处形成缝隙，并用引线键合的方式在各基板502a、502b之间设置GMR芯片501。但是，在该情况下，必须要两个基板，此外，由于使各芯片501的元件面501a朝向高度方向，所以基板的厚度部分和引线513部分就增加了高度方向的厚度。此外，在图20B的示例中，以GGI方式连接芯片501，以及采用引线键合513方式连接芯片501，通过利用这样的方式虽然可以使各芯片501的元件面501a方向相互相反，同时还能在一个基板2上实现，但是不能使各元件面501a的位置一致(参照虚线)，另外，由于引线或金球的存在而无法抑制高度方向的厚度。因此，如上所述，将本发明的GMR芯片501元件形成面垂直于基板配置的结构在使传感器小型化方面是极其有用的。

接着，参照图21至图23说明上述磁传感器的制造方法。首先，对GMR芯片1的制造方法进行说明(磁场检测芯片制造工序)。首先，如图21A所示，在从晶圆切割出的晶圆块200(基体)上层积形成至少两组GMR元件和成对的输出端子(图23的步骤S1)。然后，如图21B所示，在切割出规定厚度的晶圆块200的元件形成面210一侧，形成元件形成板220。之后，如图21C所示，从元件形成板220切割出含有至少一组GMR元件和成对的输出端子的GMR芯片221(图23的步骤S2)。

然后，将切割出的GMR芯片配置在基板上(参照图8)。此时，如图22所示，在形成若干GMR元件的一个元件形成板220内，切割出相互紧靠形成的两个GMR芯片101、102。之后，如图12A所示，在基板上配置各GMR元件101、102，使各GMR元件直线形排列(图23的步骤S3)，并用焊球等球焊方式将基板2上的连接端子与GMR芯片101、102的输出端子连接，进而形成电桥电路(图23的步骤S4)。通过以上步骤，在基板上搭载GMR芯片101、102(磁场检测芯片搭载工序)。此外，在步骤3中，如图14A和图19A所示，也可以配置芯片101、102使得各GMR芯片101、102的各GMR元件面相互旋转180°，并且位于相反一侧的位置上。

接着，在基板上搭载GMR芯片101、102之后，用树脂等绝缘材料覆盖基板上的搭载有GMR芯片的搭载面一侧，即GMR芯片101、102本身，采用作为磁传感器而封装化(图23的步骤S5、封装工序)的方式，可以制造磁传感器。

本实施例中，为了高准确度检测磁场方向的变化，使用设置了固定磁化方向的管脚层和自由改变磁化方向的自由层的自旋阀型元件作为GMR元件。层积形成这样的自旋阀型GMR元件时，在制造过程中会产生管脚层磁化方向的偏差。因此，组成电桥电路作为磁传感器使用时，即使在不产生磁场变化时，也会有从各GMR元件输出规定的输出值的情况，因而会妨碍对磁场高准确度的检测。在此情况下，由于在一个元件形成板220上紧靠形成的GMR元件制造条件是大致相同的，所以研究认为管脚层磁化方向偏差的差值很少。因此，如上所述参照图22，在一个元件形成板220上切割出紧靠形成的GMR芯片101、102，并使GMR元件磁化固定方向按照如图12A所示的箭头方向或图14A所示相反的方向配置，进而组成电桥电路，通过这样，能相互消除管脚层磁化方向的偏差，并能排除所述偏差的影响，从而可以高准确度地检测磁场变化。

本发明的磁传感器可用于检测微型磁场地磁的方位传感器或磁编码器(magnetic encoder)等，具有产业上的可利用性。

Claims (25)

1.一种磁传感器，包括：

磁场检测芯片，所述磁场检测芯片具有用于检测磁场的磁场检测元件和用于输出来自所述磁场检测元件输出信号的输出端子；

具有连接端子的基板，所述基板搭载所述磁场检测芯片，所述连接端子形成在搭载有所述磁场检测芯片的搭载面上并与所述磁场检测芯片的所述输出端子相连接；

其特征在于：所述磁场检测芯片以所述磁场检测芯片的输出端子形成面与所述基板的所述搭载面不平行的状态搭载在所述基板上。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，其中所述磁场检测芯片的所述输出端子形成面大致垂直于所述基板的所述搭载面。

3.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片在所述磁场检测芯片的所述输出端子形成面上形成所述磁场检测元件。

4.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在所述基板上并与所述基板相连接。

5.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，其中所述输出端子处于紧靠所述连接端子的位置。

6.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述输出端子和所述连接端子以球焊连接方式连接。

7.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测元件为自旋阀型磁阻效应元件。

8.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：所述磁传感器还设置了由作为磁阻效应元件的若干所述磁场检测元件连接而形成的电桥电路，并且设置了检测所述电桥电路的差动电压的差动电压检测装置。

9.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，以便直线形地配置具有形成所述电桥电路的所述磁场检测元件的若干所述磁场检测芯片。

10.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，其中用于形成所述电桥电路的所述若干磁场检测元件位于同一平面上。

11.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在基板上，从而使得所述磁场检测元件的磁场检测元件形成面的方向成为以沿所述磁场检测元件形成面相互旋转180°的方向，其中所述磁场检测元件通过将所述电桥电路连接成对的方式检测差动电压。

12.如权利要求11所述的磁传感器，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载在基板上，从而使得所述磁场检测元件的磁场检测元件形成面的朝向相反，其中所述磁场检测元件通过将所述电桥电路连接成对的方式检测差动电压。

13.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于：形成所述电桥电路的所述若干磁场检测元件是在层积形成所述磁场检测元件的同一基体上形成的。

14.如权利要求13所述的磁传感器，其特征在于：形成所述电桥电路的所述若干磁场检测元件是在层积形成所述磁场检测元件的同一基体上相互紧靠形成的元件。

15.一种磁传感器制造方法，包括：

磁场检测芯片制造工序，所述磁场检测芯片制造工序是在基体上层积形成检测磁场的磁场检测元件和用于输出来自所述磁场检测元件的输出信号的输出端子，同时从所述基体上切割出具有所述磁场检测元件和所述输出端子的磁场检测芯片；

磁场检测芯片搭载工序，所述磁场检测芯片搭载工序是在形成有连接端子的基板的搭载面上搭载所述磁场检测芯片，并将所述输出端子和所述连接端子电气连接；

封装工序，所述封装工序是使用绝缘材料覆盖搭载有所述磁场检测芯片的所述基板的所述搭载面一侧；

其特征在于：

所述磁场检测芯片搭载工序是将所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，使得配置的所述磁场检测芯片的输出端子形成面与所述基板的所述搭载面不平行。

16.如权利要求15所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，使配置的所述磁场检测芯片的所述输出端子形成面大致垂直于所述基板的所述搭载面。

17.如权利要求16所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，使所述输出端子紧靠所述连接端子。

18.如权利要求16所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是：通过球焊连接方式连接所述输出端子和所述连接端子。

19.如权利要求16所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，连接作为磁阻效应元件的若干所述磁场检测元件而形成可以检测差动电压的电桥电路。

20.如权利要求19所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，以便直线形地配置具有形成所述电桥电路的所述磁场检测元件的若干所述磁场检测芯片。

21.如权利要求19所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在所述基板上，使形成所述电桥电路的所述若干磁场检测元件位于同一平面上。

22.如权利要求19所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在基板上，从而使所述磁场检测元件的磁场检测元件形成面的方向成为沿所述磁场检测元件形成面相互旋转180°的方向，其中所述磁场检测元件通过将所述电桥电路连接成对的方式检测差动电压。

23.如权利要求22所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，将所述磁场检测芯片搭载在基板上，从而使所述磁场检测元件的磁场检测元件形成面的朝向相反，其中所述磁场检测元件通过将所述电桥电路连接成对的方式检测差动电压。

24.如权利要求19所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，使用在所述磁场检测芯片制造工序中形成于同一所述基体上的若干磁场检测元件形成所述电桥电路。

25.如权利要求24所述的磁传感器制造方法，其特征在于：所述磁场检测芯片搭载工序是，使用在所述磁场检测芯片制造工序中紧靠并形成于同一所述基体上的若干磁场检测元件形成所述电桥电路。

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