CN106461739A - 磁检测装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种实现小型化/薄型化的磁检测装置。本发明的磁检测装置(1)具备：基板(S)；第一磁阻抗元件(MI元件)，配设在基板的一面侧，由延伸的对第一轴方向的外部磁场分量进行感应的第一磁敏线(W1)和绕第一磁敏线卷缠的第一检测线圈(C1)构成。本发明的第一检测线圈由沿着第一磁敏线并存的左侧线圈部(C11)和右侧线圈部(C12)构成，本发明还具备由软磁性材料构成的磁场变向体(F1)，该磁场变向体(F1)在左侧线圈部与右侧线圈部的中间上将至少一部分配设于基板的另一面侧或该基板内，能够将与基板交叉的第三轴方向的外部磁场分量向第一轴方向的测定磁场分量变向。并且，基于从左侧线圈部得到的左侧输出和从右侧线圈部得到的右侧输出能检测第三轴方向的外部磁场分量。

Description

磁检测装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及利用磁阻抗元件(Magneto-Impedance element：称为“MI元件”)检测磁的磁检测装置(包括“MI传感器”单体)及其制造方法。
背景技术
以往为了获知方位等而进行磁测定。例如，在电子罗盘等中，为了获知正确的方位而测定三维的磁向量。该磁向量的测定通过磁传感器进行。该磁传感器也包括霍尔元件、MR元件等，但是近年来，与这样的以往的元件的构造、原理截然不同且相差悬殊的高灵敏度的MI元件引起注目。
MI元件是利用了磁阻抗效应(称为“MI效应”)的结构，该磁阻抗效应是在非晶丝等磁敏线流过高频的脉冲电流等时，由于趋肤效应而其阻抗根据磁场进行变化的效应。除了直接测定其阻抗变化之外，通过经由卷缠于所述磁敏线的周围的检测线圈(捕捉线圈，pick-up coil)间接地测定成为该MI效应的起源的磁敏线产生的磁通量的变化，也能够进行外部磁场等的磁检测。
当然，MI元件基本上仅能检测磁敏线的延伸方向的磁场分量。因此，在以往的MI传感器中，也如专利文献1所示那样，需要按照检测的磁向量的各分量而个别地设置MI元件。例如，在计测外部磁场的三维分量的情况下，需要在基板平面(X-Y平面)上设置X轴用MI元件和Y轴用MI元件，并且沿着该基板平面的垂直方向设置Z轴用MI元件。该Z轴用MI元件在其构造上与其他的MI元件同样地沿Z轴方向具有一定程度的长度。因此，在以往的三维磁检测装置中，Z轴方向的小型化、薄型化困难。
然而，装入有MI元件的MI传感器已经被装入于各种便携信息终端等，强烈地要求其高性能化(高灵敏度化、高精度化)并且进一步的小型化。因此，在专利文献2中提出了省略Z轴用MI元件而利用X轴用MI元件和Y轴用MI元件能够计测Z轴方向的磁分量的方案。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2005/008268号公报
专利文献2：WO2010/110456号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献2提出了例如将相对的一对X轴用MI元件和相对的一对Y轴用MI元件正交配置，并且在它们的中心设置由软磁性材料构成的磁场变向体，通过运算由各MI元件得到的检测电压，来求出Z轴方向的磁分量的磁检测装置。这种情况下，能够省略Z轴用MI元件，因此能够实现磁检测装置的大幅的小型化。
当然，在专利文献2的磁检测装置中，必须将一对X轴用MI元件或Y轴用MI元件进行相对配置。而且，必须在这些MI元件的对称点配置磁场变向体，它们的配置自由度等受到限制。因此，专利文献2的磁检测装置为了实现进一步的小型化等还存在改善的余地。
本发明鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供一种与以往相比能实现进一步的小型化、薄型化的磁检测装置及其制造方法。
用于解决课题的方案
本发明者为了解决该课题而反复进行了仔细研究，不断摸索的结果是，想到了例如在构成X轴用MI元件或Y轴用MI元件的检测线圈的中间位置的延长线上(与基板交叉的方向上)配置软磁性体(磁场变向体)，基于由X轴用MI元件或Y轴用MI元件得到的检测电压来算出该软磁性体的延伸方向即Z轴方向的磁分量，由此省略Z轴用MI元件的情况。通过使该成果进一步发展，完成了以后叙述的一连串的本发明。
《磁检测装置》
(1)即，本发明的磁检测装置具备：基板；及第一磁阻抗元件(称为“MI元件”)，配设在该基板的一面侧，所述第一磁阻抗元件由延伸的对第一轴方向的外部磁场分量进行感应的第一磁敏线和绕该第一磁敏线卷缠的第一检测线圈构成，所述磁检测装置的特征在于，所述第一检测线圈由沿着所述第一磁敏线并存的左侧线圈部和右侧线圈部构成，所述磁检测装置还具备由软磁性材料构成的磁场变向体，所述磁场变向体在关于该左侧线圈部和该右侧线圈部对称的位置上将至少一部分配设于所述基板的另一面侧或该基板内，能够将与该基板交叉的第三轴方向的外部磁场分量向该第一轴方向的测定磁场分量进行变向，基于从该左侧线圈部得到的左侧输出和从该右侧线圈部得到的右侧输出能够检测该第三轴方向的外部磁场分量。
(2)本发明的磁场变向体将配设在基板的一面侧的磁敏线本来无法感应的与基板交叉的另一轴方向(第三轴方向)的外部磁场分量(适当仅称为“磁分量”)变向为由该磁敏线能感应的一轴方向(第一轴方向)的测定磁场分量。而且，该磁场变向体在关于构成一个MI元件的检测线圈的左侧线圈部和右侧线圈部而对称的位置(例如，左侧线圈部与右侧线圈部的中间或各线圈部的中间等)上，在基板的另一面侧或基板内配设至少一部分。因此，不用设置一对MI元件，通过一个MI元件，基于从所述左侧线圈部得到的左侧输出和从所述右侧线圈部得到的右侧输出，能够检测另一轴方向(第三轴方向)的磁分量。由此，当然能够抑制与磁检测装置的基板交叉的方向的高度(第三轴方向的高度)，MI元件的配置自由度、磁检测装置的设计自由度也提高，容易实现磁检测装置的进一步的薄型化、小型化、高性能化等。
(3)本发明的磁检测装置只要具备至少一个MI元件，并通过该MI元件能够检测与安装该MI元件的基板交叉(尤其是正交)的方向的磁分量(另一轴方向的磁分量)即可。因此，该MI元件只要利用于另一轴方向的磁分量的检测即可，不必利用于其自身延伸的一轴方向的磁分量的检测。当然，考虑到磁检测装置的薄型化、小型化、低成本化等时，优选通过一个MI元件能够分别检测两轴方向的磁分量。这样的一个MI元件对两方向分量的检测通过切换左侧输出与右侧输出的运算而能够容易地进行。
例如，在左侧线圈部与右侧线圈部的匝数相同的情况下，根据左侧线圈部和右侧线圈部的卷绕方向，切换左侧输出与右侧输出之差或之和来进行运算，由此能够检测一轴方向的磁分量，也能够检测另一轴方向的磁分量。更具体而言，若左侧线圈部与右侧线圈部的卷绕方向相同，则基于左侧输出与右侧输出之差来检测另一轴方向的磁分量，基于它们之和来检测一轴方向的磁分量。在各线圈部的卷绕方向(或配线方法)相反的情况下，若相反地进行各输出的运算，则能够得到同样的结果。并且，本发明的磁检测装置优选具备基于来自这样的各线圈部的输出来检测各方向的磁分量的运算电路。进而言之，该运算电路优选包含切换电路，该切换电路对左侧输出与右侧输出之差及之和进行切换，能够一并检测一轴方向(第一轴方向)的磁分量和另一轴方向(第三轴方向)的磁分量。
通过本发明的磁检测装置检测外部磁场的三维分量(例如，X分量、Y分量、Z分量)的情况下，可以在基板上的一面侧设置至少一个检测与第一轴方向不同的第二轴方向的磁分量的MI元件。即，本发明的磁检测装置优选还具备第二MI元件，该第二MI元件配设在基板的一面侧，且由向与第一轴方向不同的第二轴方向延伸而对第二轴方向的磁分量进行感应的第二磁敏线及绕第二磁敏线卷缠的第二检测线圈。
第二MI元件也可以不必检测第三轴方向的磁分量。但是，如果第二MI元件也是与第一MI元件一起独立地检测第三轴方向的磁分量的结构，则通过利用两个检测结果，能够更精确地检测第三轴方向的磁分量。此外，本发明的磁检测装置也可以将检测第一轴方向的磁分量的第一MI元件及/或检测第二轴方向的磁分量的第二MI元件分别在基板的一面侧配设多个。在1个难以得到充分的灵敏度的情况下，通过配设多个，能够得到更高的输出，能够提高灵敏度。并且，更优选这些MI元件的全部或一部分经由个别或共通的磁场变向体检测与基板交叉的第三轴方向的磁分量。
在上述的本发明中，示出了在基板的一面侧配设MI元件且在该基板内或其另一面侧配设磁场变向体的情况作为最适合于薄型化、小型化的磁检测装置。但是，只要在至少一个检测线圈的中间(可以不必为中央)上配设磁场变向体即可，磁场变向体的具体的个数、配置方法(组合)等任意。只要在本发明的延长线上即可，MI元件和磁场变向体例如可以分别配设在基板的两面侧，也可以配设在基板的同面侧。此外，优选在检测线圈的中间上配设至少一个磁场变向体(主磁场变向体)，并且在检测线圈的端部(端附近)等也配设另一磁场变向体(辅助磁场变向体)。由此，利用主磁场变向体聚磁及变向的另一轴方向的外部磁场分量容易向具有检测线圈的一轴方向的分量的方向变向，从而优选。需要说明的是，辅助磁场变向体只要不在与主磁场变向体相同的轴上(第三轴上)(只要在主磁场变向体的两侧)即可，也可以不必是检测线圈的端部，也可以是检测线圈的中间(例如检测线圈的中央部与端部的中间)。但是，若主磁场变向体及/或辅助磁场变向体是配设(埋设等)于基板内的状态，则能够进一步实现磁检测装置的薄型化、小型化，从而优选。
若是将磁场变向体对称配置的情况，则优选将主磁场变向体配置在检测线圈的中央上并将一对辅助磁场变向体分别配置在右侧线圈的右端侧(右端附近)和左侧线圈的左端侧(左端附近)。需要说明的是，主磁场变向体和辅助磁场变向体可以处于基板内，也可以处于基板的同面侧或异面侧。在辅助磁场变向体存在一对的情况下，各辅助磁场变向体能够确保处于基板内或其同面侧的对称性，从而优选。
在实现本发明的磁检测装置的进一步的小型化(包含薄型化)的情况下，若单纯地使磁场变向体小型化，则每一个磁场变向体的磁场集成能力(聚磁能力)会下降。因此，也考虑将小型化的磁场变向体在检测线圈的中间配设多个，或者进而将与配设在检测线圈的中间的磁场变向体不同的磁场变向体配设在检测线圈的中间外(例如，检测线圈的两端侧)的情况。
在检测线圈的中间配设多个磁场变向体的情况下，检测线圈也优选对应于各磁场变向体而分割成多个。例如，若是配设n个磁场变向体的情况，则可以将检测线圈分割成n个(n：正整数)并在各个分割线圈部的中间配设磁场变向体。需要说明的是，在此所说的各分割线圈部也由左侧线圈部(左侧分割线圈部)和右侧线圈部(右侧分割线圈部)构成。换言之，一个检测线圈被分割成n个左侧分割线圈部和n个右侧分割线圈部。这样在本说明书中，将左侧分割线圈部和右侧分割线圈部的一对考虑作为1个单元，将该单元数作为分割数。
(4)本发明的磁检测装置可以是具备MI元件的MI传感器，此外也可以是具备该MI传感器的各种信息终端、计测装置等。而且，本发明的磁检测装置优选除了具备磁敏线和检测线圈的MI元件之外，还包含运算电路等，所述运算电路基于向该磁敏线供给高频电压(电流)的脉冲振荡电路、对于从检测线圈(尤其是各线圈部)得到的检测电压进行采样而输出的信号处理电路的输出进行运算并算出各方向的磁分量。尤其是本发明的磁检测装置是MI传感器的情况下，这各电路作为集成电路(驱动电路)而形成在安装MI元件的基板内时，能实现MI传感器的薄型化、小型化，从而优选。需要说明的是，MI元件的向基板的安装除了引线接合之外，如果凭借倒装、尤其是晶圆级CSP(Wafer Level Chip Size Package)，则能实现MI传感器的进一步的薄型化、小型化，从而优选。
《磁检测装置的制造方法》
本发明的磁检测装置可以通过各种制造方法得到，但是根据如下的本发明的制造方法，能够有效地生产。即，优选使用如下的磁检测装置的制造方法，其中，所述磁检测装置具备：基板；MI元件，配设在该基板的一面侧，由延伸的对一轴方向的外部磁场分量进行感应的磁敏线和绕该磁敏线卷缠的检测线圈构成；及由软磁性材料构成的磁场变向体，在该检测线圈的中间上将至少一部分配设于该基板的另一面侧或该基板内，能够将与该基板交叉的另一轴方向的外部磁场分量向具有该一轴方向的分量的测定磁场进行变向，所述磁检测装置的制造方法的特征在于，所述磁检测装置的制造方法包括将合体基体基板分割成多个所述磁检测装置的分割工序，所述合体基体基板由能够成为多个所述基板的分割前的基体基板、安装在该基体基板的一面侧的多个所述MI元件、对应于该MI元件的位置而配设在该基体基板的另一面侧或该基体基板内的多个所述磁场变向体构成。
在此，合体基体基板例如是经由接合工序而得到的接合基体基板，该接合工序是在安装基体基板的另一面侧接合变向体图案板的工序，所述安装基体基板是通过在所述分割前的基体基板的一面侧将所述多个MI元件安装于规定位置而形成，所述变向体图案板在能够成为所述多个磁场变向体的分割前的软磁性板上形成有与该MI元件的规定位置对应的变向体图案。这种情况下，所述分割工序成为将该接合基体基板分割成多个所述磁检测装置的工序。
另外，若基体基板是内置有所述多个磁场变向体的内置基体基板，则合体基体基板例如经由在该内置基体基板的一面侧将所述多个MI元件安装于与该磁场变向体对应的规定位置的安装工序来得到。需要说明的是，这样的内置基体基板例如经由使用光刻等，利用软磁性材料的镀敷而形成多个磁场变向体的工序和形成埋设磁场变向体的树脂层的工序来得到。
《其他》
(1)本说明书中所说“检测线圈”可以是实际卷绕了丝线的结构，但是若为由通过光刻等形成的配线图案构成的话，能实现磁检测装置的进一步的薄型化、小型化等，从而优选。而且，本发明的检测线圈只要具有左侧线圈部和右侧线圈部即可，其他的检测线圈的有无任意。左侧线圈部和右侧线圈部的匝数、线圈的卷径等的影响输出电压的大小的规格也可以不同，但是相同的话，则在将磁场变向体配设于左侧线圈和右侧线圈的中央的情况下，2个线圈的输出的绝对值相等，因此上述的运算变得容易，从而优选。而且，配设磁场变向体的位置也只要在一个检测线圈内即可，但是若处于左侧线圈部和右侧线圈部的中央且与基板垂直的方向上，则其运算变得容易，从而优选。
(2)本说明书中所说的“变向”是指将由磁敏线无法感应的磁场分量的方向改变为该磁敏线能感应的方向的情况。通过该变向，本来磁敏线无法感应的磁场分量的至少一部分能够由该磁敏线检测。
(3)本说明书的“外部磁场”是从外部向磁检测装置作用的磁场(环境磁场)，即成为磁检测装置的本来的检测对象的磁场。“测定磁场”是因磁场变向体受到影响的外部磁场中的实际磁敏线感应而由MI元件能检测或测定的磁场。而且，本说明书中所说的“第一”、“第二”、“第三”、“一方”、“另一方”、“一面侧”、“另一面侧”、“左侧”、“右侧”等只不过是为了便于区分说明各构件或各部，它们自身没有特别的意义。
附图说明
图1A是表示第一实施例的MI传感器的俯视图。
图1B是该俯视图中示出的A-A的局部剖视图。
图2是表示MI元件的概要的俯视图。
图3是MI元件的MI传感器的电路图。
图4A是表示向MI元件施加的脉冲电流波形的波形图。
图4B是说明根据该脉冲电流波形的上升、下降时间来求出频率的方法的说明图。
图5是表示作用于MI传感器的Z轴方向的磁感应线的图。
图6是说明安装基体基板的制造过程的图。
图7是说明变向体图案板的制造过程的图。
图8是说明MI传感器的制造过程的图。
图9是表示第二实施例的MI传感器的俯视图。
图10是表示第三实施例的MI传感器的主要部分剖视图。
图11A是表示第四实施例的MI传感器的主要部分剖视图。
图11B是表示其检测线圈(分割线圈部)的连接方式的图。
图12A是表示第五实施例的MI传感器的主要部分剖视图。
图12B是表示其检测线圈(分割线圈部)的连接方式的图。
图13是表示第六实施例的MI传感器的截面及作用于该MI传感器的Z轴方向的磁感应线的图。
图14是说明该MI传感器的制造过程的图。
具体实施方式
在上述的本发明的构成要素中可附加从本说明书中任意选择的一个或两个以上的构成要素。本说明书中说明的内容不仅是本发明的磁检测装置，也能相应地得到其制造方法。关于制造方法的构成要素若理解作为方法表征的产品权利要求，则也能成为关于产品的构成要素。任意的实施方式是否最优根据对象、要求性能等而不同。
《MI元件》
本发明的MI元件具有：感应外部磁场(磁场)等的磁力而产生阻抗变化或磁通量变化的磁敏线；检测该磁敏线的变化量的作为检测单元的检测线圈。磁敏线由例如由软磁性材料构成且具有相应的长度的金属线(线材)或薄膜构成。尤其是从灵敏度、成本等的观点出发，磁敏线优选零磁致伸缩的非晶丝。该非晶丝例如是由Co-Fe-Si-B系合金构成的直径1～30μm的丝，在专利第4650591号公报等中记载有详情。
磁敏线可以与搭载面相接设置，也可以经由绝缘体等从搭载面浮起设置，还可以埋设于槽等。检测线圈只要是根据这样的磁敏线的配设形态而卷绕磁敏线的结构即可，但是若为利用光刻形成的话，则能实现MI元件的薄型化或小型化，故而优选。
《磁场变向体》
磁场变向体只要是能够将与配设有磁敏线的基板交叉的另一轴方向的磁分量变向为磁敏线的延伸方向(一轴方向)即可，其形态任意。磁场变向体例如为柱状(圆柱状、棱柱状等)、筒状、板状等，可根据MI元件的个数、配置采取各种形态。需要说明的是，在同一基板上安装多个MI元件的情况下，可以配设按照各MI元件而分离独立的磁场变向体，也可以配设与各MI元件的配置对应的一体化的磁场变向体。
为了通过配设在基板上的MI元件高灵敏度地检测与该基板交叉的另一轴方向的磁分量，由磁场变向体产生的外部磁场的聚磁效应(透镜效应)、变向效应越高越优选。因此，磁场变向体优选在接近(第一)磁敏线的一侧具有缩小部，并且在远离该磁敏线的一侧具有扩大部。这种情况下，通过扩大部的另一轴方向(第三轴方向)的磁分量向缩小部收敛，有效地向MI元件(磁敏线)引导，能够更高灵敏度地检测该磁分量。需要说明的是，具有缩小部及扩大部的磁场变向体也只要具有上述的聚磁效应即可，其具体的形状变化任意。磁场变向体例如可以是从扩大部至缩小部的侧线呈直线性地变化的形状(圆锥台状、棱锥台等锥台状等的锥状)，也可以是从扩大部至缩小部的侧线呈曲线性地变化的形状(锥状)。而且，磁场变向体也可以是截面积从扩大部向缩小部呈阶梯状地变化的阶梯形状(可以是2级，也可以为3级以上)等。
这样的磁场变向体可以由各种方法制造，但是MI元件使用的磁场变向体微小(外径或高度为0.5mm以下)，此外，需要对应于MI元件的配置而精确地配设。因此，磁场变向体优选将利用半蚀刻在软磁性板形成了变向体图案的变向体图案板与安装有多个MI元件的安装基体基板接合，之后，分别分割而形成。
通过对软磁性板的一面侧进行蚀刻并使另一面侧残存的半蚀刻，能够有效地制造将多个微细的磁场变向体正确地排列的变向体图案板。该变向体图案板成为连结有多个磁场变向体的状态，因此能够将它们一并处理，与安装于基体基板的多个MI元件的位置对合也能够正确且容易地进行。而且，由于利用蚀刻，因此磁场变向体的形状自由度也大，上述的缩小部和扩大部的形成也容易。例如，对软磁性板进行半蚀刻，利用树脂填充蚀刻部分，在其一面侧形成作为磁场变向体的锥台状的岛规则性地散布而成的变向体图案。对于这样得到的变向体图案板从作为扩大部侧的面进行蚀刻，将成为连结的状态的磁场变向体逐个分割，若利用树脂填充蚀刻部分，则容易得到具有缩小部和扩大部的多个磁场变向体规则正确地排列的状态的变向体图案板。该变向体图案板已经在前工序中成为与安装基体基板接合的状态时，之后能够利用分割容易地制造多个磁检测装置。而且，也可以在接合前预先进行该变向体的分割。
此外，磁场变向体也可以经由基于光刻等的软磁性材料的镀敷工序来制造。而且，也可以在利用树脂围绕(埋设)这样形成的多个磁场变向体的内置基体基板上安装(搭载)多个MI元件，来制造合体基体基板(安装工序)。这种情况下，容易将磁场变向体和MI元件更高精度地进行位置对合，而且，也能够将磁场变向体与MI元件更接近地配设。此外，将这样的合体基体基板分割(分离)而得到的各个MI传感器(磁检测装置)由于在搭载MI元件的基板内存在磁场变向体，因此不仅是薄型化、小型化，而且处理性、通用性非常优异。
需要说明的是，构成磁场变向体(或变向体图案板)的软磁性材料越是高导磁率的材料，聚磁效应越大而越优选，例如，可以使用坡莫(permalloy)合金、纯Ni、纯铁、铁硅铝磁合金(Sendust)、坡明德合金(permendure)等。
实施例
《第一实施例》
[装置概要]
本发明的磁检测装置的一实施例的MI传感器1的俯视图如图1A所示。而且，该图1A中所示的A-A线的局部剖视图如图1B所示。
MI传感器1具有：检测地磁等外部磁场的4个MI元件M1～M4；大致圆锥台状的聚磁磁轭F1～F4(磁场变向体)；在Si基板上形成有包含脉冲发信电路(驱动电路)、信号处理电路、运算电路等的集成电路(ASIC：application specific integrated circuit)的电路基板S(相当于本发明中所说的“基板”)；在电路基板S的上下表面上分别形成的绝缘树脂层R11、R12。需要说明的是，在图1B中，为了实现省略了集成电路与MI元件之间的电连接用的引线接合的晶圆级CSP，而在MI元件M1的周围形成凸块B11、B12。而且，只要没有特别说明，各电路等就通过光刻形成。
MI传感器1为了检测外部磁场的三维分量，在电路基板S上将MI元件M1～M4通过倒装而安装成正方形状。并且，通过沿X轴方向并行地安装的MI元件M1、M3能检测X轴方向的磁分量(仅称为“X分量”)，通过沿Y轴方向并行地安装的MI元件M2、M4能检测Y轴方向的磁分量(仅称为“Y分量”)。
为了通过上述MI元件M1～M4也能够进行Z轴方向的磁分量(仅称为“Z分量”)的检测，而在与MI元件M1～M4的各中央位置对应的电路基板S的背侧分别配设聚磁磁轭F1～F4。需要说明的是，MI元件M1～M4与聚磁磁轭F1～F4分别相同，因此，以下，适当代表性地列举MI元件M1和聚磁磁轭F1进行说明，省略关于其他的MI元件M2～M4和聚磁磁轭F2～F4的说明。
聚磁磁轭F1由高导磁率(μ＝180000)的坡莫合金(78质量％Ni-Fe)构成，具有大径圆柱状的扩大部F11和截面从该扩大部F11平滑地减少的圆锥台状的缩小部F12。由于聚磁磁轭F1的存在，外部磁场的磁感应线被变向。尤其是通过扩大部F11的外部磁场的Z分量由高导磁率的聚磁磁轭F1聚磁，被引导而向缩小部F12的前端面侧(电路基板S的另一面侧)收敛。收敛的外部磁场(尤其是其Z分量)的磁感应线从该缩小部F12的前端面通过电路基板S，从MI元件M1的中央呈放射状地(向左右方向均等地)扩散(参照图5)。此时，关于电路基板S，若在聚磁磁轭F1的相反侧(图5的下侧)的MI元件M1的两端附近进而设置另外的磁场变向体(参照后述的图10)，则能够使从聚磁磁轭F1的缩小部F12扩散的磁感应线进而向MI元件M1的线轴方向变向。
如图2所示，MI元件M1由磁敏线W1、卷缠于其周围的检测线圈C1、及与磁敏线W1及检测线圈C1连接的端子组T1构成。磁敏线W1由Co-Fe-Si-B系合金制的零磁致伸缩非晶丝构成。检测线圈C1由左侧线圈部C11和右侧线圈部C12构成。左侧线圈部C11与右侧线圈部C12的匝数、卷径、卷绕方向、间距等影响输出的大小的规格全部相同，且关于聚磁磁轭F1的中心轴通过的中心位置(点)而左右对称地形成。各线圈部C11、C12和端子组T1使用光刻而形成在电路基板S上。端子组T1由用于向磁敏线W1供给脉冲信号的端子T101、T102、输出由左侧线圈部C11产生的电动势的端子T111、T112、及输出由右侧线圈部C12产生的电动势的端子T121、T122构成。
如图3所示，形成于电路基板S的集成电路(ASIC)由向磁敏线W1供给脉冲信号的脉冲发信电路(驱动电路)、得到来自左侧线圈部C11的输出(电压)V11和来自右侧线圈部C12的输出(电压)V12的信号处理电路、及运算电路(包括切换电路)构成。
脉冲发信电路和信号处理电路如下进行工作。首先，将由脉冲振荡电路产生的高频(例如相当于200MHz)的脉冲电流向磁敏线W1供给。利用该脉冲电流在磁敏线W1的线圆周方向产生的磁场和外部磁场发生作用，在左侧线圈部C11和右侧线圈部C12产生与作用在其轴向上的磁分量对应的电压。需要说明的是，在此所说的频率是求出图4A所示的脉冲电流波形脉冲的“上升”或“下降”的时间Δt，并将该Δt如图4B所示作为相当于四分之一周期而求出的值。
接下来，利用信号处理电路中的采样时刻调整电路，在上述的脉冲电流上升之后，在规定的时刻，将模拟开关进行短时间开关接通-切断。由此，模拟开关对于在左侧线圈部C11和右侧线圈部C12分别产生的各电压进行采样。采样电压分别由放大器放大而得到输出V11、V12。需要说明的是，也可以不是在脉冲电流上升时而在隔断时(脉冲电流下降时)进行处理而得到V11、V12。
运算电路交替地运算输出V11与输出V12之和及之差，基于输出V11与输出V12之和进行标志外部磁场的X分量的输出，基于输出V11与输出V12之差进行标志外部磁场的Z分量的输出。需要说明的是，关于能够利用和及差进行标志X分量和Z分量的输出的理由以下进行说明。
[磁场检测]
在MI元件M1的周围产生的外部磁场的磁感应线(磁力线)能够利用聚磁磁轭F1向各方向变向。尤其是外部磁场的Z分量(与电路基板S正交的方向分量)的磁感应线利用聚磁磁轭F1如图5所示较大地变向。当然，聚磁磁轭F1配置在MI元件M1的对称的左侧线圈部C11和右侧线圈部C12的中央，因此由于外部磁场的变向而在各线圈部出现的对输出的影响也对称。
在此，当观察利用聚磁磁轭F1而变向的外部磁场的Z分量即变向磁分量(测定磁场/磁向量H)时，左侧线圈部C11与右侧线圈部C12如前所述影响输出的大小的规格全部相同，因此左侧线圈部C11的输出V11与右侧线圈部C12的输出V12的输出差(V11-V12)将在MI元件M1的周围产生的原来的外部磁场的X轴方向的分量的影响抵消，从而仅反映反向地作用于左侧线圈部C11和右侧线圈部C12的变向磁分量的进一步的X分量(Hx)的影响。需要说明的是，变向磁分量的Z分量(Hz)由于磁敏线W1不感应，因此当然不会影响上述的输出差。若将该输出差乘以适当的系数进行运算，则能够根据该输出差求出原来的外部磁场的Z分量。
此外，输出V11与输出V12的输出和(V11+V12)将变向磁分量的X分量(Hx)的影响抵消，如上所述也没有变向磁分量的Z分量(Hz)的影响，从而仅反映原来的外部磁场的X分量利用聚磁磁轭F1变向而产生的磁分量的进一步的X分量(向X轴方向的投影分量)的影响。若将该输出和乘以适当的系数进行运算，则根据该输出和能够求出原来的外部磁场的X分量。这样的情况关于MI元件M3也同样。而且，按照同样的考虑方法，能够利用MI元件M2和MI元件M4检测Y分量和Z分量。
需要说明的是，外部磁场的各轴方向的分量优选不是仅依赖于一个MI元件的输出而是基于多个MI元件的输出的平均值(例如相加平均)来算出。此外，当然考虑到聚磁磁轭的形状、MI元件的配置、特性等，可向输出值加入适当的修正系数或修正项。这样的运算处理可以通过上述的运算电路进行，也可以通过搭载MI传感器1的信息终端等的程序进行。关于运算处理的基本的考虑方法也在WO2010/110456号公报等中详细叙述。
[制造方法]
MI传感器1的各制造工序如图6～图8所示。首先，如图6所示，准备在硅晶圆上形成有多个上述的由脉冲振荡电路、信号处理电路、运算电路构成的集成电路的基体基板SB0(工序P11)。在该基体基板SB0的一面侧的规定位置通过倒装而安装多个MI元件M(工序P12)。通过光刻，在该基体基板SB0上形成集成电路用电源供给及通信输入输出用的Cu后Q(工序P13)，利用绝缘树脂RB1对其表面进行了包覆填充之后(工序P14)，再形成与外部电路连接的连接用凸块B(工序P15)。最后，对基体基板SB0的另一面侧进行研磨(背磨)而得到安装基体基板SB1(工序P16)。
接下来，如图7所示，准备与安装基体基板SB1的大小对应的坡莫合金制的软磁性板FB(工序P21)。对于该软磁性板FB，使用光刻，进行半蚀刻(工序P22)。在该蚀刻时，侵蚀的软磁性板FB的表面部分被侵蚀成表面侧宽而越靠内部则越窄的锥状。因此，排列有多个在其表面侧形成缩小部F02且在内部侧形成扩大部F01的圆锥台状岛F0的变向体图案自然地形成。这样，得到通过软磁性板FB的残存部F03将多个圆锥台状岛F0连结而成的变向体图案板FP。向该变向体图案板FP的图案面侧填充绝缘树脂RB2，对该表面进行平坦化(工序P23)。得到这样进行了树脂填充的变向体图案板FP1。
并且，如图8所示，将经由上述的工序而得到的安装基体基板SB1的另一面侧与进行了树脂填充的变向体图案板FP1的图案面侧正确地进行位置对合并相对配置，经由绝缘树脂RB2进行接合(工序P31/接合工序)。在该接合后，利用光刻在变向体图案板FP1的另一面侧(图案面侧的相反面侧)制成抗蚀剂rg(工序P32)。并且，对变向体图案板FP1的残存部F03进行蚀刻而去除(工序P33/分离工序)。由此，成为在各MI元件的中央配置有具有扩大部和缩小部的聚磁磁轭F的状态。在其上进一步填充绝缘树脂RB2，对其表面进行平坦化(工序P34)。这样，能得到具有正确地配置有多个MI元件M和聚磁磁轭F的多个MI传感器的接合基体基板SU(合体基体基板)。通过对该接合基体基板SU进行切割，一次性地得到多个MI传感器1(分割工序)。需要说明的是，在本实施例中，示出在接合值对残存部进行蚀刻而制造聚磁磁轭F的例子，但是也可以在接合前预先制造配置有通过同样的工序分割的聚磁磁轭F的板，然后进行接合。
《第二实施例》
配置有将第一实施例的聚磁磁轭F1的形状进行了变向的聚磁磁轭FW的MI传感器2如图9所示。需要说明的是，对于与第一实施例的情况同样的结构标注相同标号，以下省略关于其的说明。关于其他的实施例也同样。
MI传感器2的聚磁磁轭FW呈十字状，且配置在电路基板S的另一面侧中央。聚磁磁轭FW的延伸部FW1～FW4位于各MI元件M1～M4的各自的中央位置，聚磁磁轭FW成为它们在中央部FW0连结而成的一体构造。即便是这样的对称形状的聚磁磁轭FW，也能发挥与聚磁磁轭F1等同样的功能。
具备该聚磁磁轭FW的MI传感器2也可以取代前述的变向体图案板FP1，使用利用半蚀刻在坡莫合金制的软磁性板FB上形成有多个正方形形状的凹陷的变向体图案板FP’(图示省略)，从而能够有效地生产。
《第三实施例》
将聚磁磁轭F1小型化的聚磁磁轭Fs配置在电路基板S的MI元件M1侧的两端附近的MI传感器3如图10所示。这样，通过配置聚磁磁轭F1(主磁场变向体)和聚磁磁轭Fs(辅助磁场变向体)，能更容易地控制与电路基板S交叉的磁感应线的收敛、变向。
《第四实施例》
将使聚磁磁轭F1小型化后的两个聚磁磁轭Fs1、Fs2均等地配置在MI元件Md的中间的MI传感器4如图11A所示。MI传感器4的检测线圈Cd由分割成2单元的分割线圈部Cd1、Cd2构成。分割线圈部Cd1由左侧分割线圈部Cd11和右侧分割线圈部Cd12构成，分割线圈部Cd2由左侧分割线圈部Cd21和右侧分割线圈部Cd22构成。聚磁磁轭Fs1配设在分割线圈部Cd1的中央，即左侧分割线圈部Cd11与右侧分割线圈部Cd12之间，聚磁磁轭Fs2配设在分割线圈部Cd2的中央，即左侧分割线圈部Cd21与右侧分割线圈部Cd22之间。根据MI传感器4，能够实现其小型化，并且能够高灵敏度地检测外部磁场的Z分量。需要说明的是，在本实施例中，示出左侧分割线圈部Cd11与左侧分割线圈部Cd21、右侧分割线圈部Cd12与右侧分割线圈部Cd22分别以成为同极性(卷绕方向)的方式连接的情况作为一例，但是这4个各线圈部也可以是分别独立的结构。
《第五实施例》
对于MI传感器4，将检测线圈从两分割设为七分割的分割线圈部Cd1～Cd7，将聚磁磁轭设为7个聚磁磁轭Fs1～Fs7，实现了进一步的小型化/薄型化的MI传感器5如图12A及图12B所示。
《第六实施例》
(1)将上述的电路基板S变更为内置有聚磁磁轭Fi的内置电路基板S2(相当于本发明所说的“基板”)的MI传感器6如图13所示。聚磁磁轭Fi也与聚磁磁轭F1等同样地由坡莫合金构成，且具有大径圆板状的扩大部Fi1和从该扩大部Fi1延伸的圆柱状的缩小部Fi2。聚磁磁轭Fi的作用效果及MI传感器6的工作与MI传感器1的情况同样。
当然，在如本实施例那样内置有聚磁磁轭Fi的内置电路基板S2中，与图5所示的MI传感器1相比，能够使聚磁磁轭Fi与MI元件M的距离更接近。其结果是，不仅能够实现MI传感器自身的进一步的薄型化、小型化，而且也能够同时实现其灵敏度的提高。本发明者确认到例如将聚磁磁轭的上端面与磁敏线的距离(间隙)设为1/5(例如0.1mm至0.02mm)时，MI传感器的输出(灵敏度)也成为约3.5倍。
另外，通过采用内置有聚磁磁轭的基板，能实现通用性的提高等。此外，通过使该聚磁磁轭的扩大部的面积扩张，外部磁场的Z分量的聚磁性提高，也能够实现扩大部的薄型化和外部磁场的Z分量检测的高灵敏度化这两者。
(2)内置电路基板S2例如经由图14所示的工序来制造。首先，准备由硅晶圆构成的Si基板S0(工序P61)。需要说明的是，该Si基板S0与使用于电路基板S的制造的Si基板同样。
在Si基板S0上形成作为扩大部Fi1的坡莫合金的第一镀敷层(工序P62)。接下来，在该第一镀敷层上形成作为缩小部Fi2的坡莫合金的第二镀敷层(工序P63)。上述镀敷层的形成工序(镀敷工序)也通过光刻进行。
对这样层叠形成的扩大部Fi1及缩小部Fi2进行热处理(退火)(工序P64)。通过该热处理，将在各镀敷工序中导入到扩大部Fi1和缩小部Fi2的内部应力除去，得到软磁性特性优异的由扩大部Fi1和缩小部Fi2构成的聚磁磁轭Fi。
利用树脂模形成将在Si基板S0上形成的聚磁磁轭Fi围绕的绝缘树脂层Ri(工序P65)。对该绝缘树脂层Ri的上端面进行研磨而使其平坦(工序P66)。需要说明的是，从热处理工序(工序P64)后至研磨工序(工序P66)前之间，预先形成MI传感器6的驱动所需的电路。这样能得到内置有聚磁磁轭Fi的内置基体基板SBi。
在内置基体基板SBi上通过倒装等来安装MI元件M(工序P67/安装工序)。在这以后，进行图6所示的各工序，对内置基体基板SBi的一面侧(Si基板S0的另一面侧)进行研磨(背磨)等。这样能得到合体基体基板SU2。通过对该合体基体基板SU2进行切割(分割工序)，能得到多个MI传感器6。需要说明的是，各MI传感器也可以通过WO2014/054371号公报等详细叙述的方法而形成在内置基体基板SBi等的表面。
标号说明
1 MI传感器(磁检测装置)
M1 MI元件
W1 磁敏线
C1 检测线圈
C11 左侧线圈部
C12 右侧线圈部
F1 聚磁磁轭(磁场变向体)
S 电路基板(基板)

Claims (13)

1.一种磁检测装置，具备：
基板；及
第一磁阻抗元件，配设在该基板的一面侧，所述第一磁阻抗元件由延伸的对第一轴方向的外部磁场分量进行感应的第一磁敏线和绕该第一磁敏线卷缠的第一检测线圈构成，所述第一磁阻抗元件称为“MI元件”，
所述磁检测装置的特征在于，
所述第一检测线圈由沿着所述第一磁敏线并存的左侧线圈部和右侧线圈部构成，
所述磁检测装置还具备由软磁性材料构成的磁场变向体，所述磁场变向体在该左侧线圈部和该右侧线圈部的中间上将至少一部分配设于所述基板的另一面侧或该基板内，能够将与该基板交叉的第三轴方向的外部磁场分量向具有该第一轴方向的分量的测定磁场进行变向，
基于从该左侧线圈部得到的左侧输出和从该右侧线圈部得到的右侧输出能够检测该第三轴方向的外部磁场分量。
2.根据权利要求1所述的磁检测装置，其中，
所述磁场变向体在接近所述第一磁敏线的一侧具有缩小部，并且在远离该第一磁敏线的一侧具有扩大部。
3.根据权利要求1或2所述的磁检测装置，其中，
所述左侧线圈部与所述右侧线圈部的匝数相同，
所述磁检测装置还具备运算电路，所述运算电路根据该左侧线圈部和该右侧线圈部的卷绕方向，利用所述左侧输出与所述右侧输出之差或之和来检测所述第三轴方向的外部磁场分量。
4.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
所述运算电路包括切换电路，该切换电路对所述左侧输出与所述右侧输出之差及之和进行切换，能够进行所述第一轴方向的外部磁场分量和所述第三轴方向的外部磁场分量的检测。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的磁检测装置，其中，
所述磁检测装置还具备第二MI元件，所述第二MI元件配设在所述基板的一面侧，所述第二MI元件由向与所述第一轴方向不同的第二轴方向延伸而对该第二轴方向的外部磁场分量进行感应的第二磁敏线、及绕该第二磁敏线卷缠的第二检测线圈构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的磁检测装置，其中，
所述磁检测装置与所述磁场变向体另行地还具备辅助磁场变向体，所述辅助磁场变向体对于由该磁场变向体进行的所述外部磁场分量的变向进行辅助。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的磁检测装置，其中，
所述检测线圈由多个分割线圈部构成，
所述磁场变向体由配设在各个该分割线圈部的中间的多个构成。
8.一种磁检测装置的制造方法，其中，
所述磁检测装置具备：
基板；
MI元件，配设在该基板的一面侧，所述MI元件由延伸的对一轴方向的外部磁场分量进行感应的磁敏线和绕该磁敏线卷缠的检测线圈构成；及
磁场变向体，所述磁场变向体由软磁性材料构成，所述磁场变向体在该检测线圈的中间上将至少一部分配设于该基板的另一面侧或该基板内，能够将与该基板交叉的另一轴方向的外部磁场分量向具有该一轴方向的分量的测定磁场进行变向，
所述磁检测装置的制造方法的特征在于，
所述磁检测装置的制造方法包括将合体基体基板分割成多个所述磁检测装置的分割工序，所述合体基体基板由能够成为多个所述基板的分割前的基体基板、安装在该基体基板的一面侧的多个所述MI元件、对应于该MI元件的位置而配设在该基体基板的另一面侧或该基体基板内的多个所述磁场变向体构成。
9.根据权利要求8所述的磁检测装置的制造方法，其中，
所述合体基体基板是经由接合工序而得到的接合基体基板，该接合工序是在安装基体基板的另一面侧接合变向体图案板的工序，所述安装基体基板是通过在所述分割前的基体基板的一面侧将所述多个MI元件安装于规定位置而形成，所述变向体图案板在能够成为所述多个磁场变向体的分割前的软磁性板上形成有与该MI元件的规定位置对应的变向体图案，
所述分割工序是将该接合基体基板分割成多个所述磁检测装置的工序。
10.根据权利要求9所述的磁检测装置的制造方法，其中，
所述磁场变向体是在接近所述磁敏线的一侧具有缩小部并且在远离该磁敏线的一侧具有扩大部的锥状，
所述变向体图案板通过向所述软磁性板的半蚀刻而在一面侧形成所述变向体图案而构成。
11.根据权利要求9或10所述的磁检测装置的制造方法，其中，
所述接合工序是在所述安装基体基板的另一面侧接合所述变向体图案板的一面侧的工序，
所述磁检测装置的制造方法在该接合工序后且在所述分割工序前，还具备对该变向体图案板的另一面侧进行蚀刻而得到从该变向体图案板分离的所述多个磁场变向体的分离工序。
12.根据权利要求8所述的磁检测装置的制造方法，其中，
所述基体基板是内置有所述多个磁场变向体的内置基体基板，
所述合体基体基板经由在该内置基体基板的一面侧将所述多个MI元件安装在与该磁场变向体对应的规定位置的安装工序而得到。
13.根据权利要求12所述的磁检测装置的制造方法，其中，
所述内置基体基板经由利用所述软磁性材料的镀敷而形成所述多个磁场变向体的工序和形成埋设该磁场变向体的树脂层的工序而得到。
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