CN108351389B - 磁传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种即使是在使用相对于元件形成面为垂直方向的长度大的磁性体的情况下也能够稳定地支撑该磁性体的磁传感器。本发明所涉及的磁传感器的特征在于：具备：传感器芯片(30)，具有形成有磁检测元件(MR1)～(MR4)的元件形成面(31)；磁性体(40)，具有与元件形成面(31)相对的第1侧面(41)；电路基板(20)，具有搭载了传感器芯片(30)以及磁性体(40)的搭载面(21)。传感器芯片(30)以及磁性体(40)以元件形成面(31)以及第1侧面(41)相对于电路基板(20)的搭载面(21)为大致垂直的形式被搭载于电路基板(20)。根据本发明，因为是以使传感器芯片(30)以及磁性体(40)放平的状态搭载于电路基板(20)，所以即使是在磁性体(40)的长度大的情况下，也能够稳定地支撑该磁性体。

Description

磁传感器
技术领域
本发明涉及磁传感器，特别是涉及具备用于将磁通集中于传感器芯片的磁性体的磁传感器。
背景技术
使用了磁阻元件等的磁传感器被广泛应用于电流计和磁编码器等。在磁传感器中，会有设置用于将磁通集中于传感器芯片的磁性体的情况，在该情况下，磁性体被承载放置于传感器芯片的元件形成面上(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-276159号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，一般来说传感器芯片是小型的，所以不容易将磁性体承载放置于传感器芯片上，并且切实地固定传感器芯片和磁性体是困难的。特别是，在使用相对于元件形成面为垂直方向的长度大的磁性体的情况下，在传感器芯片上的支撑会变得非常不稳定，根据不同的情况，磁性体时而发生脱落，时而还会有发生折断的可能性。
因此，本发明的目的在于提供一种即使是在使用相对于元件形成面为垂直方向的长度大的磁性体的情况下也能够稳定地支撑该磁性体的磁传感器。
解决技术问题的手段
本发明所涉及的磁传感器的特征在于：具备：传感器芯片，具有形成了磁检测元件的元件形成面；磁性体，具有与所述元件形成面相对的第1侧面；以及电路基板，具有搭载了所述传感器芯片以及所述磁性体的搭载面；所述传感器芯片以及所述磁性体以所述元件形成面以及所述第1侧面相对于所述电路基板的所述搭载面为大致垂直的形式，被搭载于所述电路基板。
根据本发明，因为是以使传感器芯片以及磁性体放平的状态搭载于电路基板，所以即使是在磁性体的长度大的情况下，也能够稳定地支撑该磁性体。
在本发明中，优选所述磁性体进一步具有第2侧面，该第2侧面与所述第1侧面大致相平行，并且位于与所述第1侧面相反的一侧，所述第2侧面的面积大于所述第1侧面的面积。由此，能够集中更多的磁通，所以磁传感器的灵敏度被提高。在此情况下，也可以相对于所述搭载面在垂直方向上的所述第2侧面的长度大于相对于所述搭载面在垂直方向上的所述第1侧面的长度。
在本发明中，优选所述磁检测元件包含第1磁阻元件～第4磁阻元件，所述第1磁阻元件以及第2磁阻元件从所述磁性体的所述第1侧面来看位于一侧，所述第3磁阻元件及第4磁阻元件从所述磁性体的所述第1侧面来看位于另一侧。由此，通过形成使用了4个磁阻元件的桥接电路，从而能够进行高灵敏度的磁检测。
在此情况下，本发明所涉及的磁传感器优选进一步具备被搭载于所述电路基板的辅助磁性体，所述传感器芯片进一步具有第1侧面以及第2侧面，该第1侧面以及第2侧面相对于所述元件形成面为大致垂直，并且从所述磁性体的所述第1侧面来看分别位于所述一侧以及所述另一侧，所述辅助磁性体以覆盖所述第1侧面以及第2侧面的至少一部分的形式，被搭载于所述电路基板。由此，因为输入到元件形成面的磁通向第1以及第2侧面方向进行弯曲，所以能够进行更高灵敏度的磁检测。
发明效果
根据本发明，提供一种即使是在使用了相对于元件形成面为垂直方向的长度大的磁性体的情况下也能够稳定地支撑该磁性体的磁传感器。
附图说明
图1是表示本发明的优选的实施方式所涉及的磁传感器10外观的大致斜视图。
图2是磁传感器10的分解斜视图。
图3是磁传感器10的部分放大图。
图4是为了说明端子电极E11～E14与磁检测元件MR1～MR4的连接关系的电路图。
图5是表示第1变形例所涉及的磁传感器10A结构的大致斜视图。
图6是表示第2变形例所涉及的磁传感器10B结构的大致斜视图。
图7是表示第3变形例所涉及的磁传感器10C结构的大致斜视图。
图8是表示第4变形例所涉及的磁传感器10D结构的大致斜视图。
图9是表示第5变形例所涉及的磁传感器10E结构的大致斜视图。
图10是表示第6变形例所涉及的磁传感器10F结构的大致斜视图。
图11是表示第7变形例所涉及的磁传感器10G结构的大致斜视图。
具体实施方式
以下参照附图就本发明的优选的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的优选的实施方式所涉及的磁传感器10外观的大致斜视图。另外，图2是磁传感器10的分解斜视图。
如图1以及图2所示，本发明所涉及的磁传感器10是由电路基板20、被搭载于电路基板20的搭载面21的传感器芯片30以及磁性体40构成。
电路基板20为配线图形被形成于树脂等绝缘性基体而成的基板，能够使用一般的印刷基板和插入式(interposer)基板等。电路基板20的搭载面21构成xy平面，在该搭载面21上搭载传感器芯片30以及磁性体40。在电路基板20的搭载面21上设置4个连接盘图形E21～E24，在这些连接盘图形E21～E24上连接后面所述的恒定电压源以及电压检测电路。恒定电压源以及电压检测电路既可以被设置于电路基板20自身，又可以被设置于与电路基板20不同的基板。
传感器芯片30具有大致长方体形，在元件形成面31上形成4个磁检测元件MR1～MR4。如图1以及图2所示，元件形成面31构成xz面。总之，传感器芯片30以元件形成面31相对于电路基板上20的搭载面21为大致垂直的形式被放平搭载。
传感器芯片30被固定于电路基板20，但是没有必要使传感器芯片30的底面(xy面)与电路基板20的搭载面21紧密附着，即使粘结剂介于两者之间也是可以的，如放大图即图3所示，由被部分性地设置的粘结剂G互相固定，由此，即使在传感器芯片30的底面(xy面)与电路基板20的搭载面21之间存在一点点间隙也是可以的。
磁检测元件MR1～MR4只要是根据磁通密度进行物理特性的变化的元件，则没有特别的限定，但是在本实施方式中是使用电阻根据磁场的朝向进行变化的磁阻元件(MR元件)。磁检测元件MR1～MR4的磁化固定方向全部朝向图2的箭头A所表示的方向(在x方向上的正侧)。传感器芯片30是使用集合基板被多个同时制作，通过切割该集合基板来取得多个。因此，在本实施方式中，成为被切割好的传感器芯片30以横躺90°的状态被搭载于电路基板20。
再有，在传感器芯片30的元件形成面31上设置4个端子电极E11～E14。这些端子电极E11～E14通过焊料S分别被连接于连接盘图形E21～E24。关于端子电极E11～E14与磁检测元件MR1～MR4的连接关系，将在后面进行叙述。
磁性体40为由铁氧体等高导磁率材料构成的块，在本实施方式中为大致长方体形状。磁性体40的xz面构成与传感器芯片30的元件形成面31相对的第1侧面41。以使第1侧面41的面积小于传感器芯片30的元件形成面31的面积，并且与位于磁检测元件MR1，MR2与磁检测元件MR3，MR4之间的相对区域31a相向的形式，被搭载于电路基板20。磁性体40的第1侧面41和传感器芯片30的相对区域31a既可以互相紧密附着，也可以在两者之间存在有一点点间隙。但是，在本实施方式中，因为传感器芯片30和磁性体40都被放置于电路基板20的搭载面21上，所以没有必要用粘结剂等来固定传感器芯片30和磁性体40。
磁性体40被固定于电路基板20，但没有必要使磁性体40的底面(xy面)和电路基板20的搭载面21进行紧密附着，即使粘结剂介于两者之间也是可以的，如放大图即图3所示，由被部分性地设置的粘结剂G互相固定，由此，即使在磁性体40的底面(xy面)与电路基板20的搭载面21之间存在一点点间隙也是可以的。
关于磁性体40的在y方向上的长度，并没有特别的限定，但是通过进一步增长在y方向上的长度，从而就能够提高y方向的磁通的选择性。于是，在本实施方式中，因为y方向与电路基板20的搭载面21相平行，所以即使增长磁性体40的在y方向上的长度，也不会使磁性体40的支撑变得不稳定。
图4是为了说明端子电极E11～E14与磁检测元件MR1～MR4的连接关系的电路图。
如图4所示，磁检测元件MR1被连接于端子电极E11，E13之间，磁检测元件MR2被连接于端子电极E12，E14之间，磁检测元件MR3被连接于端子电极E12，E13之间，磁检测元件MR4被连接于端子电极E11，E14之间。然后，由恒定电压源51将规定电压施加于端子电极E11，E12之间。另外，电压检测电路52被连接于端子电极E13，E14之间，由此就能够检测出在端子电极E13，E14之间显现出来的输出电压的电平。
于是，磁检测元件MR1，MR2从相对区域31a来看是被配置于一侧(在x方向上的负侧)，并且磁检测元件MR3，MR4从相对区域31a来看是被配置于另一侧(在x方向上的正侧)，所以磁检测元件MR1～MR4构成差分桥式电路，并且能够高灵敏度地检测出与磁通密度相应的磁检测元件MR1～MR4的电阻变化。
具体地来说，图1的箭头B所表示的方向(在y方向上的正侧)的磁通被吸引到磁性体40的主要是第2侧面42，在以y方向通过磁性体40的内部之后，主要是从第1侧面41被输出。从第1侧面41被输出的磁通绕x方向的两侧并返回到磁通的发生源。此时，因为磁检测元件MR1～MR4具有所有相同的磁化固定方向，所以在从相对区域31a来看位于一侧的磁检测元件MR1，MR2的阻抗变化量与从相对区域31a来看位于另一侧的磁检测元件MR3，MR4的阻抗变化量之间产生差值。该差值由图4所表示的差分桥式电路放大到2倍，并被电压检测电路52检测出。
就这样，本实施方式所涉及的磁传感器10是以与传感器芯片30的元件形成面31相对的形式配置磁性体40，所以能够由电压检测电路52来检测y方向的磁通密度。并且，在本实施方式中，因为传感器芯片30的元件形成面31相对于电路基板20的搭载面21垂直，所以即使增长磁性体40在y方向上的长度也不会使磁性体40的固定变得不稳定。
以下就本实施方式所涉及的磁传感器10的变形例进行说明。
图5是表示第1变形例所涉及的磁传感器10A结构的大致斜视图。
图5所表示的磁传感器10A在进一步具备被搭载于电路基板20的辅助磁性体60这一点上，与图1所表示的磁传感器10不同。辅助磁性体60与磁性体40同样是由铁氧体等高磁导率材料构成的块，并且以覆盖传感器芯片30的元件形成面31以外的xz面以及yz面的形式具有
Figure BDA0001654932690000061
字形。根据该结构，通过磁性体40被输入到传感器芯片30的元件形成面31的磁通变得容易在x方向上弯曲，所以能够提高磁检测元件MR1～MR4的检测灵敏度。
图6是表示第2变形例所涉及的磁传感器10B结构的大致斜视图。
图6所表示的磁传感器10B在辅助磁性体60被置换成2个辅助磁性体71，72这一点上，与图5所表示的磁传感器10A不同。辅助磁性体71，72为从辅助磁性体60中删除掉覆盖位于元件形成面31相反侧的传感器芯片30的xz面的部分而成的辅助磁性体。总之，是传感器芯片30的2个yz面当中、辅助磁性体71覆盖其中一个并且辅助磁性体72覆盖另一个的结构。由此，因为被输入到传感器芯片30的元件形成面31的磁通变得更容易在x方向上弯曲，所以能够进一步提高磁检测元件MR1～MR4的检测灵敏度。
还有，就第1以及第2变形例所涉及的磁传感器10A，10B而言，传感器芯片30的2个yz面基本上被辅助磁性体60或者71，72完全覆盖，但是即使仅覆盖yz面的一部分也是可以的。在此情况下，优选覆盖更靠近元件形成面31的部分。
图7是表示第3变形例所涉及的磁传感器10C结构的大致斜视图。
图7所表示的磁传感器10C在磁性体40的形状有所不同这一点上与图1所表示的磁传感器10不同。在图7所表示的磁传感器10C中，具有磁性体40在x方向上的宽度从第1侧面41向第2侧面42渐渐扩大的锥形状。由此，因为第2侧面42的面积变成大于第1侧面41的面积，所以y方向的磁通被更多地集中。其结果为，能够提高磁检测元件MR1～MR4的检测灵敏度。
而且，在元件形成面31为与电路基板20的搭载面21平行的情况下，如果使用具有如此形状的磁性体40的话，则磁性体40的支撑会变得非常不稳定，但是，在本实施方式中，因为是以使传感器芯片30放平的状态搭载于电路基板20，所以不会发生如所述那样的问题。反而因为相对于电路基板20的磁性体40的承载放置面积增大，所以磁性体40的固定更加稳定。还有，在图7所表示的磁传感器10C中，磁性体40在x方向上的宽度在y方向上的全部区域扩大，但是，也可以是从第1侧面41到在y方向上的某个长度为止使磁性体40在x方向上的宽度设定为一定并且对于那以后的部分来说在x方向上的宽度扩大的形状。
图8是表示第4变形例所涉及的磁传感器10D结构的大致斜视图。
图8所表示的磁传感器10D在具有磁性体40在z方向上的高度从第1侧面41向第2侧面42渐渐扩大的锥形状这一点上，与图7所表示的磁传感器10C不同。即使是如此形状，第2侧面42的面积也成为大于第1侧面41的面积，所以y方向的磁通被更多地集中。还有，没有必要将磁性体40在x方向上的宽度和在z方向上的高度二者都扩大成锥形状，例如，也可以只将磁性体40在z方向上的高度扩大成锥形状。
图9是表示第5变形例所涉及的磁传感器10E结构的大致斜视图。
图9所表示的磁传感器10E在磁性体40的形状有所不同这一点上，与图1所表示的磁传感器10不同。在图9所表示的磁传感器10E中，磁性体40在平面视图中(从z方向来看)具有T字形。换言之，具有磁性体40在x方向上的宽度一度扩大的形状。由此，因为第2侧面42的面积变得大于第1侧面41的面积，所以y方向的磁通被更多地集中。就这样，在扩大磁性体40在x方向上的宽度的情况下，扩大成锥形状并不是必须的，即使是一度扩大的形状也可以。或者，也可以是磁性体40在x方向上的宽度从第1侧面41向第2侧面42阶段性地进行扩大的形状。
图10是表示第6变形例所涉及的磁传感器10F结构的大致斜视图。
图10所表示的磁传感器10F在构成磁性体40的第2侧面42的部分在z方向上的高度被扩大这一点上，与图9所表示的磁传感器10E不同。如果由如此形状的话，则因为第2侧面42的面积变得更大，所以y方向的磁通被更多地集中。
图11是表示第7变形例所涉及的磁传感器10G的结构的大致斜视图。
图11所表示的磁传感器10G在磁性体40的形状有所不同这一点上，与图1所表示的磁传感器10不同。在图11所表示的磁传感器10G中，磁性体40在平面视图中(从z方向来看)具有Y字形。换言之，具有磁性体40从第1侧面41向第2侧面42进行2分支的形状。由此，因为第2侧面42的面积成为第1侧面41的面积的例如2倍，所以y方向的磁通被更多地集中。这样，第2侧面42即使是多个也可以。
以上已就本发明的优选的实施方式作了说明，但是本发明并不限定于以上所述的实施方式，只要是不脱离本发明宗旨的范围内各种各样的变更都是可能的，毋庸置疑那些变更也包含于本发明的范围内。
例如，在以上所述的实施方式中，作为磁检测元件是使用了4个磁阻元件(MR元件)，但是关于磁检测元件的种类或数量并没有特别的限定。
符号说明
10，10A～10G 磁传感器
20 电路基板
21 搭载面
30 传感器芯片
31 元件形成面
31a 相对区域
40 磁性体
41 第1侧面
42 第2侧面
51 恒定电压源
52 电压检测电路
60，71，72 辅助磁性体
E11～E14 端子电极
E21～E24 连接盘图形
G 粘结剂
MR1～MR4 磁检测元件
S 焊料

Claims (5)

1.一种磁传感器，其特征在于：
具备：
传感器芯片，具有形成了磁检测元件的元件形成面；
磁性体，具有与所述元件形成面相对的第1侧面；以及
电路基板，具有搭载了所述传感器芯片以及所述磁性体的搭载面；
所述传感器芯片以及所述磁性体以所述元件形成面以及所述第1侧面相对于所述电路基板的所述搭载面为大致垂直的形式，被搭载于所述电路基板，
所述磁性体，将相对于所述第1侧面垂直的方向设为长边方向，通过经由粘合剂粘合于所述电路基板的所述搭载面而固定于所述电路基板，
所述第1侧面的面积小于所述元件形成面的面积。
2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：
所述磁性体进一步具有第2侧面，该第2侧面与所述第1侧面大致平行，并且位于与所述第1侧面相反的一侧，
所述第2侧面的面积大于所述第1侧面的面积。
3.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于：
在相对于所述搭载面垂直方向上的所述第2侧面的长度大于在相对于所述搭载面垂直方向上的所述第1侧面的长度。
4.如权利要求1～3的任意一项所述的磁传感器，其特征在于：
所述磁检测元件包含第1磁阻元件～第4磁阻元件，
所述第1磁阻元件以及第2磁阻元件从所述磁性体的所述第1侧面来看位于一侧，
所述第3磁阻元件及第4磁阻元件从所述磁性体的所述第1侧面来看位于另一侧。
5.如权利要求4所述的磁传感器，其特征在于：
进一步具备被搭载于所述电路基板的辅助磁性体，
所述传感器芯片进一步具有第1侧面以及第2侧面，该第1侧面以及第2侧面相对于所述元件形成面为大致垂直，并且从所述磁性体的所述第1侧面来看分别位于所述一侧以及所述另一侧，
所述辅助磁性体以覆盖所述第1侧面以及第2侧面的至少一部分的形式，被搭载于所述电路基板。
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