JP2001289929A - 高周波化磁界センサー - Google Patents

高周波化磁界センサー

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JP2001289929A
JP2001289929A JP2000101058A JP2000101058A JP2001289929A JP 2001289929 A JP2001289929 A JP 2001289929A JP 2000101058 A JP2000101058 A JP 2000101058A JP 2000101058 A JP2000101058 A JP 2000101058A JP 2001289929 A JP2001289929 A JP 2001289929A
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JP
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magnetic field
impedance
high frequency
wiring
field sensor
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JP2000101058A
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Taiko Ko
太好 高
Katsufumi Kumano
勝文 熊野
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサーにおい
て、高周波化と高感度化を実現し、高周波磁界を精度良
く検知する。 【解決手段】高周波電流源32から電流供給用ケーブル
コネクタ33、電流供給用ケーブル34を介し、プロー
ブ先端部の磁気抵抗効果素子への高周波電流を供給す
る。外部磁界により変化したインピーダンスを、インピ
ーダンス変化検知用ケーブル接続コネクタ35、インピ
ーダンス変化検知用ケーブル36を介し、インピーダン
ス変化信号として取り出し、その信号を検波回路37に
供給する。その後検波信号により抽出された信号を接続
ケーブル用コネクタ38、接続ケーブル39を介し、増
幅器40で増幅し、出力信号とする。ここで、磁気セン
サー素子に電流を与える配線34のL成分によるインピ
ーダンスを磁気センサー素子の有するインピーダンスと
の比で0.1以下にし、全てを石英基板31上に形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ用磁界測定装
置、ナビゲーション用地磁気センサー等の磁界センサー
に関するものである。また、本発明は、電子式複写機、
FAX、印刷機、パソコン等の事務機器、家庭用電気機
器、産業機器等、各種電気電子機器からの電磁ノイズを
検知し、また装置内に内在させるプリント配線基板等か
らのノイズを検知し、その対策に用いるEMC(電磁環
境適合性:Electromagnetic Compatibilty)規制対策や
電磁障害対策用検査機器にも応用可能なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の磁気センサーとしてMR
センサー、MI(磁気インピーダンス)センサー、フラ
ックスゲートセンサー、半導体ホール効果センサーが用
いられてきた。このうちMRセンサー、MIセンサーは
MR素子、MI素子といった磁気抵抗効果素子を用い、
薄膜化でき、小型化が容易なため近年発明、改良がなさ
れてきた。これらの素子を用いたセンサーは、磁気抵抗
効果素子に電流を流し、MR素子では直流電流を、MI
素子では高周波電流を主に流している。
【0003】磁気抵抗効果素子を利用した従来技術とし
ては、例えば特開平6−176930号公報記載の「磁
気インダクタンス素子」、特開平6−253573号公
報記載の「電流検出回路」、特開平9−318719号
公報記載の「磁気センサー回路」等がある。しかしなが
ら、従来の磁気センサーは比較的低周波磁界の検知が目
的であったので、高周波磁界検知に十分対応した回路構
成となっておらず、高周波磁界の検知を精度良く行うこ
とが困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、磁気抵抗効
果素子を用いた磁気センサーにおいて、接続する信号処
理回路部の高周波化を行い、磁気センサーの高周波化と
高感度化を実現し、高周波磁界を精度良く検知すること
を、その課題とする。
【0005】
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、磁気抵抗効果素子を有する磁界センサー
において、磁気抵抗効果素子に電流を与える配線及び磁
気抵抗効果素子から抵抗の変化を検知するための回路部
に接続される配線におけるL成分によるインピーダンス
を磁気抵抗効果素子の有するインピーダンスとの比で
0.1以下としたことである。また、磁気抵抗効果素子
を有する磁界センサーにおいて、磁気抵抗効果素子に電
流を与える配線及び磁気抵抗効果素子から抵抗の変化を
検知するための回路部に接続される配線の構造を伝送線
路構造とした。また、磁気抵抗効果素子を有する磁界セ
ンサーにおいて、磁気抵抗効果素子のインピーダンスと
伝送線路のインピーダンスを概ね一致させた。また、ル
ープコイル部分の一部を磁気抵抗効果素子としたループ
コイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で構成し、かつ、
信号処理回路部をチップ部品とし一体に構成した。ま
た、ループコイル部分の一部を磁気抵抗効果素子とした
ループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で構成し、
かつ、信号処理回路部を有する半導体基板上に一体に構
成した。
【0006】
【作用】磁気抵抗効果素子に電流を与える配線を低L化
することで、駆動電流の高周波化が可能となり、また磁
気抵抗効果素子から抵抗の変化を検知するための回路部
に接続される配線も低L化されることで、検波性能の向
上につながり、高感度な磁気センサーが実現可能とな
る。また、高感度な高周波電流プローブへの応用も可能
である。また配線を伝送線路構造とすることで、さらに
感度を向上させることができる。また信号処理回路部を
チップ部品、または直接半導体基板上に形成し、センサ
ー部全体を一体に構成することで、更なる小型化が実現
できる。
【0007】次に図面を参照しつつ実施例1を説明す
る。図1乃至図4は、MIセンサーを用いた場合の例で
ある。作製方法としては、まず図1に示すように、石
英、ガラスなどの絶縁基板1上にFe−Ni薄膜2aな
どの磁気抵抗効果膜をスパッタにより作製する。この場
合、磁気抵抗効果素子の材料は、金属部材であれば目的
とする磁界強度に応じて適宜選択すれば良い。なお、F
e−Ni薄膜はメッキ法によっても作製できる。
【0008】次に図2に示す如く、通常の半導体製作工
程のフォトリソを用いて、直線状に磁気抵抗効果素子2
bとして機能できる膜厚5μm×幅10μm×長さ20
0μmの形にする。この寸法は目的によって適宜変更で
きる。その後、図3に示すように、絶縁層としてSiO
膜3をスパッタで成膜し、フォトリソ工程で、磁気抵
抗効果素子上にスルーホール4を加工する。なお、フォ
トリソ工程によっては絶縁層を必要としない工程にする
こともできる。また、絶縁層はSi窒化膜などのほかの
材料でもよい。
【0009】次に図4に示す如く、Alなどの非磁性金
属を磁気抵抗効果素子2bに電流を与える配線5aとパ
ッド部6aおよび検知用配線5bとパッド部6bとして
スパッタ等により成膜の後、Fe−Ni薄膜と同様にフ
ォトリソにより作製する。なお、非磁性金属はCu,A
g,Au又はその合金等でもよい。
【0010】こうした配線形状としては、直線であるこ
とが低L化のためには必要である。このため、磁気特性
の劣化を防ぐべく、例えば直線状で形成した磁気抵抗効
果素子の接続用配線の場合には、引回しのための曲がり
や、ループ状に形成することが従来例(図5)では多か
った。本実施例では一配線当り2個所のみの曲がりと、
配線を磁気抵抗効果素子2bにできるだけ近接させるた
め、インピーダンス変化検知用配線5bと磁気抵抗効果
素子2bで形成されるループ面積を低下でき、低L化を
実現することができた。この配線の低L化によって、通
電する電流の高周波化が容易に実現できる。すなわち、
図6のような本発明の磁気センサー等価回路において、
配線のインピーダンス2πLを磁気抵抗効果素子のイン
ピーダンスZの10%以下としたことで、今回設定した
駆動用定電流源の仕様範囲で駆動できる高周波電流値の
周波数をより高くすることができ、磁気抵抗効果素子の
Zの変化率を増加させることができた。また、検出回路
においても磁気抵抗効果のインピーダンス変化率を検波
する際にも配線を含めたセンサー全体のインピーダンス
の変化率が検波の性能向上につながるため、両方の効果
で高感度化が実現できる。
【0011】図7に実施例2を示す。実施例1と同様に
作製したプローブにおいて、磁気抵抗効果素子12に電
流を与える配線および検知用配線を伝送線路17とす
る。なお、接続用配線部18は極力短く構成する。これ
により配線のL成分を更に下げることができる。図7の
伝送線路部17は、平行線路型である。他にマイクロス
トリップ型、トリプレート型、コープレーナ型等の伝送
路でもよい。なお、バイアス用コイル、精度向上のため
のフィードバックコイルをもつセンサーにも適用でき、
コイル部以外の配線を伝送線路として目的以外の部分で
のL成分を低くすることで、コイル自体の励磁性能が向
上され、その結果、センサー性能が向上する。
【0012】図8に実施例3を示す。実施例2と同様に
作製したセンサーにおいて伝送線路27のインピーダン
スと磁気抵抗効果素子22のインピーダンスをほぼ一致
させる。これによりセンサー部での反射等を低減でき
て、ノイズを低減することが可能となり、高感度化が実
現できる。
【0013】図9に実施例4を示す。この実施例では、
プローブ先端部(MIセンサー先端部)がすべて石英基
板31上に形成されており、さらに図6に示した信号処
理回路部を有するチップ部品をハンダ、導電性接着材な
どで接続する。これによりセンサー全体の小型化が可能
となる。
【0014】図6を参酌しつつ簡単にセンサーの機能を
説明すると、まず高周波電流源32から電流供給用ケー
ブル接続コネクター33、電流供給用ケーブル34を介
し、プローブ先端部の磁気抵抗効果素子へ高周波電流を
供給する。外部磁界により変化したインピーダンスを、
インピーダンス変化検知用ケーブル接続コネクター3
5、インピーダンス変化検知用ケーブルを介し、インピ
ーダンス変化信号として取り出し、その信号を検波回路
37に供給する。その後検波信号により抽出された信号
を接続ケーブル用コネクター38、接続ケーブル39を
介し、増幅器40にて増幅し、出力信号とする。
【0015】図10乃至図12に実施例5を示す。図1
0に示す如く、予め、図6相当の、高周波電流発生部5
3、信号処理回路部56をSi、またはGaAs等の半
導体基板51上に通常の半導体プロセスにより形成す
る。さらに絶縁層(SiO層)52を形成した後、磁
気抵抗効果素子54を含むセンサー先端部を作製する。
そして導電性金属層55を形成し、磁気抵抗効果素子5
4と高周波電流発生部53とを高周波電流用接続部53
a、高周波電流用パッド53bを介して接続し、一方磁
気抵抗効果素子54と信号処理回路部とを、信号処理回
路用接続部56a、インピーダンス変化検知用パッド5
6bを介して接続する。
【0016】次に図11に示す如く、基板上全体にSi
層57を形成し、その後DC電源用スルーホール5
8、グラウンド用スルーホール59、出力用スルーホー
ル60を形成する。そして図12に示す如く、それぞれ
のスルーホールにDC電源用コネクター61a、電源グ
ラウンド用コネクター62a、出力用コネクター63a
を配置するように構成する。これによりセンサー全体が
さらに小型化される。
【0017】
【発明の効果】本発明のプローブによれば、高感度な磁
気センサーを実現できる。そのため、高感度な高周波電
流プローブとしての利用が可能となる。請求項2、請求
項3の構成をとることで、さらに感度を向上させること
ができる。また、請求項4及び請求項5の構成をとれ
ば、小型化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は実施例1のプローブの作製手順1を示す正面
図である。
【図2】(a)は実施例1のプローブの作製手順2を示
す正面図、(b)は平面図である。
【図3】(a)は実施例1のプローブの作製手順3を示
す正面図、(b)は平面図である。
【図4】(a)は実施例1のプローブの作製手順4を示
す正面図、(b)は平面図である。
【図5】はMIセンサーの従来例である。
【図6】は信号処理回路部を含んだセンサーの等価回路
を表すブロック図である。
【図7】は実施例2のプローブ先端部の平面図である。
【図8】は実施例3のプローブ先端部の平面図である。
【図9】は実施例4のセンサー全体を示す平面図であ
る。
【図10】(a)は実施例5の製作工程1の平面図、
(b)は正面図である。
【図11】(a)は実施例5の製作工程2の平面図、
(b)は正面図である。
【図12】(a)は実施例5の製作工程3の平面図、
(b)は正面図である。
【符号の説明】
1:ガラス基板 2a:Fe−Ni薄膜 2b,12,22,54:磁気抵抗効果素子 3:絶縁膜(Si0膜) 4:スルーホール 5a:高周波電流用配線 5b:インピーダンス変化検知用配線 6a,16a,26a:高周波電流用パッド 6b,16b,26b:インピーダンス変化検知用パッ
ド 17,27:伝送線路 18,28:接続用配線部 31:石英基板 32:高周波電流源 33:電流供給用ケーブル接続コネクター 34:電流供給用ケーブル 35:インピーダンス変化検知用ケーブル接続コネクタ
ー 36:インピーダンス変化検知用ケーブル 37:検波回路 38:接続ケーブル用コネクター 39:接続ケーブル 40:増幅器 51:Si基板 52:SiO層 53:高周波電流発生部 53a:高周波電流用接続部 53b:高周波電流用パッド 55:導電性金属層 56:信号処理回路部 56a:信号処理回路用接続部 56b:インピーダンス変化検知用パッド 56c:DC電源接続用パッド 56d:グラウンド接続用パッド 56e:出力用コネクターパッド 56f:DC電源用接続部 56g:グラウンド接続用接続部 56h:出力用接続部 57:SiO層 58:DC電源用スルーホール 59:グラウンド用スルーホール 60:出力用スルーホール 61a:DC電源用コネクター 61b:DC電源 62a:電源グラウンド用コネクター 62b:電源グラウンド 63a:出力用コネクター 63b:出力用ケーブル

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気抵抗効果素子を有する磁界センサーに
    おいて、磁気抵抗効果素子に電流を与える配線及び磁気
    抵抗効果素子から抵抗の変化を検知するための回路部に
    接続される配線におけるL成分によるインピーダンスを
    磁気抵抗効果素子の有するインピーダンスとの比で0.
    1以下とした高周波化磁界センサー。
  2. 【請求項2】磁気抵抗効果素子を有する磁界センサーに
    おいて、磁気抵抗効果素子に電流を与える配線及び磁気
    抵抗効果素子から抵抗の変化を検知するための回路部に
    接続される配線の構造を伝送線路構造とした高周波化磁
    界センサー。
  3. 【請求項3】磁気抵抗効果素子を有する磁界センサ−に
    おいて、磁気抵抗効果素子のインピーダンスと伝送線路
    のインピーダンスを概ね一致させた高周波化磁界センサ
    ー。
  4. 【請求項4】ループコイル部分の一部を磁気抵抗効果素
    子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で
    構成し、かつ、信号処理回路部をチップ部品として一体
    に構成した請求項1、請求項2又は請求項3の高周波化
    磁界センサー。
  5. 【請求項5】ループコイル部分の一部を磁気抵抗効果素
    子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で
    構成し、かつ、信号処理回路部を有する半導体基板上に
    一体に構成した請求項1、請求項2又は請求項3の高周
    波化磁界センサー。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7417269B2 (en) 2002-11-21 2008-08-26 Denso Corporation Magnetic impedance device, sensor apparatus using the same and method for manufacturing the same
JP2008305899A (ja) * 2007-06-06 2008-12-18 Fujikura Ltd 磁気デバイスおよびその製造方法

Cited By (3)

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