JP2002026425A - 磁電変換素子およびそれを用いた磁器センサおよび磁電変換素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性ばらつきが小さく、外部磁気ノイズによ
る誤動作が少ない磁電変換素子と、それを用いた磁気セ
ンサ、および磁電変換素子の製造方法を得る。 【解決手段】 磁電変換素子１０は、非磁性体材料で形
成された基板１２を含む。基板１２上に、接着剤層１４
を介して、応力緩和効果を有する保護層１６を形成す
る。保護層１６上に、印加される磁界の強さによって電
気抵抗値が変わる磁気抵抗効果層１８を支持する。磁気
抵抗効果層１８には、間隔を隔ててショートバー電極２
０が形成される。さらに、磁気抵抗効果層１８の両端部
に、接続電極２２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は磁電変換素子およ
びそれを用いた磁気センサに関し、特にたとえば、外部
磁界に対して抵抗値が変化する磁気抵抗効果層が形成さ
れた磁電変換素子と、それを用いた磁気センサに関す
る。また、この発明は、このような磁電変換素子を効率
的に製造するための磁電変換素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の磁電変換素子の一例を示す
平面図であり、図１０はその断面図解図である。磁電変
換素子１は、磁性体材料で形成された基板２を含む。基
板２の一方面上には、ＩｎＳｂ薄膜などの磁気抵抗効果
を有する材料で磁気抵抗効果層３が形成される。磁気抵
抗効果層３は、たとえばミアンダライン形状に形成さ
れ、間隔を隔てて複数のショートバー電極４が形成され
る。ショートバー電極４が形成された磁気抵抗効果層３
は、ポリイミド樹脂などの応力緩和効果を有する保護層
５で支持される。そして、この保護層５が、エポキシ樹
脂などの接着剤層６によって、基板２に接着される。さ
らに、磁気抵抗効果層３の両端には、磁電変換素子１を
収納するケースに形成されたリード端子などに接続する
ための接続電極７が形成される。

【０００３】この磁電変換素子１では、複数のショート
バー電極４が形成されることによって、磁気抵抗効果層
３を流れる電流が短絡され、電気的に磁気抵抗効果層３
が複数の磁電変換部に分割される。そして、これらの複
数の磁電変換部が、直列接続された形となっている。こ
の磁電変換素子１は、バイアス用磁石とともにケース内
に収納されることにより、基板２の面に直交する向きに
バイアス磁界が印加される。この状態で外部磁界が変化
すると、磁電変換素子１に印加される磁界の強さが変化
し、それによって磁気抵抗効果層３の抵抗値が変化する
ことにより、磁電変換素子１は磁気センサとして働く。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような磁電変換素
子では、バイアス用磁石によるバイアス磁界を効果的に
磁気抵抗効果層に印加するため、磁性体材料で形成され
た基板が用いられているが、図１１に示すように、エッ
ジ効果によって磁性体基板の外周部に磁束が集中し、磁
性体基板の中央部と周辺部との間に磁束密度の差が生じ
る。そのため、基板の中央部と周辺部とで、磁気抵抗効
果層の抵抗に差が生じ、出力特性のばらつきが大きくな
るという問題があった。また、磁性体基板であるため、
外部磁界がのりやすく、外来磁気ノイズが大きくなるこ
とで、磁電変換素子が誤動作しやすくなるという不具合
もあった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、特
性ばらつきが小さく、外部磁気ノイズによる誤動作が少
ない磁電変換素子と、それを用いた磁気センサを提供す
ることである。また、この発明の目的は、このような磁
電変換素子を効率的に製造することができる、磁電変換
素子の製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、非磁性体材
料で形成された基板と、基板上に接着される応力緩和効
果を有する保護層と、保護層を介して基板上に支持され
る磁気抵抗効果層と、磁気抵抗効果層に間隔を隔てて形
成される導電性を有するショートバー電極とを含む、磁
電変換素子である。また、この発明は、ケースと、ケー
ス内に収納される上述の磁電変換素子と、ケース内に収
納され磁電変換素子にバイアス磁界を印加するためのバ
イアス用磁石とを含む、磁気センサである。さらに、こ
の発明は、磁気抵抗効果を有する材料で形成されたウエ
ハーを準備する工程と、ウエハーの一方面上に間隔を隔
てて形成されるショートバー電極を形成する工程と、シ
ョートバー電極を含む所定の形状となるようにウエハー
の一方面に溝を形成する工程と、溝が形成されたウエハ
ーの一方面に応力緩和効果を有する材料で保護層を形成
する工程と、保護層形成面と非磁性体材料からなる基板
とを接着する工程と、ウエハーの他方面側から溝形成部
まで研削することにより溝で形成された所定の形状の複
数の磁気抵抗効果層を形成する工程と、複数の磁気抵抗
効果層が切り離されるように基板を切断する工程とを含
む、磁電変換素子の製造方法である。

【０００７】基板を非磁性体で形成することにより、磁
性体基板にみられたような磁界に対するエッジ効果を防
止することができる。そのため、ケース内にこの発明の
磁電変換素子とバイアス用磁石を収納した磁気センサで
は、バイアス磁界による基板表面の磁束密度分布が均一
となり、基板上に形成された磁気抵抗効果層の抵抗値の
部分的なばらつきが少なくなる。また、非磁性体基板を
用いることにより、基板に外部磁界がのりにくくなる。
また、この発明の製造方法を用いれば、大きい基板上に
複数の磁気抵抗効果層を形成することができ、これらを
切り離すことによって、効率的に多数の磁電変換素子を
製造することができる。このとき、応力緩和効果を有す
る保護層によって磁気抵抗効果層が支持されているた
め、保護層と基板とを接着するための接着剤による応力
が緩和され、磁気抵抗効果層やショートバー電極などの
破損を防ぐことができる。

【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の磁電変換素子の
一例を示す平面図であり、図２はその断面図である。磁
電変換素子１０は、非磁性体材料で形成された基板１２
を含む。基板１２としては、たとえばガラス基板、アル
ミナ基板などのセラミックス基板、マイカ基板、Ｓｉ基
板などの半導体基板を用いることができる。実用上は、
基板１２として、安価で入手の容易なガラス基板やアル
ミナ基板などを用いることが好ましい。

【００１０】基板１２の一方面上には、接着剤層１４を
介して保護層１６が形成される。保護層１６としては、
たとえばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコー
ン、エポキシ樹脂などの応力緩和効果を有する材料であ
れば何でも使用することができる。また、接着剤層１４
としては、たとえばエポキシ樹脂などを用いることがで
きる。

【００１１】保護層１６には、磁気抵抗効果層１８が支
持される。磁気抵抗効果層１８は、たとえばＩｎＳｂ膜
などの磁気抵抗効果を有する材料で、ミアンダライン形
状に形成される。また、基板１２側において、磁気抵抗
効果層１８に複数のショートバー電極２０が形成され
る。これらのショートバー電極２０によって、磁気抵抗
効果層１８を流れる電流が短絡され、電気的に磁気抵抗
効果層１８が複数の磁電変換部に分割される。そして、
これらの磁電変換部が、直列接続された形となってい
る。さらに、磁電変換素子１０を収納するためのケース
に形成されたリード端子などに接続するため、磁気抵抗
効果層１８の両端に接続電極２２が形成される。

【００１２】なお、図３に示すように、磁気抵抗効果層
１８上に接続電極２２が形成されなくてもよい。接続電
極２２が形成されていれば、リード線などを接続する際
に密着性を向上させることができるが、接続電極２２が
なくても、磁気抵抗効果層１８に直接リード線を接続す
ることができる。接続電極２２を形成しない場合には、
磁電変換素子１０の製造コストを低減することができ
る。

【００１３】このような磁電変換素子１０を作製するた
めに、図４（ａ）に示すように、ＩｎＳｂなどで形成さ
れた磁気抵抗効果を有するウエハー３０が準備され、ウ
エハー３０の一方面が鏡面研磨される。鏡面研磨された
ウエハー３０上に、たとえばＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕな
どの単層膜やＴｉ／Ａｌ，Ｃｒ／Ｃｕ，Ｃｒ／Ａｕ，Ｃ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕなどの多層膜の電極材料を蒸着もしくは
スパッタリングなどの方法で成膜し、電極層３２が形成
される。次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグ
ラフィなどの方法で、電極層３２がショートバー電極２
０の形状に形成される。さらに、図４（ｃ）に示すよう
に、フォトリソグラフィなどの方法で、ショートバー電
極を含む複数のミアンダライン形状となるようにウエハ
ー３０の一方面側に溝３４が形成される。このとき、複
数のミアンダラインを分離するための溝３４ａも形成さ
れる。

【００１４】ウエハー３０の溝３４，３４ａが形成され
た面には、図４（ｄ）に示すように、スピンコート法な
どによりポリイミドの有機溶媒溶液が塗布され、９０℃
で３０分間乾燥したのち３５０℃で２時間硬化して、保
護層３６が形成される。次に、図４（ｅ）に示すよう
に、保護層３６形成面にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹
脂による接着剤層３８が形成され、非磁性体材料で形成
された基板４０上に接着される。そして、図４（ｆ）に
示すように、溝３４形成部までウエハー３０を研磨する
ことにより、ミアンダライン状の複数の磁気抵抗効果層
１８が形成された基板４０が得られる。次に、ダイシン
グソーなどによって、溝３４ａ部分において基板４０を
切断することによって、図３に示すような磁電変換素子
１０が得られる。さらに、磁気抵抗効果層１８の端部に
接続電極２２を形成することにより、図１および図２に
示すような複数の磁電変換素子１０が得られる。

【００１５】また、図５（ａ）に示すように、図４
（ａ）〜図４（ｃ）に示す方法で溝３４，３４ａを形成
したウエハー３０に、スピンオングラス法によってシリ
カからなる保護層３６を形成してもよい。そして、図５
（ｂ）に示すように、保護層３６がエポキシ樹脂などの
熱硬化性樹脂による接着剤層３８によって基板４０に接
着され、図５（ｃ）に示すように、溝３４，３４ａ形成
部までウエハー３０を研磨することにより、ミアンダラ
イン状の複数の磁気抵抗効果層１８が形成された基板４
０が得られる。次に、ダイシングソーなどによって、溝
３４ａ部分において基板４０を切断することにより、図
６に示すような構造の複数の磁電変換素子１０が得られ
る。

【００１６】このようにして得られた磁電変換素子１０
を用いて、図７に示すように、磁気センサ５０が形成さ
れる。磁気センサ５０はケース５２を含み、ケース５２
内に収納されたベース５４の一方面上に磁電変換素子１
０が取り付けられる。また、ベース５４の他方面側に
は、バイアス用磁石５６が配置される。さらに、ケース
５２からリード端子５８が延びるように形成され、この
リード端子５８に磁電変換素子１０の接続電極２２がリ
ード線６０などによって接続される。

【００１７】この磁気センサ５０では、バイアス用磁石
５６によって、磁電変換素子１０の磁気抵抗効果層１８
にバイアス磁界が印加される。この状態で、外部磁界が
変化すると、磁気抵抗効果層１８に印加される磁界の強
さも変化し、磁気抵抗効果層１８の電気抵抗値が変化す
る。このような磁気抵抗効果層１８の電気抵抗を測定す
ることによって、磁気センサ５０の周囲の磁界の変化を
検知することができる。

【００１８】この磁電変換素子１０では、基板１２が非
磁性体材料で形成されているため、図８に示すように、
基板１２の全面において、ほぼ均一な磁束密度分布を得
ることができる。そのため、磁気抵抗効果層１８は、ど
の部分においても、ほぼ均一な電気抵抗値を有すること
となり、出力特性のばらつきを少なくすることができ
る。また、基板１２が非磁性体材料で形成されているた
め、基板１２に外部磁界がのりにくく、外来磁気ノイズ
による磁電変換素子１０の誤動作を防止することができ
る。

【００１９】また、この磁電変換素子１０では、応力緩
和効果を有する保護層１６が形成され、この保護層１６
を介して磁気抵抗効果層１８が基板１２上に支持されて
いるため、磁電変換素子１０を製造する際に、接着剤層
１４の硬化収縮による応力が緩和される。そのため、製
造時において、磁気抵抗効果層１８にクラックが発生し
にくく、またショートバー電極２０が脱落しにくい。し
たがって、この発明の製造方法を用いれば、出力特性の
ばらつきが少なく、外来磁気ノイズによる誤動作の少な
い磁電変換素子１０を効率的に製造することができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、基板が非磁性体材料
で形成されていることにより、出力特性のばらつきが少
なく、外来磁気ノイズによる誤動作の少ない磁電変換素
子および磁気センサを得ることができる。また、この発
明の製造方法を用いることにより、上述のような優れた
特性を有する磁電変換素子を効率的に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の磁電変換素子の一例を示す平面図で
ある。

【図２】図１に示す磁電変換素子の断面図解図である。

【図３】この発明の磁電変換素子の他の例を示す断面図
解図である。

【図４】この発明の磁電変換素子を製造する工程の一例
を示す図解図である。

【図５】この発明の磁電変換素子を製造する工程の他の
例を示す図解図である。

【図６】図５に示す工程で製造された磁電変換素子の断
面図解図である。

【図７】この発明の磁電変換素子を用いた磁気センサの
一例を示す図解図である。

【図８】この発明の磁電変換素子の磁束密度分布を示す
図解図である。

【図９】従来の磁電変換素子の一例を示す平面図であ
る。

【図１０】図９に示す従来の磁電変換素子の断面図解図
である。

【図１１】図９に示す従来の磁電変換素子の磁束密度分
布を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ 磁電変換素子 １２ 基板 １４ 接着剤層 １６ 保護層 １８ 磁気抵抗効果層 ２０ ショートバー電極 ２２ 接続電極 ３０ ウエハー ３２ 電極層 ３４ 溝 ３６ 保護層 ３８ 接着剤層 ４０ 基板 ５０ 磁気センサ ５２ ケース ５４ ベース ５６ バイアス用磁石 ５８ リード端子 ６０ リード線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性体材料で形成された基板、 前記基板上に接着される応力緩和効果を有する保護層、 前記保護層を介して前記基板上に支持される磁気抵抗効
   果層、および前記磁気抵抗効果層に間隔を隔てて形成さ
   れる導電性を有するショートバー電極を含む、磁電変換
   素子。
2. 【請求項２】 ケース、 前記ケース内に収納される請求項１に記載の磁電変換素
   子、および前記ケース内に収納され、前記磁電変換素子
   にバイアス磁界を印加するためのバイアス用磁石を含
   む、磁気センサ。
3. 【請求項３】 磁気抵抗効果を有する材料で形成された
   ウエハーを準備する工程、 前記ウエハーの一方面上に間隔を隔てて形成されるショ
   ートバー電極を形成する工程、 前記ショートバー電極を含む所定の形状となるように前
   記ウエハーの一方面に溝を形成する工程、 前記溝が形成された前記ウエハーの一方面に応力緩和効
   果を有する材料で保護層を形成する工程、 前記保護層形成面と非磁性体材料からなる基板とを接着
   する工程、 前記ウエハーの他方面側から前記溝形成部まで研削する
   ことにより前記溝で形成された所定の形状の複数の磁気
   抵抗効果層を形成する工程、および複数の前記磁気抵抗
   効果層が切り離されるように前記基板を切断する工程を
   含む、磁電変換素子の製造方法。