JP2003106865A - ホールセンサ及びこれを用いた変位検出装置 - Google Patents

ホールセンサ及びこれを用いた変位検出装置

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JP2003106865A
JP2003106865A JP2001305714A JP2001305714A JP2003106865A JP 2003106865 A JP2003106865 A JP 2003106865A JP 2001305714 A JP2001305714 A JP 2001305714A JP 2001305714 A JP2001305714 A JP 2001305714A JP 2003106865 A JP2003106865 A JP 2003106865A
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JP
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magnetic
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magnetism collecting
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JP2001305714A
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Ichiro Okada
一朗 岡田
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束密度が低い環境下でも実用上充分な出力
電圧レベルが得られるホールセンサ及びこれを用いた変
位検出装置を提供すること。 【解決手段】 磁性体基板上に設けられた電源用電極と
出力用電極とがリードフレーム上に設けられた端子にワ
イヤボンディングされて樹脂封止されているホールセン
サにおいて、磁性体基板上に備えられる集磁片の高さを
ボンディングワイヤのループ高さよりも高く設定し、か
つ、集磁片上の樹脂層の厚みを50μm以上200μm
以下とした。更に、そのようなホールセンサの集磁片と
交番着磁された磁石の磁片とを対向させて変位検出装置
を構成することとした。これにより、感磁部を貫く磁束
の密度を高めることが容易となり、磁石により形成され
る磁界が弱い場合であっても、実用上充分な強度の電圧
出力レベルを有するホールセンサ、および、高感度な変
位検出装置を提供することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホールセンサ及び
これを用いた変位検出装置に関し、より詳細には、ホー
ルセンサを構成する集磁片表面上の封止用樹脂層の厚み
を薄くし、検出対象である磁石に感磁部の位置をより近
づけることにより、実用上充分な出力電圧レベルを得る
ことが可能なホールセンサ及びこれを用いた変位検出装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常のビデオデッキにおけるテープ走行
にはキャプスタンモータが用いられており、ビデオテー
プに録画された画像を再生させたり、あるいは未録画の
テープ場所に録画したりする場合には、キャプスタンモ
ータによるビデオテープ走行が行われている。
【0003】従って、再生・録画時におけるテープ走行
は、あらかじめ定められた画像のコマ送り速度に対応す
る走行速度に設定される必要があり、キャプスタンモー
タの回転数を正確に制御することが求められている。
【0004】一般的なキャプスタンモータの外周はφ8
0mm程度であり、モータの外周部には、交番着磁され
たリング状の磁石が設けられている。このリング状磁石
は、FG(Frequency Generator)リングと呼ばれ、交
番着磁された磁極の間隔(磁極ピッチ)は0.3mm程
度に設計されている。
【0005】ビデオテープの走行中には、キャプスタン
モータの外周部に設けられたFGリングがその中心軸の
周りを回転し、これにより、FGリングの磁極に対向し
て備えられた磁気センサの感磁部に発生する磁束密度が
変化する。この磁束密度の時間的変化を検知し、モータ
の回転速度に比例するパルスを検出し、その結果を基に
してモータの回転速度が算出される。
【0006】このようなキャプスタンモータの回転速度
の測定に従来型のホールセンサを用いる場合、磁極ピッ
チが0.3mm以下の磁石の変位を充分な感度で検知す
るためには、磁極とホールセンサの感磁部との間隔を
0.3mm以下に設計する必要がある。
【0007】一方、一般的なホールセンサの配線工程で
は、ワイヤボンディング法が採用されるが、信頼性を保
つために接合部の強度を充分に保つ必要がある。そのた
めには、ワイヤの「ループ」高は0.1〜0.3mm程
度にすることが要求される。
【0008】樹脂封止後、リードフレームから個片に分
離されたパッケージの形状は、手ハンダによる実装に適
したSIP(片側に4本のリードが全て出ているもの)
またはDIP(両側に2本ずつ、或いは1本と3本に分
けてリードが出ているもの)タイプ、自動実装機により
表面実装可能なミニモールドタイプ等がある。
【0009】図5は、従来のミニモールドタイプのホー
ルセンサの、アウターリードのフォーミングの構成を説
明するための図で、樹脂封止したホール素子ペレット5
1のアウターリード52を実装面53にフォーミングす
る場合には、主として実装厚さを減らす目的で、ホール
素子ペレット51を搭載した方向、即ちリードフレーム
面からみてパッケージが厚い方向にアウターリード52
を実装面53にフォーミングするのが一般的である。
【0010】従って、ホールセンサの信頼性を保証する
観点からは、磁極と感磁部との間隔を、ボンディングワ
イヤのループ高さに相当する間隔以下に設定することが
困難となって、センサの感度を向上させる障害となる。
【0011】また、ホールセンサを樹脂封入させたパッ
ケージの表面からボンディングワイヤが露出しないため
には、ワイヤのループの高さ以上の厚みの封止樹脂が必
要とされるため、磁極と感磁部との間隔を狭く設計する
ことは更に制約を受けることになる。
【0012】このように、FGリングの磁極ピッチは非
常に狭く、感磁部に発生する磁束密度が極めて低いた
め、従来型のホールセンサとFGリングとを対向させて
変位検知装置を構成しても、実用上求められる出力電圧
レベルを得ることは困難であるという問題があった。
【0013】そのため、実際には、磁性薄膜磁気抵抗素
子、コイル、または磁気ヘッド等が使用されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気抵抗素子
は、ホール素子と比較すると著しく高価な素子であり、
このような素子を用いて構成されるセンサも高価なもの
となってしまう。
【0015】また、コイルや磁気ヘッドは、磁気抵抗素
子に比較すると安価ではあるものの、出力電圧がモータ
の回転速度に依存し、特に、低速回転時において出力電
圧が著しく低下するという問題があった。
【0016】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、例えばFGリング
のように、発生する磁束密度が極めて低い磁石と対向さ
せても、実用上充分な出力電圧レベルを得ることが可能
な、高出力のホールセンサ及びこれを用いた変位検出装
置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、リード
フレーム上に配置された磁性体基板と、該磁性体基板上
に配置された磁性体からなる集磁片と、該集磁片と前記
磁性体基板との間に設けられた感磁部とを備え、前記磁
性体基板上には電源用端子と出力用端子とを有し、樹脂
で封止されているホールセンサであって、前記集磁片上
の樹脂層の厚みが50μm以上200μm以下であるこ
とを特徴とする。
【0018】また、請求項2に記載の発明は、リードフ
レーム上に配置された磁性体基板と、該磁性体基板上に
配置された磁性体からなる集磁片と、該集磁片と前記磁
性体基板との間に設けられた感磁部とを備え、前記磁性
体基板上に設けられた電源用電極と出力用電極の各々
が、前記リードフレーム上に設けられた端子にボンディ
ングワイヤにより接続されており、前記磁性体基板と前
記感磁部と前記集磁片と前記ボンディングワイヤとが樹
脂で封止されているホールセンサであって、前記集磁片
の高さが、前記ボンディングワイヤのループ高さよりも
高く設定されており、前記集磁片上の樹脂層の厚みが5
0μm以上200μm以下であることを特徴とする。
【0019】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
または2に記載のホールセンサにおいて、樹脂封止後の
アウターリードを前記集磁片と反対側にフォーミングし
たことを特徴とする。
【0020】更に、請求項4に記載の発明は、変位検出
装置において、交番着磁された磁石と、請求項1乃至3
いずれかに記載のホールセンサとを備え、前記交番着磁
された磁石の磁極と、前記集磁片とが対向して配置さ
れ、前記感磁部から出力されたホール電圧に基づいて、
前記磁石の変位を検出する検出手段を備えていることを
特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。
【0022】図1は、本発明のホールセンサの構成例を
説明するためのセンサの断面図で、リードフレーム11
上に配置されたフェライト等の磁性体基板12上には、
厚さが高々1μmの半導体薄膜からなる感磁部13が配
置されており、感磁部13の上には、幅W、高さh
磁性体からなる集磁片14が備えられている。集磁片1
4として用いられる磁性体は透磁率が高いため、対向し
て設けられることとなる磁石から発生する磁力線をその
まま感磁部13へと引き込むことが可能となる。
【0023】磁性体基板12上には、感磁部と電気的に
接続された図示しない電極が形成されており、各々の電
極はリードフレーム11と、ボンディングワイヤ15に
より電気的に接続されている。なお、ボンディングワイ
ヤ15は、接合部の強度を充分に保つために、ループ高
さhをもたせてある。
【0024】そして、これらのホールセンサの構成部材
は、集磁片14の表面上の樹脂層の厚みがdとなるよう
に樹脂16により封止されて、湿度や腐食性ガスとの化
学反応による腐食や、機械的な衝撃によるセンサの破壊
から保護されるようになっている。
【0025】図2は、図1に示した本発明のホールセン
サの構成例を更に詳細に説明するための図で、磁性体基
板12上には、電源用電極21、22、及びホール電圧
出力用電極23、24が形成されており、各々の電極
は、リードフレーム11上に設けられた対応する端子2
5〜28へとボンディングワイヤ15により接続されて
いる。
【0026】ここで、端子25は電圧印加用端子で、端
子26はグランド用端子である。また、端子23はホー
ル電圧出力用正端子であり、端子24はホール電圧出力
用負端子である。
【0027】すなわち、端子25によってホール素子に
電圧Vが印加され、入力電流Iが形成される。このと
き、ホール素子上に配置されている感磁部13の面に垂
直に作用する磁束密度があると、端子23と端子24の
間に生じる電位差がホール電圧出力Vとして検出され
る。なお、ホール電圧出力電圧Vは、入力電圧又は入
力電流に比例し、また、感磁部の面に垂直に作用する磁
束密度に比例する。
【0028】図3は、図1及び図2に示した構成のホー
ルセンサを、交番着磁されたリング状の磁石の磁極と対
向させて配置した場合の変位検出装置の構成を説明する
ための図で、磁石31は、微細な磁極ピッチLで交番着
磁されており、磁性体基板12上に設けられた感磁部1
3を有する集磁片14は、磁極とのギャップGをもって
磁極と対向するように配置されている。
【0029】更に、図示はしないが、感磁部13に発生
する磁束密度の時間的変化を検知し、モータの回転速度
に比例するパルスを検出し、その結果を基にしてモータ
の回転速度を算出するための検出装置が備えられて変位
検出装置を構成している。
【0030】磁石31が磁石の中心Oの周りを回転する
と、感磁部13に対向する磁極は、N極からS極へ、そ
してまた、そしてまたS極からN極へと順次変化する。
これに伴って、感磁部13における磁束分布が時間的に
変化し、いわゆるホール効果によってホール電圧が発生
する。このホール電圧は、感磁部における磁場の時間変
化に対応して時間的に変化するから、このホール電圧の
時間変化を解析することにより磁石31の回転状態を知
ることが可能となる。これが、変位検出の原理である。
【0031】なお、集磁片14の高さhは、ワイヤボ
ンディングのループ高さhを考慮して所望の値に設計
され、集磁片14の高さhが、磁性体基板12表面か
ら計測した場合のボンディングワイヤ15のループ高さ
よりも大きくなるという条件のもとで任意に設定す
ることが可能である。
【0032】ところで、このような変位検出装置に使用
されるホール素子は、集磁片は磁石に対向して配置され
るようなものでなければならない。
【0033】図6は、本発明のホールセンサの、アウタ
ーリードのフォーミングの構成を説明するための図で、
ミニモールド型パッケージ等の表面実装可能なパッケー
ジにおいて、樹脂封止したホール素子ペレット61のア
ウターリード62を実装面63にフォーミングする場合
に、アウターリード62を集磁片64と反対側に配置す
ることで実装精度や実装性が高い上に、実用上充分な信
号強度の得られる回転検出装置を実現することができ
る。
【0034】また、図7は、本発明のホールセンサの、
アウターリードのフォーミングの他の構成を説明するた
めの図で、樹脂封止したホール素子ペレット71のアウ
ターリード72を実装面73にフォーミングする場合
に、実装基板74に孔をあけて孔に素子を挿入して裏側
をハンダ付けすることも可能である。
【0035】図4は、磁極と集磁片との間のギャップG
と感磁部に発生する磁束密度との関係を説明するための
図で、感磁部及び集磁片の幅W、及び、集磁片の高さh
を変化させて作製した各ホールセンサについて、ギャッ
プGを変化させながら集磁部に発生する磁束密度を測定
した結果を纏めたものである。
【0036】この図4に示した測定結果から、ギャップ
Gを狭く設定すると、感磁部に発生する磁束密度が急激
に高くなることがわかる。
【0037】このような変位検出装置を、ビデオデッキ
のテープ走行に用いられるキャプスタンモータの回転数
制御に利用する場合には、ホールセンサの感磁部に生じ
る磁束密度は10mT以上が必要となる。従って、ホー
ルセンサのギャップG値は、いずれのホールセンサにお
いても200μm以下とする必要があることがわかる。
【0038】一方、ギャップG値を50μm以下に設定
する場合には、集磁片表面上の樹脂層厚dも50μm以
下とする必要があるが、このような薄い樹脂層では、樹
脂の機械的強度が著しく低下し、ホールセンサを保護す
るに充分な強度が得られないという別の問題が生じてく
る。
【0039】従って、変位検出装置としての充分な出力
電圧レベルと、ホールセンサの保護に必要な強度とを両
立させるための集磁片表面上の樹脂層厚は、50μm以
上200μm以下とすることが好ましい。
【0040】なお、上述した実施例では、微細な磁極ピ
ッチLで交番着磁された磁石としてリング状磁石を仮定
し、その磁石が中心軸の周りを回転する構成として説明
したが、本発明の変位検出装置に、ベルト状に交番着磁
された磁石等を用い、この磁石が感磁部上を水平に移動
する構成としても同様の効果が得られることは言うまで
もない。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁性体基板上に設けられた電源用電極と出力用電極とが
リードフレーム上に設けられた端子にワイヤボンディン
グされて樹脂封止されているホールセンサにおいて、磁
性体基板上に備えられる集磁片の高さをボンディングワ
イヤのループ高さよりも高く設定し、かつ、集磁片上の
樹脂層の厚みを50μm以上200μm以下としたの
で、樹脂による充分なホールセンサの保護を担保しつ
つ、感磁部を貫く磁束の密度を高めることが容易とな
り、磁石により形成される磁界が弱い場合であっても、
実用上充分な強度の電圧出力レベルを有するホールセン
サを提供することが可能となる。
【0042】また、そのようなホールセンサの集磁片と
交番着磁された磁石の磁極とを対向して配置することと
したので、高感度な変位検出装置を提供することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホールセンサの構成を説明するための
センサの断面図である。
【図2】図1の示した本発明のホールセンサの構成を説
明するための図である。
【図3】本発明の変位検出装置の構成を説明するための
図である。
【図4】集磁片と磁極との間のギャップと、感磁部に発
生する磁束密度との関係を説明するための図である。
【図5】従来のホールセンサの、アウターリードのフォ
ーミングの構成を説明するための図である。
【図6】本発明のホールセンサの、アウターリードのフ
ォーミングの構成を説明するための図である。
【図7】本発明のホールセンサの、アウターリードのフ
ォーミングの他の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
11 リードフレーム 12 磁性体基板 13 感磁部 14 集磁片 15 ボンディングワイヤ 16 樹脂 21、22 電源用電極 23、24 ホール電圧出力用電極 25、26、27、28 端子 31 磁石 51、61、71 ホール素子ペレット 52、62、72 アウターリード 64 集磁片 74 実装基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リードフレーム上に配置された磁性体基
    板と、該磁性体基板上に配置された磁性体からなる集磁
    片と、該集磁片と前記磁性体基板との間に設けられた感
    磁部とを備え、前記磁性体基板上には電源用端子と出力
    用端子とを有し、樹脂で封止されているホールセンサで
    あって、 前記集磁片上の樹脂層の厚みが50μm以上200μm
    以下であることを特徴とするホールセンサ。
  2. 【請求項2】 リードフレーム上に配置された磁性体基
    板と、該磁性体基板上に配置された磁性体からなる集磁
    片と、該集磁片と前記磁性体基板との間に設けられた感
    磁部とを備え、前記磁性体基板上に設けられた電源用電
    極と出力用電極の各々が、前記リードフレーム上に設け
    られた端子にボンディングワイヤにより接続されてお
    り、前記磁性体基板と前記感磁部と前記集磁片と前記ボ
    ンディングワイヤとが樹脂で封止されているホールセン
    サであって、 前記集磁片の高さが、前記ボンディングワイヤのループ
    高さよりも高く設定されており、前記集磁片上の樹脂層
    の厚みが50μm以上200μm以下であることを特徴
    とするホールセンサ。
  3. 【請求項3】 樹脂封止後のアウターリードを前記集磁
    片と反対側にフォーミングしたことを特徴とする請求項
    1または2に記載のホールセンサ。
  4. 【請求項4】 交番着磁された磁石と、請求項1乃至3
    いずれかに記載のホールセンサとを備え、前記交番着磁
    された磁石の磁極と、前記集磁片とが対向して配置さ
    れ、前記感磁部から出力されたホール電圧に基づいて、
    前記磁石の変位を検出する検出手段を備えていることを
    特徴とする変位検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017120203A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 ローム株式会社 磁気センサモジュール
CN114543647A (zh) * 2022-02-18 2022-05-27 江苏兴宙微电子有限公司 物理量的检测装置

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JP2017120203A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 ローム株式会社 磁気センサモジュール
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