JP2004212375A - プリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法 - Google Patents
プリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】地磁気と同等の範囲の微弱磁界を検出することが可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】ａ）互いに平行に連結された第１及び第２コア部を有する磁性体コアと、ｂ）前記磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第１及び第２コア部にそれぞれ巻かれている励磁コイルと、ｃ）前記磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第１及び第２コア部全体を巻いている検出コイルとを含み、前記磁性体コアの交流的な励磁及び差動励磁のために金属膜で形成されたソレノイド型の励磁コイルと、コア内部の磁束変化を検出するために金属膜で形成されたソレノイド型の磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成し、前記磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させる。
【選択図】 図２
【解決手段】ａ）互いに平行に連結された第１及び第２コア部を有する磁性体コアと、ｂ）前記磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第１及び第２コア部にそれぞれ巻かれている励磁コイルと、ｃ）前記磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第１及び第２コア部全体を巻いている検出コイルとを含み、前記磁性体コアの交流的な励磁及び差動励磁のために金属膜で形成されたソレノイド型の励磁コイルと、コア内部の磁束変化を検出するために金属膜で形成されたソレノイド型の磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成し、前記磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法に関し、より詳細には、プリント回路基板（ＰＣＢ）技術を用い、同一の平面上に平行に設けられた長方形リング（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｒｉｎｇ）状の磁性体コアを励磁回路パターン及び検出回路パターンでそれぞれ取り囲む分離型構造とするとともに、方位角の正確な算出のためにＸ軸及びＹ軸上にそれぞれ微弱磁界感知用センサを設けることにより、地球磁界と同等の範囲の微弱磁界を検出することが可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話及び携帯端末機の普及による様々な付加情報サービスが拡充されているが、このような趨勢に合わせて、位置情報サービスも基本機能として位置付けられているのが実情であり、これからはより詳細で便利なサービスが要求される。また、このような位置情報を知るためには、現在の位置を正確に感知し得るセンサが必要である。
前記位置情報を提供する手段としては、以前から、地磁気を感知して位置を検出する微弱磁界センサ、すなわち磁性体とコイルを用いた、微弱な地磁気を感知する感度の高い磁気センサが利用されている。このような既存の磁気センサは、比較的大きい棒状のコア、又は磁性体リボンで形成された環状コアに、導電体コイルを手で巻いて製作する。また、測定磁界に比例する磁界を得るためには、電磁回路が要求される。
従来の微弱磁界検出素子は、大きい棒状のコア、または磁性体リボンによるリング状のコアにコイルを巻いて具現している。例えば、従来の微弱磁界検出素子である磁気センサの一般的な部品としては、フラックスゲートセンサ（ｆｌｕｘ ｇａｔｅｓｅｎｓｏｒ）が用いられている。このフラックスゲートセンサは、高透磁率の磁性材料をコアとして使用し、磁性体と磁性体の周囲を巻く１次コイルから発生する電圧差を用いて方向を認識することにより、微弱な磁界を感知する。
このような従来のフラックスゲートセンサは、円形の磁性体コアに、銅からなる銅線を一定の方向に巻いて製作する。具体的には、まず、磁性体コアに磁場を発生させるために、銅からなる銅線、すなわち駆動コイル（１次コイル）を一定の方向に磁性体コアに対し一定の間隔及び圧力で巻く。その後、駆動コイルによって磁性体コアから発生する磁界を感知するために、ピックアップコイル（２次コイル）を巻くが、この際にも同様に銅線を用いて一定の間隔及び圧力で巻く。
このように銅線を巻いて製作するフラックスゲートセンサは、駆動コイルとこれを検出するためのピックアップコイルとから構成されているが、磁性体コアへのコイル巻きは公知のワイヤコイル技術（ｗｉｒｅ ｃｏｉｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて行う。
この際、２次コイルは、磁場の感度を正確に分析しなければならないため、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直となるように巻くべきである。
従来のフラックスゲートセンサは、コアへのコイル巻きの際にその位置精度を維持しなければならないが、直径数十μｍのワイヤを使用する場合、このような位置精度を維持することが難しいという欠点があり、このような構造により温度、光又は表面物質により容易に影響されるため、その特性値に対する精度が低下するという問題点が発生する。
また、フラックスゲート磁気センサは、コイルを直接磁性体に巻くため、コイルの切れ現象が頻繁に発生するという問題点があり、センサ自体の大きさが大きくなるため、電子製品の小型化及び軽量化の趨勢に合わず、これにより電力消費が大きくなるという問題点がある。
【０００３】
このような従来のフラックスゲート磁気センサの欠点を解決するためのものとして、特許文献１及び特許文献２には、所定のパターンを上下導通可能にエッチングしたエポキシ基板の両面に、環状エッチングを行った非晶質板を合わせて積層して非晶質コアを製造し、この非晶質コアの上下面に、それぞれＸコイル及びＹコイルをエッチングしたエポキシ基板を積層してなる微弱磁界センサが開示されている。ところが、特許文献１では、環状にエッチングを行い、エッチング部分を合わせて積層して非晶質コアを製造しなければならないので、その製造工程が複雑になり、層が多くなってコストが高くかかるという欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５，９３６，４０３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２７０，６８６号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、プリント回路基板技術を用いて、地磁気に影響される磁性体コアを長方形リング状の閉磁路（ｃｌｏｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｏｏｐ）により構成することにより、励磁される磁性体コアの磁束漏洩を最小化することが可能なプリント回路基板を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、励磁コイル（励磁回路）の巻線形状が分離型構造なので、互いに対称となっているコアから発生する駆動信号の結合を相殺することができ、これにより信号をより容易に処理することが可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高感度の特性を有し、量産性に優れ、製作コストに有利なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、正確な磁界の検出及び超小型化が可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、ａ）互いに平行に連結された第１及び第２コア部を有する磁性体コアと、ｂ）前記磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第１及び第２コア部にそれぞれ巻かれている励磁コイルと、ｃ）前記磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第１及び第２コア部全体を巻いている検出コイルとを含み、前記磁性体コアの交流的な励磁及び差動励磁のために金属膜で形成されたソレノイド型の励磁コイルと、コア内部の磁束変化を検出するために金属膜で形成されたソレノイド型の磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成し、前記磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コアは長方形リング状であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記分離型構造の励磁コイルと前記磁束変化検出用コイルはそれぞれの同一の面に設けられるソレノイドコイルであって、前記磁性体コアを巻いた構造を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記励磁コイル及び検出コイルの上部と下部は銅メッキされた貫通孔で連結されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、励磁コイルと検出コイルの配列ランドは２行であることが好ましい。
また、前記励磁コイルは前記第１及び第２コア部の下部から巻線し始めて互いに対称となるように巻くことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コアの挿入された面と直交する方向に挿入される第３及び第４コア部を有する第２磁性体コアと、前記第２磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第３及び第４コア部にそれぞれ巻かれている第２励磁コイルと、前記第２磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記第２励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第３及び第４コア部全体を巻いている第２検出コイルとをさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コア、励磁コイル及び検出コイルガ形成されたプリント回路基板は銅張積層板（ＣＣＬ）とプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）を含み、前記プリプレグはＦＲ−４エポキシ、ＢＴ樹脂、テフロン（登録商標）（フッ素樹脂）及びポリイミドからなる一群より選ばれることを特徴とする。
【００１３】
一方、前記目的を達成するための他の手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、ａ）銅張積層板と、ｂ）前記銅張積層板上の銅箔をエッチングして回路パターン状に形成される励磁コイルと、ｃ）前記励磁コイルと同一の平面上に交互に回路パターン状に形成される検出コイルと、ｄ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン同士の間に積層されるＸ軸磁性体コアと、ｅ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン層と前記Ｘ軸磁性体コアとを接合させる接合剤とを含み、前記Ｘ軸磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、前記Ｘ軸磁性体コアの挿入される面に直交するように挿入されるＹ軸磁性体コアをさらに含むことができる。
【００１５】
一方、上記目的を達成するための他の手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法は、１）両面に銅箔を有する銅張積層板上に、上部磁性体コアの下部の回路パターンと下部磁性体コアの上部の回路パターンをそれぞれ備えた第１内層を形成する段階と、２）前記磁性体コアのための磁性体リボンをプリプレグの上部及び下部に位置合わせした後、前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に前記第１内層に接着させて第２内層を形成する段階と、３）前記第２内層に磁性体コアの上部及び下部回路パターンを形成するために、プリプレグと２次銅箔で２次積層して外層を形成する段階と、４）前記上部及び下部磁性体コアの上部及び下部の励磁回路と検出回路をソレノイド状に連結させるように、レーザードリルを用いて貫通孔を加工する部分の銅箔を除去する段階と、５）前記銅箔の除去された部分をエポキシのみ加工するレーザードリルを用いて前記回路パターンまで加工した後、外部に露出されたプリント回路基板の表面及び前記レーザー加工された貫通孔にメッキを施す段階と、６）前記メッキの後、露光及びエッチングによってそれぞれの磁性体コアの上部及び下部に励磁回路及び検出回路パターンをそれぞれ形成する段階とを含んでなる。
【００１６】
また、前記第２内層を形成する段階は、前記第１内層の上部及び下部にプリプレグを載置する段階と、磁性体コア用磁性体リボンを前記プリプレグの上部及び下部に位置合わせして載置する段階と、正確な位置を探すために、銅箔を前記磁性体リボンより大きく加工して予備レイアップさせる段階と、前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に高温、高圧を加えて第１内層に接着させる段階と、感光性塗布剤を用いて露光及び現像し、前記磁性体コアをエッチングして磁性体コアの回路パターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする。
【００１７】
上述の特徴により、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、基板に形成された磁性体コア、この磁性体コアの交流励磁のために金属膜で形成された励磁コイル（励磁回路）、及び金属膜で形成された磁束変化検出用コイル（検出回路）からなり、前記磁性体コアを検出軸の長手方向に形成し、反磁界成分を減少させ、磁性体コアに分離型構造で巻いた励磁コイル（励磁コイル）と、磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成して、コイルが巻かれているような構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにしたものである。
【００１８】
さらに、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、磁性体コアから漏洩する磁界成分を最小化するための同一の平面上に、１つからなる長方形リング状の磁性体コアと、その磁性体コアに対して分離型の構造で、磁性体の上部に励磁コイルが位置すると、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置する構造で巻かれる励磁コイルと、励磁コイル同士の間において、磁性体の上部に励磁コイルが位置すると、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置するように巻かれている検出コイルとから構成されている別の構造（設計方式は同じ）を上部又は下部に９０°回転させて形成することにより、高感度の特性を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づき、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法について具体的に説明する。
【００２０】
図１は本発明に係るＸ軸及びＹ軸にそれぞれ形成された微弱磁界感知用センサ（最外層を除く）を概略的に示す図であって、分離型構造の励磁コイルをもつＸ軸及びＹ軸を同時に感知する微弱磁界感知用センサの構成を概略的に示している。
【００２１】
図２は本発明に係る図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図であって、全層の断面構造を示す。ここで、前記分離型構造とは、磁性体コアの平行な両コア部にそれぞれ励磁コイルが別々巻かれていることをいう。
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、Ｘ軸磁性体コア１と、前記Ｘ軸コアに直交するＹ軸磁性体コア２と、前記Ｘ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２を取り囲むコイルとからなる。すなわち、本発明の実施例に係る微弱磁界センサは、プリント回路基板の銅張積層板５１の上部及び下部にそれぞれＸ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２が形成される。一方、図面符号５５ａ及び５５ｂはそれぞれ１次積層プリプレグを示し、図面符号６０ａ及び６０ｂは２次積層プリプレグを示す。
【００２２】
ここで、前記コイルは励磁コイル及び検出コイルに区分されて形成される。以下、図３（ａ）ないし図５（ｃ）を参照して具体的に説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸及びＹ軸の磁性体コアの形態を概略的に示す図である。図３（ａ）において、図面符号３はＸ軸Ａコア部、４はＸ軸Ｂコア部をそれぞれ示す。また、図３（ｂ）において、図面符号５はＹ軸Ｃコア部、６はＹ軸Ｄコア部をそれぞれ示す。同図に示すように、それぞれの磁性体コアは、長方形リング状を有するが、これに限定されるものではなく、互いに連結された平行な２つの部分に検出回路及び励磁回路を形成したことが可能な形であれば良い。
【００２３】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）は本発明に係る微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路及び検出回路パターンを概略的に示す図であって、図４（ａ）はＸ軸磁性体コアの上部及び下部回路パターン、図４（ｂ）はＸ軸磁性体コアの上部回路パターン、図４（ｃ）はＸ軸磁性体コアの下部回路パターンを概略的に示す図である。
【００２４】
本発明は、Ｘ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２を含んでなる。Ｘ軸磁性体コア１はＸ軸上部磁性体コア部（Ａコア部）３及びＸ軸下部磁性体コア部（Ｂコア部）４からなり、前記Ｘ軸磁性体コア１に直交するＹ軸磁性体コア２はＹ軸上部磁性体コア部（Ｃコア部）５及びＹ軸下部磁性体コア部（Ｄコア部）６からなる。
具体的に、前記Ｘ軸上部磁性体コア部３は、Ａコア部上部検出回路ランド７、７’及びＡコア部上部検出回路パターン８、８’、Ａコア部下部検出回路ランド９、９’、Ａコア部下部検出回路パターン１０、１０’、Ａコア部上部励磁回路ランド１１、１１’、Ａコア部上部励磁回路パターン１２、１２’、Ａコア部下部励磁回路ランド１３、１３’、及びＡコア部下部励磁回路パターン１４、１４’からなる。前記Ｂ、Ｃ及びＤコア部４、５、６はそれぞれ前記Ａコア部と類似の方式で符号が付される。すなわち、図面符号１５〜２２はＢコア部、図面符号２３〜３０はＣコア部、図面符号３１〜３８はＤコア部に対してそれぞれ前記Ａコア部と類似の方式で付される。
一方、図４（ａ）及び図４（ｂ）の如く、前記磁性体の上部と下部に形成されている回路パターンを貫通孔で連結させることにより、励磁コイルは、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４に分離型構造となるように巻かれている形状にする。
【００２５】
この際、交流の励磁電流を印加して発生するコア内部の磁束が、同一の平面上に平行に形成された２つのＡ及びＢコア部３、４に対し互いに逆方向に発生する。
また、図４（ｂ）に示した磁束変化検出コイルは、２つのＡ及びＢコア部３、４の上部と下部に形成されている回路パターンを貫通孔によって連結させることにより、前記Ａ及びＢコア部３、４からの磁束変化の和を得るように巻かれている形状に作る。
こうすると、励磁交流電流による電磁誘導のために発生する磁束変化検出コイルにおける第１又は第２誘起電圧は、２つのコア部内部の磁界が逆方向なので互いに相殺される。ところが、コア軸方向から外部磁界Ｈｅｘｔが印加されると、２つのコア部に対し同一の方向に加わるため、励磁磁界をＨｅｘｃとすると、２つのコア部内部の磁界はそれぞれ（Ｈｅｘｔ＋Ｈｅｘｃ）及び（Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ）となる。このような磁性体コア部３、４の磁界、磁束密度及び誘起電圧については図７を参照して後述する。
【００２６】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）を参照すると、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４に分離型構造のソレノイド状に巻いた励磁コイルと、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４から発生する磁束変化の和を得るようにソレノイド状に巻いた磁束変化検出コイルとからなり、この際、前記磁束変化検出コイルは前記励磁コイル同士の間に配列して形成する。本発明の実施例では２つの励磁コイルに対して一つの磁束変化検出コイルを形成したが、これに局限されるのではない。
【００２７】
このように、プリント回路基板上に前記励磁コイルと磁束変化検出コイルが巻かれている形状にする。また、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４を用いて、外部磁界Ｈｅｘｔがないとき、誘起波形が互いに相殺されるようにする。本発明は、励磁コイルによって発生した磁束の流れがＡ及びＢ磁性体コア部３、４で閉磁路を成すようにした巻線構造を有する。前記Ａ及びＢ磁性体コア部３、４を中心としてその上部と下部に回路が形成されており、この際、Ａ及びＢ磁性体コア部にそれぞれ形成される回路は互いに対称となっている構造を有する。
このような回路パターンを構成するように前記磁性体コアの上部と下部の回路を連結させるためには貫通孔を使用しなければならないが、この際、プリント回路基板技術の適用の際に位置精度のためにホールランドが必要になる。
【００２８】
このようなランドは磁性体コア上に巻かれる回路の数と同一の数だけ配列される。従って、ランド間の距離が遠くなると、コア上に巻かれる回路間の距離が遠いから、センサの感度が落ちる。
従って、本発明では、一定の面積内に最大限多数のランドを配列して高感度特性を実現する。ところが、励磁コイル及び検出コイルはソレノイド状に巻かれており、前記Ａ及びＢ磁性体コア部３、４上に形成されている回路パターンは互いに対称となる構造を有する。
図１に示したランドの配列は実質的にジグザグ状を有し、１２行からなっており、上、中、下の各４行に分離されている。前記ランドはそれぞれの上部４行のうち外部２行は励磁回路の上部及び下部連結用ホールランドであり、隣接した２行は検出回路連結用ホールランドとして使用される。この際、下部４行も上部と対称的に同様に使用される。また、中間４行は全て励磁回路の上部及び下部回路パターン連結用として、上部及び下部にそれぞれ２行ずつ使用される。
【００２９】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）を参照して、それぞれの励磁コイルの巻線方式を説明すると、次の通りである。この際、説明の便宜上、左側下端のＢコア部を例として説明する。
図４（ｂ）と図４（ｃ）の如くランドが配列された状態で、下部励磁回路第１ランドＬ１を始まりとして励磁回路パターンが構成される。下部励磁回路の第１ランドＬ１から下部励磁回路の第２ランドＬ２まで回路パターンで連結され、前記下部励磁回路の第２ランドＬ２は磁性体上部励磁回路の第３ランドＬ３に連結され、さらに上部励磁回路の第４ランドＬ４まで連結される。前記上部励磁回路の第４ランドＬ４は下部励磁回路の第５ランドＬ５に貫通孔で連結され、さらに回路パターンで下部励磁回路の第６ランドＬ６に連結される。前記下部励磁回路の第６ランドＬ６は上部励磁回路第７ランドＬ７に連結され、さらに回路パターンで上部励磁回路の第８ランドＬ８まで連結される。こうして磁性体上に回路が２巻線数（ｔｕｒｎ）だけ巻かれる。この際、反対側のコアは同一の構造で磁束が反対方向に生成されるように巻かれる。
【００３０】
一方、前記検出回路が磁性体コアに巻かれる形態は次の通りである。まず、Ａコア部上部の開始部３９から始まって回路パターンを経由して上部検出回路の第１ランドＲ１から下部検出回路の第２ランドＲ２に貫通孔で連結され、回路パターンを経由して下部検出回路の第３ランドＲ３に連結され、さらに貫通孔を介して上部検出回路の第４ランドＲ４に連結される。次に、前記上部検出回路の第４ランドＲ４は上部検出回路の第５ランドＲ５に連結され、貫通孔を介して下部検出回路の第６ランドＲ６に連結され、さらに回路パターンを経由して上部検出回路の第７ランドＲ７に連結される。このような方法でＡ及びＢ磁性体コア部３、４全体を巻く形状に回路パターンの終末部４０まで連結される。この際、上部と下部で表現されているランド及び回路はその位置が、例えば上部が下部、下部が上部に変わっても構わない。
【００３１】
この際、プリント回路基板のサイズ減少、ジグザグ状に巻く形状、及びＡコア部とＢコア部３、４に巻かれる回路の対称のために、前記磁性体コアに巻かれる励磁コイルと検出コイルの配列されるランドは３行以上も可能であるが、２行が最も好ましい。前記配列されるランドが３行以上の場合、Ｙ軸方向への長さが増加し、ランドとランドとの間に回路が通りながら全体的に上下対称となるジグザグ状に巻くことが難しいこともあるからである。
【００３２】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＹ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路と検出回路パターンを概略的に示す図である。図５（ａ）はＹ軸磁性体コアの上部及び下部回路パターン、図５（ｂ）はＹ軸磁性体コアの上部回路パターン、及び図５（ｃ）はＹ軸磁性体コアの下部回路パターンを概略的に示す図である。すなわち、図５はＹ軸感知用センサの概略図、図４（ａ）〜図４（ｃ）と同一の構造で反時計方向に９０°回転した状態を示す。
また、前記磁束変化検出コイルは、２つのコア部の上部と下部に形成されている回路を貫通孔を介して連結することにより、コアから発生する磁束変化の和を得るように巻かれている形状にする。また、励磁コイル及び検出コイルを配列する方法は、図４（ａ）〜図４（ｃ）のＸ軸磁性体コアを形成する場合に対し、９０°直交するように配列されることを除けば同一の方式を取る。このように９０°直交した方向に微弱磁界感知用センサを配列する理由は、より正確な方位角に対して微弱磁界を検出するためである。
【００３３】
すなわち、一つのプリント回路基板上にＸ軸及びＹ軸の磁性体コアを形成し、それぞれに対して励磁回路及び検出回路パターンを形成する。
より詳細には、磁性体コアから漏洩される磁界成分を最小化するための同一の平面上に、一つの長方形リング（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｒｉｎｇ）状の磁性体コア構成と、その磁性体コアに対して分離型の構造で、磁性体上部に励磁コイルが位置する構成と、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置する構造で巻かれる励磁コイルと、励磁コイルの間に設けられ、磁性体の上部に励磁コイルが位置する構成と、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置するように巻かれている検出コイルとから構成されている別の構造（設計は同じ）を上部又は下部に９０°回転させて形成し、高感度の特性を実現することができる。
【００３４】
一方、図１０（ａ）ないし図１０（ｆ）は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸又はＹ軸における動作を説明する動作タイミング図である。
図１０（ａ）は第１磁性体コアにおける磁界の波形図、図１０（ｂ）は第２磁性体コアにおける磁界の波形図、図１０（ｃ）は第１磁性体コアにおける磁束密度の波形図、図１０（ｄ）は第２磁性体コアにおける磁束密度の波形図、図１０（ｅ）はＸ軸又はＹ軸の磁束変化検出回路において誘起される第１誘起電圧及び第２誘起電圧をそれぞれ示す図、図１０（ｆ）は第１誘起電圧＋第２誘起電圧を示す。ここで、前記第１及び第２磁性体コアはそれぞれ前述したようなＡ及びＢコア部、又はＣ及びＤコア部である。
【００３５】
図１０（ａ）ないし図１０（ｆ）を参照すると、図１０（ａ）のＸ軸長方形リング状のＡ及びＢコア部に２つのコイル、すなわち磁束変化検出コイルと励磁コイルを巻いた構造がＰＣＢ基板に構成される。
すると、励磁交流電流による電磁誘導のために発生する、磁束変化検出コイルにおける第１又は第２誘起電圧は、２つのコア部内部の磁界が逆方向なので相殺される。前記誘起電圧は磁束変化に応じて励磁コイルから誘起されて発生する電圧である。
【００３６】
ところが、コアの軸方向から外部磁界（Ｈｅｘｔ）が印加されると、２つのコア部に対して同一の方向に印加されるため、励磁磁界をＨｅｘｃとすると、２つのコア部内部の磁界はそれぞれ（Ｈｅｘｔ＋Ｈｅｘｃ）及び（Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ）となる。この際、図７ｃ及び図７ｄはこのような磁界における磁束密度を示す。
この際、図７ｅに示すように、磁束変化検出コイルに電圧が誘起される。そして、信号処理回路によってその大きさを測定することにより、外部磁界（Ｈｅｘｔ）の大きさが分る。
【００３７】
一方、図１１は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの１次積層レイアップの形態を例示する図であって、製造工程にある製品のサイズ（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｉｚｅ）に対してプリント回路基板に製作される具体例のレイアップを示すもので、実際工程において、完製品は多数の微弱磁界感知用プリント回路基板ユニットを含むストリップ状に製作されることが一般的である。
【００３８】
図１１を参照すると、７つの磁性体リボン４８の予備レイアップ過程が示されており、この際、一つの磁性体リボンが、複数のユニットを含むストリップ状に製造するために使用される。従って、このような磁性体リボン４８のサイズはストリップのサイズを考慮して決定する。ここで、図面符号４５は加工された上部銅箔、４６は加工された下部銅箔を示し、４７は（プリプレグ＋第１内層＋プリプレグ）が積層されたものを示す。
ところが、このようにストリップ状に製造する場合は、後続の磁性体のパターン化過程で、プリプレグ上に磁性体リボンを、多数のユニット製作ができるように同時加工することが可能な位置に配列する必要がある。従って、前記図１１の一例では、予備レイアップのために、最上部に磁性体リボンを配列するための一種の枠として加工された銅箔４５、４６を配列して予備レイアップを進行させる。
【００３９】
このように銅箔４５、４６を加工するための方法には２つがある。すなわち、１）金型を用いて上方から押して所望の大きさだけ部分除去する方法、２）一般的な基板の加工方法の中でもルータ工程を用いて、回転する加工体で、所望の大きさだけ部分除去する方法がある。
この際、前記加工される銅箔４５、４６のサイズは磁性体リボン４８より大きくなければならないが、加工公差、及び前記銅箔４５、４６上に磁性体リボン４８が覆われる問題を考慮し、いずれかの１軸に対して約０．１〜０．２ｍｍ程度大きく加工することが好ましい。
【００４０】
また、一つのストリップ内で実際製品が占める領域を考慮すると、磁性体リボン４８の大きさはある程度余裕があるため、ストリップの幅に合わせて使用することができる。一方で、磁性体リボン４８の長さは、ストリップが磁性体リボン内に１つ以上入ることもあるため、初期プリント回路基板の設計時に決定すればよい。
【００４１】
図１２は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体の上部及び下部に位置した回路パターンの断面図である。
図１２はＸ軸感知のための磁性体とその上、下部に位置した回路の断面構造を示すが、前記の回路連結順序を成すためには図１２のように励磁コイルと検出コイルが構成されなければならない。ここで、図面符号７１は磁性体コア、７２ａ及び７２ｂは励磁コイル、７３ａ及び７３ｂは検出コイルをそれぞれ示す。すなわち、磁性体の左側に巻かれる励磁コイルは、下部励磁回路第１ランドＬ１から始まる回路が磁性体の下部に位置すると、上部の励磁回路が同一の位置にある場合には上方からみて一つに見える。
このように構成された励磁回路の間に検出回路が位置するが、検出回路も同様に、上部及び下部において相互対応の位置に構成されなければならない。
【００４２】
また、前記の構造とは異なり、一つのバーコアに励磁コイルと磁束変化検出コイルのみを配置することだけでも磁界検出は可能であるが、この場合、外部磁界が無くても検出コイルには励磁コイルによる大きな誘起電圧波形が生ずるため、増幅及びフィルタリング等の検出コイル出力に対する信号処理が煩わしくなる。
従って、一つの長方形リング状のコアを使用することが信号処理において有利になる。
【００４３】
以下、図６（ａ）〜図９（ｍ）に基づいて、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法について説明する。図６（ａ）〜図９（ｍ）は図１のＥ−Ｅ’に沿った断面図であって、それぞれプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程断面図である。
まず、図６（ａ）〜図６（ｃ）は微弱磁界感知用センサの第１内層を製造する工程を示す。すなわち、両面に銅箔５２ａ、５２ｂを有する銅張積層板５１（ＣＣＬ）を形成し（図６（ａ）参照）、その後前記銅箔５２ａ、５２ｂの上部にそれぞれ感光性塗布剤５３ａ、５３ｂを塗布し、これを露光及び現像する（図６（ｂ）参照）。次に、Ｘ軸磁性体コアの下部に形成される励磁コイル及び検出コイルの回路パターン５４ｂと、Ｙ軸磁性体コアの上部に形成される励磁コイル及び検出コイルの回路パターン５４ａをそれぞれ形成し、前記磁性体コアを積層するための表面処理を行う（図６（ｃ）参照）。このように具現された形態を、以下「第１内層」と称する。
【００４４】
図６（ｄ）〜図７（ｇ）は微弱磁界感知用センサの第２内層を製造する工程を示す。前述したように形成された第１内層にＢステージの熱硬化性樹脂（以下、「プリプレグ」という）５５ａ、５５ｂを載置し、前記磁性体コアのための磁性体リボン５７ａ、５７ｂを前記プリプレグ５５ａ、５５ｂの上部及び下部に正確に位置合わせして載置する。この際、正確な位置を探すために、銅箔５６ａ、５６ｂを前記磁性体より大きく加工して使用するが、これを予備レイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）という（図６（ｄ）参照）。
ここで、前記プリプレグ５５ａ、５５ｂは半硬化状態の熱硬化性エポキシ樹脂としてプリント回路基板業界で知られているものである。また、前記銅箔５６ａ、５６ｂは通常１２μｍ、１８μｍ又は３５μｍのものが使用可能であるが、本発明の実施例では前記磁性体５７ａ、５７ｂの厚さと類似の１８μｍの銅箔５６ａ、５６ｂを使用した。この際、使用されるプリプレグ５５ａ、５５ｂの厚さは０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００４５】
その後、このように載置した磁性体リボン５７ａ、５７ｂを前記プリプレグ５５ａ、５５ｂと共に、前記第１内層に高温、高圧を加えて接着させる（図７（ｅ）参照）。
次に、さらに感光性塗布剤５８ａ、５８ｂを用いて露光及び現像し（図７（ｆ）参照）、前記磁性体コア５７ａ、５７ｂをエッチングして、最終的に磁性体コア５９ａ、５９ｂの回路パターンを形成した後、積層するための表面処理を行う（図７（ｇ）参照）。前記表面処理は積層のために研磨及び平坦化工程を行うことを言う。このように具現された形態を以下「第２内層」と称する。
【００４６】
図８（ｈ）〜図９（ｍ）は微弱磁界感知用センサの外層を形成する工程を示す。まず、前述した第２内層に磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部回路パターンを具現するために、プリプレグ６０ａ、６０ｂと２次銅箔６１ａ、６１ｂを用いて２次積層（高温、高圧）を行う。ここで、前記プリプレグ６０ａ、６０ｂは１次積層時と同一に使用し、２次銅箔６１ａ、６１ｂは１次銅箔５６ａ、５６ｂより薄い仕様を適用する。本発明では１２μｍの銅箔６１ａ、６１ｂを使用した。このように具現された積層体を外層と称する（図８（ｈ）参照）。
【００４７】
その後、このような外層が形成された後、後続のメッキを考慮し、前記２次銅箔６１ａ、６１ｂの厚さを均一なエッチングによって１２μｍから３〜５μｍに減少させ、銅箔６２ａ、６２ｂに作る（図８（ｉ）参照）。次に、前記Ｘ軸及びＹ軸磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部の励磁回路と検出回路をソレノイド状に連結させるようにレーザードリルにより銅箔６２ａ、６２ｂを除去して貫通孔（ＢＶＨ）６３を加工する。
次に、銅箔が除去された部分を、エポキシのみ加工するレーザードリルによって、前記第１内層の両側に形成されている回路パターンまで加工した後、メッキのために表面処理を行う（図８（ｊ）参照）。
【００４８】
その後、現在工程上で、外部に露出されたプリント回路基板の表面及び前記レーザー加工された貫通孔６３に、厚さ１５μｍ〜１８μｍの銅メッキ層６４ａ、６４ｂを形成する（図９（ｋ）参照）。
このようなメッキの後、感光性フィルムを用いる露光、現像及びエッチングによって、それぞれの磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部に励磁及び検出回路パターン６５ａ、６５ｂをそれぞれ形成する（図９（ｌ）参照）。
次に、前記外層の回路パターン６５ａ、６５ｂが形成された後には、信号処理連結部位に金メッキのためにソルダレジスト（Ｓ／Ｒ）６６ａ、６６ｂを塗布し、金メッキされる部位のみ露光、現像によって露出する。すなわち、Ｓ／Ｒ塗布の後、露出されている部位に金メッキを行うことにより、本発明に係る微弱磁界感知用センサが完成される（図９（ｍ）参照）。
その後、所望の大きさに作るために、微弱磁界感知用センサの外形を加工する。
すなわち、図６（ａ）〜図９（ｍ）に示すように、磁性体コア５９ａ、５９ｂが上部及び下部に分けられて互いに垂直に位置しており、これら磁性体コアの両面に励磁コイルと検出コイルが形成されており、電気的な通電のためにパッドが最外郭に形成される。
【００４９】
本発明では、このように形成された磁界検出素子においてそれぞれの磁性体コア５９ａ、５９ｂをプリント回路基板に積層し、その上に励磁コイルと磁束変化検出コイルを積層する構造が重要である。２つに形成された長方形リング状のコアを用いて差動に駆動することにより、閉磁路を形成することができ、また外部磁界がない場合、励磁コイルによって発生するコア内部の磁束変化からの誘起波形を相殺させる巻線構造を具現する。
従って、本発明の実施例に係る微弱磁界感知用センサは、磁性体コアから漏洩される磁界成分を最小化するために、閉磁路を形成した、互いに直交する長方形リング状の磁性体コアで構成される。また、その磁性体コアに分離型構造で巻いた差動励磁コイル、及び磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルをソレノイド状に巻いた構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現われないようにしたものである。
【００５０】
また、本発明の実施例に係る磁界検出素子は、互いに直交する長方形リング状の磁性体コアを検出軸の長手方向に形成して反磁界成分を減少させ、前記磁性体コアに分離型構造で巻いた差動型励磁コイルと、励磁コイル同士の間に巻いた、磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルとからなる構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにした巻線構造になっている。
従って、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、超小型にも拘らず、高感度の特性を有しており、非常に微弱な磁界を検出することができる。例えば、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、地球磁気検出による航法（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）システム、地震予測用地磁気変動モニター、生体磁気計測センサ及び金属材料の欠陥検出のためのセンサとして使用され、また磁気エンコーダ、無接点ポテンションメーター、電流センサ、トルクセンサ、変位センサなど広範囲な活用が可能である。
【００５１】
以上、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法について説明したが、本発明はこれに局限されるものではなく、様々な変更及び修正が可能であることを、当業者なら理解するであろう。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリント回路技術を用いた微弱磁界感知用センサは、基板に形成された磁性体コア、この磁性体コアの交流励磁のために金属膜で形成された励磁コイル、及び金属膜で形成された磁束変化検出用コイルから構成されるもので、感度が高いため正確な磁界を検出することができる。特に、ＰＣＢ基板に製作することが可能であるという利点を用いて、磁性体コイル、励磁コイル及び磁束変化検出用コイルを積層してなる磁界検出素子を提供することにより、他のセンサ及び回路と一体型に集積可能なので、超小型にも拘わらず高感度であり、また低いコストで量産することが可能な磁界検出素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ形成された微弱磁界感知用センサ（最外層を除く）を概略的に示す図である。
【図２】図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸磁性体コアおよびＹ軸磁性体コアの形態を概略的に示す平面図である。
【図４】本発明に係る微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路及び検出回路パターンを概略的に示す図である。
【図５】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＹ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路と検出回路パターンを概略的に示す図である。
【図６】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図７】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図８】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図９】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸又はＹ軸における動作を説明する動作タイミング図である。
【図１１】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの１次積層レイアップの形態を例示する図である。
【図１２】本発明に係るプリント回路技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体の上部及び下部に位置した回路パターンの断面図である。
【符号の説明】
１ Ｘ軸磁性体コア
２ Ｙ軸磁性体コア
３ Ｘ軸上部磁性体コア部（Ａコア部）
４ Ｘ軸下部磁性体コア部（Ｂコア部）
５ Ｙ軸上部磁性体コア部（Ｃコア部）
６ Ｙ軸下部磁性体コア部（Ｄコア部）
７ Ａコア部上部検出回路ランド
８ Ａコア部上部検出回路パターン
９ Ａコア部下部検出回路ランド
１０ Ａコア部下部検出回路パターン
１１ Ａコア部上部励磁回路ランド
１２ Ａコア部上部励磁回路パターン
１３ Ａコア部下部励磁回路ランド
１４ Ａコア部下部励磁回路パターン
１５ Ｂコア部上部検出回路ランド
１６ Ｂコア部上部検出回路パターン
１７ Ｂコア部下部検出回路ランド
１８ Ｂコア部下部検出回路パターン
１９ Ｂコア部上部励磁回路ランド
２０ Ｂコア部上部励磁回路パターン
２１ Ｂコア部下部励磁回路ランド
２２ Ｂコア部下部励磁回路パターン
２３ Ｃコア部上部検出回路ランド
２４ Ｃコア部上部検出回路パターン
２５ Ｃコア部下部検出回路ランド
２６ Ｃコア部下部検出回路パターン
２７ Ｃコア部上部励磁回路ランド
２８ Ｃコア部上部励磁回路パターン
２９ Ｃコア部下部励磁回路ランド
３０ Ｃコア部下部励磁回路パターン
３１ Ｄコア部上部検出回路ランド
３２ Ｄコア部上部検出回路パターン
３３ Ｄコア部下部検出回路ランド
３４ Ｄコア部下部検出回路パターン
３５ Ｄコア部上部励磁回路ランド
３６ Ｄコア部上部励磁回路パターン
３７ Ｄコア部下部励磁回路ランド
３８ Ｄコア部下部励磁回路パターン
３９ 検出回路開始部
４０ 検出回路終末部
４５ 加工された上部銅箔
４６ 加工された下部銅箔
４７ プリプレグ＋第１内層＋プリプレグ
４８ 磁性体リボン
５１ 銅張積層板（ＣＣＬ）
５５ａ、５５ｂ １次積層プリプレグ
５９ａ、５９ｂ 磁性体コア
６０ａ、６０ｂ ２次積層プリプレグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法に関し、より詳細には、プリント回路基板（ＰＣＢ）技術を用い、同一の平面上に平行に設けられた長方形リング（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｒｉｎｇ）状の磁性体コアを励磁回路パターン及び検出回路パターンでそれぞれ取り囲む分離型構造とするとともに、方位角の正確な算出のためにＸ軸及びＹ軸上にそれぞれ微弱磁界感知用センサを設けることにより、地球磁界と同等の範囲の微弱磁界を検出することが可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話及び携帯端末機の普及による様々な付加情報サービスが拡充されているが、このような趨勢に合わせて、位置情報サービスも基本機能として位置付けられているのが実情であり、これからはより詳細で便利なサービスが要求される。また、このような位置情報を知るためには、現在の位置を正確に感知し得るセンサが必要である。
前記位置情報を提供する手段としては、以前から、地磁気を感知して位置を検出する微弱磁界センサ、すなわち磁性体とコイルを用いた、微弱な地磁気を感知する感度の高い磁気センサが利用されている。このような既存の磁気センサは、比較的大きい棒状のコア、又は磁性体リボンで形成された環状コアに、導電体コイルを手で巻いて製作する。また、測定磁界に比例する磁界を得るためには、電磁回路が要求される。
従来の微弱磁界検出素子は、大きい棒状のコア、または磁性体リボンによるリング状のコアにコイルを巻いて具現している。例えば、従来の微弱磁界検出素子である磁気センサの一般的な部品としては、フラックスゲートセンサ（ｆｌｕｘ ｇａｔｅｓｅｎｓｏｒ）が用いられている。このフラックスゲートセンサは、高透磁率の磁性材料をコアとして使用し、磁性体と磁性体の周囲を巻く１次コイルから発生する電圧差を用いて方向を認識することにより、微弱な磁界を感知する。
このような従来のフラックスゲートセンサは、円形の磁性体コアに、銅からなる銅線を一定の方向に巻いて製作する。具体的には、まず、磁性体コアに磁場を発生させるために、銅からなる銅線、すなわち駆動コイル（１次コイル）を一定の方向に磁性体コアに対し一定の間隔及び圧力で巻く。その後、駆動コイルによって磁性体コアから発生する磁界を感知するために、ピックアップコイル（２次コイル）を巻くが、この際にも同様に銅線を用いて一定の間隔及び圧力で巻く。
このように銅線を巻いて製作するフラックスゲートセンサは、駆動コイルとこれを検出するためのピックアップコイルとから構成されているが、磁性体コアへのコイル巻きは公知のワイヤコイル技術（ｗｉｒｅ ｃｏｉｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて行う。
この際、２次コイルは、磁場の感度を正確に分析しなければならないため、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直となるように巻くべきである。
従来のフラックスゲートセンサは、コアへのコイル巻きの際にその位置精度を維持しなければならないが、直径数十μｍのワイヤを使用する場合、このような位置精度を維持することが難しいという欠点があり、このような構造により温度、光又は表面物質により容易に影響されるため、その特性値に対する精度が低下するという問題点が発生する。
また、フラックスゲート磁気センサは、コイルを直接磁性体に巻くため、コイルの切れ現象が頻繁に発生するという問題点があり、センサ自体の大きさが大きくなるため、電子製品の小型化及び軽量化の趨勢に合わず、これにより電力消費が大きくなるという問題点がある。
【０００３】
このような従来のフラックスゲート磁気センサの欠点を解決するためのものとして、特許文献１及び特許文献２には、所定のパターンを上下導通可能にエッチングしたエポキシ基板の両面に、環状エッチングを行った非晶質板を合わせて積層して非晶質コアを製造し、この非晶質コアの上下面に、それぞれＸコイル及びＹコイルをエッチングしたエポキシ基板を積層してなる微弱磁界センサが開示されている。ところが、特許文献１では、環状にエッチングを行い、エッチング部分を合わせて積層して非晶質コアを製造しなければならないので、その製造工程が複雑になり、層が多くなってコストが高くかかるという欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５，９３６，４０３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２７０，６８６号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、プリント回路基板技術を用いて、地磁気に影響される磁性体コアを長方形リング状の閉磁路（ｃｌｏｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｏｏｐ）により構成することにより、励磁される磁性体コアの磁束漏洩を最小化することが可能なプリント回路基板を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、励磁コイル（励磁回路）の巻線形状が分離型構造なので、互いに対称となっているコアから発生する駆動信号の結合を相殺することができ、これにより信号をより容易に処理することが可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高感度の特性を有し、量産性に優れ、製作コストに有利なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、正確な磁界の検出及び超小型化が可能なプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、ａ）互いに平行に連結された第１及び第２コア部を有する磁性体コアと、ｂ）前記磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第１及び第２コア部にそれぞれ巻かれている励磁コイルと、ｃ）前記磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第１及び第２コア部全体を巻いている検出コイルとを含み、前記磁性体コアの交流的な励磁及び差動励磁のために金属膜で形成されたソレノイド型の励磁コイルと、コア内部の磁束変化を検出するために金属膜で形成されたソレノイド型の磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成し、前記磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コアは長方形リング状であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記分離型構造の励磁コイルと前記磁束変化検出用コイルはそれぞれの同一の面に設けられるソレノイドコイルであって、前記磁性体コアを巻いた構造を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記励磁コイル及び検出コイルの上部と下部は銅メッキされた貫通孔で連結されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、励磁コイルと検出コイルの配列ランドは２行であることが好ましい。
また、前記励磁コイルは前記第１及び第２コア部の下部から巻線し始めて互いに対称となるように巻くことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コアの挿入された面と直交する方向に挿入される第３及び第４コア部を有する第２磁性体コアと、前記第２磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第３及び第４コア部にそれぞれ巻かれている第２励磁コイルと、前記第２磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記第２励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第３及び第４コア部全体を巻いている第２検出コイルとをさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、前記磁性体コア、励磁コイル及び検出コイルガ形成されたプリント回路基板は銅張積層板（ＣＣＬ）とプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）を含み、前記プリプレグはＦＲ−４エポキシ、ＢＴ樹脂、テフロン（登録商標）（フッ素樹脂）及びポリイミドからなる一群より選ばれることを特徴とする。
【００１３】
一方、前記目的を達成するための他の手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、ａ）銅張積層板と、ｂ）前記銅張積層板上の銅箔をエッチングして回路パターン状に形成される励磁コイルと、ｃ）前記励磁コイルと同一の平面上に交互に回路パターン状に形成される検出コイルと、ｄ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン同士の間に積層されるＸ軸磁性体コアと、ｅ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン層と前記Ｘ軸磁性体コアとを接合させる接合剤とを含み、前記Ｘ軸磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、前記Ｘ軸磁性体コアの挿入される面に直交するように挿入されるＹ軸磁性体コアをさらに含むことができる。
【００１５】
一方、上記目的を達成するための他の手段として、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法は、１）両面に銅箔を有する銅張積層板上に、上部磁性体コアの下部の回路パターンと下部磁性体コアの上部の回路パターンをそれぞれ備えた第１内層を形成する段階と、２）前記磁性体コアのための磁性体リボンをプリプレグの上部及び下部に位置合わせした後、前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に前記第１内層に接着させて第２内層を形成する段階と、３）前記第２内層に磁性体コアの上部及び下部回路パターンを形成するために、プリプレグと２次銅箔で２次積層して外層を形成する段階と、４）前記上部及び下部磁性体コアの上部及び下部の励磁回路と検出回路をソレノイド状に連結させるように、レーザードリルを用いて貫通孔を加工する部分の銅箔を除去する段階と、５）前記銅箔の除去された部分をエポキシのみ加工するレーザードリルを用いて前記回路パターンまで加工した後、外部に露出されたプリント回路基板の表面及び前記レーザー加工された貫通孔にメッキを施す段階と、６）前記メッキの後、露光及びエッチングによってそれぞれの磁性体コアの上部及び下部に励磁回路及び検出回路パターンをそれぞれ形成する段階とを含んでなる。
【００１６】
また、前記第２内層を形成する段階は、前記第１内層の上部及び下部にプリプレグを載置する段階と、磁性体コア用磁性体リボンを前記プリプレグの上部及び下部に位置合わせして載置する段階と、正確な位置を探すために、銅箔を前記磁性体リボンより大きく加工して予備レイアップさせる段階と、前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に高温、高圧を加えて第１内層に接着させる段階と、感光性塗布剤を用いて露光及び現像し、前記磁性体コアをエッチングして磁性体コアの回路パターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする。
【００１７】
上述の特徴により、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、基板に形成された磁性体コア、この磁性体コアの交流励磁のために金属膜で形成された励磁コイル（励磁回路）、及び金属膜で形成された磁束変化検出用コイル（検出回路）からなり、前記磁性体コアを検出軸の長手方向に形成し、反磁界成分を減少させ、磁性体コアに分離型構造で巻いた励磁コイル（励磁コイル）と、磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成して、コイルが巻かれているような構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにしたものである。
【００１８】
さらに、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、磁性体コアから漏洩する磁界成分を最小化するための同一の平面上に、１つからなる長方形リング状の磁性体コアと、その磁性体コアに対して分離型の構造で、磁性体の上部に励磁コイルが位置すると、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置する構造で巻かれる励磁コイルと、励磁コイル同士の間において、磁性体の上部に励磁コイルが位置すると、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置するように巻かれている検出コイルとから構成されている別の構造（設計方式は同じ）を上部又は下部に９０°回転させて形成することにより、高感度の特性を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づき、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法について具体的に説明する。
【００２０】
図１は本発明に係るＸ軸及びＹ軸にそれぞれ形成された微弱磁界感知用センサ（最外層を除く）を概略的に示す図であって、分離型構造の励磁コイルをもつＸ軸及びＹ軸を同時に感知する微弱磁界感知用センサの構成を概略的に示している。
【００２１】
図２は本発明に係る図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図であって、全層の断面構造を示す。ここで、前記分離型構造とは、磁性体コアの平行な両コア部にそれぞれ励磁コイルが別々巻かれていることをいう。
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、Ｘ軸磁性体コア１と、前記Ｘ軸コアに直交するＹ軸磁性体コア２と、前記Ｘ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２を取り囲むコイルとからなる。すなわち、本発明の実施例に係る微弱磁界センサは、プリント回路基板の銅張積層板５１の上部及び下部にそれぞれＸ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２が形成される。一方、図面符号５５ａ及び５５ｂはそれぞれ１次積層プリプレグを示し、図面符号６０ａ及び６０ｂは２次積層プリプレグを示す。
【００２２】
ここで、前記コイルは励磁コイル及び検出コイルに区分されて形成される。以下、図３（ａ）ないし図５（ｃ）を参照して具体的に説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸及びＹ軸の磁性体コアの形態を概略的に示す図である。図３（ａ）において、図面符号３はＸ軸Ａコア部、４はＸ軸Ｂコア部をそれぞれ示す。また、図３（ｂ）において、図面符号５はＹ軸Ｃコア部、６はＹ軸Ｄコア部をそれぞれ示す。同図に示すように、それぞれの磁性体コアは、長方形リング状を有するが、これに限定されるものではなく、互いに連結された平行な２つの部分に検出回路及び励磁回路を形成したことが可能な形であれば良い。
【００２３】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）は本発明に係る微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路及び検出回路パターンを概略的に示す図であって、図４（ａ）はＸ軸磁性体コアの上部及び下部回路パターン、図４（ｂ）はＸ軸磁性体コアの上部回路パターン、図４（ｃ）はＸ軸磁性体コアの下部回路パターンを概略的に示す図である。
【００２４】
本発明は、Ｘ軸磁性体コア１及びＹ軸磁性体コア２を含んでなる。Ｘ軸磁性体コア１はＸ軸上部磁性体コア部（Ａコア部）３及びＸ軸下部磁性体コア部（Ｂコア部）４からなり、前記Ｘ軸磁性体コア１に直交するＹ軸磁性体コア２はＹ軸上部磁性体コア部（Ｃコア部）５及びＹ軸下部磁性体コア部（Ｄコア部）６からなる。
具体的に、前記Ｘ軸上部磁性体コア部３は、Ａコア部上部検出回路ランド７、７’及びＡコア部上部検出回路パターン８、８’、Ａコア部下部検出回路ランド９、９’、Ａコア部下部検出回路パターン１０、１０’、Ａコア部上部励磁回路ランド１１、１１’、Ａコア部上部励磁回路パターン１２、１２’、Ａコア部下部励磁回路ランド１３、１３’、及びＡコア部下部励磁回路パターン１４、１４’からなる。前記Ｂ、Ｃ及びＤコア部４、５、６はそれぞれ前記Ａコア部と類似の方式で符号が付される。すなわち、図面符号１５〜２２はＢコア部、図面符号２３〜３０はＣコア部、図面符号３１〜３８はＤコア部に対してそれぞれ前記Ａコア部と類似の方式で付される。
一方、図４（ａ）及び図４（ｂ）の如く、前記磁性体の上部と下部に形成されている回路パターンを貫通孔で連結させることにより、励磁コイルは、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４に分離型構造となるように巻かれている形状にする。
【００２５】
この際、交流の励磁電流を印加して発生するコア内部の磁束が、同一の平面上に平行に形成された２つのＡ及びＢコア部３、４に対し互いに逆方向に発生する。
また、図４（ｂ）に示した磁束変化検出コイルは、２つのＡ及びＢコア部３、４の上部と下部に形成されている回路パターンを貫通孔によって連結させることにより、前記Ａ及びＢコア部３、４からの磁束変化の和を得るように巻かれている形状に作る。
こうすると、励磁交流電流による電磁誘導のために発生する磁束変化検出コイルにおける第１又は第２誘起電圧は、２つのコア部内部の磁界が逆方向なので互いに相殺される。ところが、コア軸方向から外部磁界Ｈｅｘｔが印加されると、２つのコア部に対し同一の方向に加わるため、励磁磁界をＨｅｘｃとすると、２つのコア部内部の磁界はそれぞれ（Ｈｅｘｔ＋Ｈｅｘｃ）及び（Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ）となる。このような磁性体コア部３、４の磁界、磁束密度及び誘起電圧については図７を参照して後述する。
【００２６】
図４（ａ）ないし図４（ｃ）を参照すると、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサは、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４に分離型構造のソレノイド状に巻いた励磁コイルと、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４から発生する磁束変化の和を得るようにソレノイド状に巻いた磁束変化検出コイルとからなり、この際、前記磁束変化検出コイルは前記励磁コイル同士の間に配列して形成する。本発明の実施例では２つの励磁コイルに対して一つの磁束変化検出コイルを形成したが、これに局限されるのではない。
【００２７】
このように、プリント回路基板上に前記励磁コイルと磁束変化検出コイルが巻かれている形状にする。また、２つのＡ及びＢ磁性体コア部３、４を用いて、外部磁界Ｈｅｘｔがないとき、誘起波形が互いに相殺されるようにする。本発明は、励磁コイルによって発生した磁束の流れがＡ及びＢ磁性体コア部３、４で閉磁路を成すようにした巻線構造を有する。前記Ａ及びＢ磁性体コア部３、４を中心としてその上部と下部に回路が形成されており、この際、Ａ及びＢ磁性体コア部にそれぞれ形成される回路は互いに対称となっている構造を有する。
このような回路パターンを構成するように前記磁性体コアの上部と下部の回路を連結させるためには貫通孔を使用しなければならないが、この際、プリント回路基板技術の適用の際に位置精度のためにホールランドが必要になる。
【００２８】
このようなランドは磁性体コア上に巻かれる回路の数と同一の数だけ配列される。従って、ランド間の距離が遠くなると、コア上に巻かれる回路間の距離が遠いから、センサの感度が落ちる。
従って、本発明では、一定の面積内に最大限多数のランドを配列して高感度特性を実現する。ところが、励磁コイル及び検出コイルはソレノイド状に巻かれており、前記Ａ及びＢ磁性体コア部３、４上に形成されている回路パターンは互いに対称となる構造を有する。
図１に示したランドの配列は実質的にジグザグ状を有し、１２行からなっており、上、中、下の各４行に分離されている。前記ランドはそれぞれの上部４行のうち外部２行は励磁回路の上部及び下部連結用ホールランドであり、隣接した２行は検出回路連結用ホールランドとして使用される。この際、下部４行も上部と対称的に同様に使用される。また、中間４行は全て励磁回路の上部及び下部回路パターン連結用として、上部及び下部にそれぞれ２行ずつ使用される。
【００２９】
図４（ｂ）及び図４（ｃ）を参照して、それぞれの励磁コイルの巻線方式を説明すると、次の通りである。この際、説明の便宜上、左側下端のＢコア部を例として説明する。
図４（ｂ）と図４（ｃ）の如くランドが配列された状態で、下部励磁回路第１ランドＬ１を始まりとして励磁回路パターンが構成される。下部励磁回路の第１ランドＬ１から下部励磁回路の第２ランドＬ２まで回路パターンで連結され、前記下部励磁回路の第２ランドＬ２は磁性体上部励磁回路の第３ランドＬ３に連結され、さらに上部励磁回路の第４ランドＬ４まで連結される。前記上部励磁回路の第４ランドＬ４は下部励磁回路の第５ランドＬ５に貫通孔で連結され、さらに回路パターンで下部励磁回路の第６ランドＬ６に連結される。前記下部励磁回路の第６ランドＬ６は上部励磁回路第７ランドＬ７に連結され、さらに回路パターンで上部励磁回路の第８ランドＬ８まで連結される。こうして磁性体上に回路が２巻線数（ｔｕｒｎ）だけ巻かれる。この際、反対側のコアは同一の構造で磁束が反対方向に生成されるように巻かれる。
【００３０】
一方、前記検出回路が磁性体コアに巻かれる形態は次の通りである。まず、Ａコア部上部の開始部３９から始まって回路パターンを経由して上部検出回路の第１ランドＲ１から下部検出回路の第２ランドＲ２に貫通孔で連結され、回路パターンを経由して下部検出回路の第３ランドＲ３に連結され、さらに貫通孔を介して上部検出回路の第４ランドＲ４に連結される。次に、前記上部検出回路の第４ランドＲ４は上部検出回路の第５ランドＲ５に連結され、貫通孔を介して下部検出回路の第６ランドＲ６に連結され、さらに回路パターンを経由して上部検出回路の第７ランドＲ７に連結される。このような方法でＡ及びＢ磁性体コア部３、４全体を巻く形状に回路パターンの終末部４０まで連結される。この際、上部と下部で表現されているランド及び回路はその位置が、例えば上部が下部、下部が上部に変わっても構わない。
【００３１】
この際、プリント回路基板のサイズ減少、ジグザグ状に巻く形状、及びＡコア部とＢコア部３、４に巻かれる回路の対称のために、前記磁性体コアに巻かれる励磁コイルと検出コイルの配列されるランドは３行以上も可能であるが、２行が最も好ましい。前記配列されるランドが３行以上の場合、Ｙ軸方向への長さが増加し、ランドとランドとの間に回路が通りながら全体的に上下対称となるジグザグ状に巻くことが難しいこともあるからである。
【００３２】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＹ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路と検出回路パターンを概略的に示す図である。図５（ａ）はＹ軸磁性体コアの上部及び下部回路パターン、図５（ｂ）はＹ軸磁性体コアの上部回路パターン、及び図５（ｃ）はＹ軸磁性体コアの下部回路パターンを概略的に示す図である。すなわち、図５はＹ軸感知用センサの概略図、図４（ａ）〜図４（ｃ）と同一の構造で反時計方向に９０°回転した状態を示す。
また、前記磁束変化検出コイルは、２つのコア部の上部と下部に形成されている回路を貫通孔を介して連結することにより、コアから発生する磁束変化の和を得るように巻かれている形状にする。また、励磁コイル及び検出コイルを配列する方法は、図４（ａ）〜図４（ｃ）のＸ軸磁性体コアを形成する場合に対し、９０°直交するように配列されることを除けば同一の方式を取る。このように９０°直交した方向に微弱磁界感知用センサを配列する理由は、より正確な方位角に対して微弱磁界を検出するためである。
【００３３】
すなわち、一つのプリント回路基板上にＸ軸及びＹ軸の磁性体コアを形成し、それぞれに対して励磁回路及び検出回路パターンを形成する。
より詳細には、磁性体コアから漏洩される磁界成分を最小化するための同一の平面上に、一つの長方形リング（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｒｉｎｇ）状の磁性体コア構成と、その磁性体コアに対して分離型の構造で、磁性体上部に励磁コイルが位置する構成と、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置する構造で巻かれる励磁コイルと、励磁コイルの間に設けられ、磁性体の上部に励磁コイルが位置する構成と、磁性体の直下に上部の励磁コイルと対応して位置するように巻かれている検出コイルとから構成されている別の構造（設計は同じ）を上部又は下部に９０°回転させて形成し、高感度の特性を実現することができる。
【００３４】
一方、図１０（ａ）ないし図１０（ｆ）は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸又はＹ軸における動作を説明する動作タイミング図である。
図１０（ａ）は第１磁性体コアにおける磁界の波形図、図１０（ｂ）は第２磁性体コアにおける磁界の波形図、図１０（ｃ）は第１磁性体コアにおける磁束密度の波形図、図１０（ｄ）は第２磁性体コアにおける磁束密度の波形図、図１０（ｅ）はＸ軸又はＹ軸の磁束変化検出回路において誘起される第１誘起電圧及び第２誘起電圧をそれぞれ示す図、図１０（ｆ）は第１誘起電圧＋第２誘起電圧を示す。ここで、前記第１及び第２磁性体コアはそれぞれ前述したようなＡ及びＢコア部、又はＣ及びＤコア部である。
【００３５】
図１０（ａ）ないし図１０（ｆ）を参照すると、図１０（ａ）のＸ軸長方形リング状のＡ及びＢコア部に２つのコイル、すなわち磁束変化検出コイルと励磁コイルを巻いた構造がＰＣＢ基板に構成される。
すると、励磁交流電流による電磁誘導のために発生する、磁束変化検出コイルにおける第１又は第２誘起電圧は、２つのコア部内部の磁界が逆方向なので相殺される。前記誘起電圧は磁束変化に応じて励磁コイルから誘起されて発生する電圧である。
【００３６】
ところが、コアの軸方向から外部磁界（Ｈｅｘｔ）が印加されると、２つのコア部に対して同一の方向に印加されるため、励磁磁界をＨｅｘｃとすると、２つのコア部内部の磁界はそれぞれ（Ｈｅｘｔ＋Ｈｅｘｃ）及び（Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ）となる。この際、図７ｃ及び図７ｄはこのような磁界における磁束密度を示す。
この際、図７ｅに示すように、磁束変化検出コイルに電圧が誘起される。そして、信号処理回路によってその大きさを測定することにより、外部磁界（Ｈｅｘｔ）の大きさが分る。
【００３７】
一方、図１１は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの１次積層レイアップの形態を例示する図であって、製造工程にある製品のサイズ（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｓｉｚｅ）に対してプリント回路基板に製作される具体例のレイアップを示すもので、実際工程において、完製品は多数の微弱磁界感知用プリント回路基板ユニットを含むストリップ状に製作されることが一般的である。
【００３８】
図１１を参照すると、７つの磁性体リボン４８の予備レイアップ過程が示されており、この際、一つの磁性体リボンが、複数のユニットを含むストリップ状に製造するために使用される。従って、このような磁性体リボン４８のサイズはストリップのサイズを考慮して決定する。ここで、図面符号４５は加工された上部銅箔、４６は加工された下部銅箔を示し、４７は（プリプレグ＋第１内層＋プリプレグ）が積層されたものを示す。
ところが、このようにストリップ状に製造する場合は、後続の磁性体のパターン化過程で、プリプレグ上に磁性体リボンを、多数のユニット製作ができるように同時加工することが可能な位置に配列する必要がある。従って、前記図１１の一例では、予備レイアップのために、最上部に磁性体リボンを配列するための一種の枠として加工された銅箔４５、４６を配列して予備レイアップを進行させる。
【００３９】
このように銅箔４５、４６を加工するための方法には２つがある。すなわち、１）金型を用いて上方から押して所望の大きさだけ部分除去する方法、２）一般的な基板の加工方法の中でもルータ工程を用いて、回転する加工体で、所望の大きさだけ部分除去する方法がある。
この際、前記加工される銅箔４５、４６のサイズは磁性体リボン４８より大きくなければならないが、加工公差、及び前記銅箔４５、４６上に磁性体リボン４８が覆われる問題を考慮し、いずれかの１軸に対して約０．１〜０．２ｍｍ程度大きく加工することが好ましい。
【００４０】
また、一つのストリップ内で実際製品が占める領域を考慮すると、磁性体リボン４８の大きさはある程度余裕があるため、ストリップの幅に合わせて使用することができる。一方で、磁性体リボン４８の長さは、ストリップが磁性体リボン内に１つ以上入ることもあるため、初期プリント回路基板の設計時に決定すればよい。
【００４１】
図１２は本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体の上部及び下部に位置した回路パターンの断面図である。
図１２はＸ軸感知のための磁性体とその上、下部に位置した回路の断面構造を示すが、前記の回路連結順序を成すためには図１２のように励磁コイルと検出コイルが構成されなければならない。ここで、図面符号７１は磁性体コア、７２ａ及び７２ｂは励磁コイル、７３ａ及び７３ｂは検出コイルをそれぞれ示す。すなわち、磁性体の左側に巻かれる励磁コイルは、下部励磁回路第１ランドＬ１から始まる回路が磁性体の下部に位置すると、上部の励磁回路が同一の位置にある場合には上方からみて一つに見える。
このように構成された励磁回路の間に検出回路が位置するが、検出回路も同様に、上部及び下部において相互対応の位置に構成されなければならない。
【００４２】
また、前記の構造とは異なり、一つのバーコアに励磁コイルと磁束変化検出コイルのみを配置することだけでも磁界検出は可能であるが、この場合、外部磁界が無くても検出コイルには励磁コイルによる大きな誘起電圧波形が生ずるため、増幅及びフィルタリング等の検出コイル出力に対する信号処理が煩わしくなる。
従って、一つの長方形リング状のコアを使用することが信号処理において有利になる。
【００４３】
以下、図６（ａ）〜図９（ｍ）に基づいて、本発明の実施例に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法について説明する。図６（ａ）〜図９（ｍ）は図１のＥ−Ｅ’に沿った断面図であって、それぞれプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程断面図である。
まず、図６（ａ）〜図６（ｃ）は微弱磁界感知用センサの第１内層を製造する工程を示す。すなわち、両面に銅箔５２ａ、５２ｂを有する銅張積層板５１（ＣＣＬ）を形成し（図６（ａ）参照）、その後前記銅箔５２ａ、５２ｂの上部にそれぞれ感光性塗布剤５３ａ、５３ｂを塗布し、これを露光及び現像する（図６（ｂ）参照）。次に、Ｘ軸磁性体コアの下部に形成される励磁コイル及び検出コイルの回路パターン５４ｂと、Ｙ軸磁性体コアの上部に形成される励磁コイル及び検出コイルの回路パターン５４ａをそれぞれ形成し、前記磁性体コアを積層するための表面処理を行う（図６（ｃ）参照）。このように具現された形態を、以下「第１内層」と称する。
【００４４】
図６（ｄ）〜図７（ｇ）は微弱磁界感知用センサの第２内層を製造する工程を示す。前述したように形成された第１内層にＢステージの熱硬化性樹脂（以下、「プリプレグ」という）５５ａ、５５ｂを載置し、前記磁性体コアのための磁性体リボン５７ａ、５７ｂを前記プリプレグ５５ａ、５５ｂの上部及び下部に正確に位置合わせして載置する。この際、正確な位置を探すために、銅箔５６ａ、５６ｂを前記磁性体より大きく加工して使用するが、これを予備レイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）という（図６（ｄ）参照）。
ここで、前記プリプレグ５５ａ、５５ｂは半硬化状態の熱硬化性エポキシ樹脂としてプリント回路基板業界で知られているものである。また、前記銅箔５６ａ、５６ｂは通常１２μｍ、１８μｍ又は３５μｍのものが使用可能であるが、本発明の実施例では前記磁性体５７ａ、５７ｂの厚さと類似の１８μｍの銅箔５６ａ、５６ｂを使用した。この際、使用されるプリプレグ５５ａ、５５ｂの厚さは０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００４５】
その後、このように載置した磁性体リボン５７ａ、５７ｂを前記プリプレグ５５ａ、５５ｂと共に、前記第１内層に高温、高圧を加えて接着させる（図７（ｅ）参照）。
次に、さらに感光性塗布剤５８ａ、５８ｂを用いて露光及び現像し（図７（ｆ）参照）、前記磁性体コア５７ａ、５７ｂをエッチングして、最終的に磁性体コア５９ａ、５９ｂの回路パターンを形成した後、積層するための表面処理を行う（図７（ｇ）参照）。前記表面処理は積層のために研磨及び平坦化工程を行うことを言う。このように具現された形態を以下「第２内層」と称する。
【００４６】
図８（ｈ）〜図９（ｍ）は微弱磁界感知用センサの外層を形成する工程を示す。まず、前述した第２内層に磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部回路パターンを具現するために、プリプレグ６０ａ、６０ｂと２次銅箔６１ａ、６１ｂを用いて２次積層（高温、高圧）を行う。ここで、前記プリプレグ６０ａ、６０ｂは１次積層時と同一に使用し、２次銅箔６１ａ、６１ｂは１次銅箔５６ａ、５６ｂより薄い仕様を適用する。本発明では１２μｍの銅箔６１ａ、６１ｂを使用した。このように具現された積層体を外層と称する（図８（ｈ）参照）。
【００４７】
その後、このような外層が形成された後、後続のメッキを考慮し、前記２次銅箔６１ａ、６１ｂの厚さを均一なエッチングによって１２μｍから３〜５μｍに減少させ、銅箔６２ａ、６２ｂに作る（図８（ｉ）参照）。次に、前記Ｘ軸及びＹ軸磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部の励磁回路と検出回路をソレノイド状に連結させるようにレーザードリルにより銅箔６２ａ、６２ｂを除去して貫通孔（ＢＶＨ）６３を加工する。
次に、銅箔が除去された部分を、エポキシのみ加工するレーザードリルによって、前記第１内層の両側に形成されている回路パターンまで加工した後、メッキのために表面処理を行う（図８（ｊ）参照）。
【００４８】
その後、現在工程上で、外部に露出されたプリント回路基板の表面及び前記レーザー加工された貫通孔６３に、厚さ１５μｍ〜１８μｍの銅メッキ層６４ａ、６４ｂを形成する（図９（ｋ）参照）。
このようなメッキの後、感光性フィルムを用いる露光、現像及びエッチングによって、それぞれの磁性体コア５９ａ、５９ｂの上部及び下部に励磁及び検出回路パターン６５ａ、６５ｂをそれぞれ形成する（図９（ｌ）参照）。
次に、前記外層の回路パターン６５ａ、６５ｂが形成された後には、信号処理連結部位に金メッキのためにソルダレジスト（Ｓ／Ｒ）６６ａ、６６ｂを塗布し、金メッキされる部位のみ露光、現像によって露出する。すなわち、Ｓ／Ｒ塗布の後、露出されている部位に金メッキを行うことにより、本発明に係る微弱磁界感知用センサが完成される（図９（ｍ）参照）。
その後、所望の大きさに作るために、微弱磁界感知用センサの外形を加工する。
すなわち、図６（ａ）〜図９（ｍ）に示すように、磁性体コア５９ａ、５９ｂが上部及び下部に分けられて互いに垂直に位置しており、これら磁性体コアの両面に励磁コイルと検出コイルが形成されており、電気的な通電のためにパッドが最外郭に形成される。
【００４９】
本発明では、このように形成された磁界検出素子においてそれぞれの磁性体コア５９ａ、５９ｂをプリント回路基板に積層し、その上に励磁コイルと磁束変化検出コイルを積層する構造が重要である。２つに形成された長方形リング状のコアを用いて差動に駆動することにより、閉磁路を形成することができ、また外部磁界がない場合、励磁コイルによって発生するコア内部の磁束変化からの誘起波形を相殺させる巻線構造を具現する。
従って、本発明の実施例に係る微弱磁界感知用センサは、磁性体コアから漏洩される磁界成分を最小化するために、閉磁路を形成した、互いに直交する長方形リング状の磁性体コアで構成される。また、その磁性体コアに分離型構造で巻いた差動励磁コイル、及び磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルをソレノイド状に巻いた構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現われないようにしたものである。
【００５０】
また、本発明の実施例に係る磁界検出素子は、互いに直交する長方形リング状の磁性体コアを検出軸の長手方向に形成して反磁界成分を減少させ、前記磁性体コアに分離型構造で巻いた差動型励磁コイルと、励磁コイル同士の間に巻いた、磁性体コアから発生した磁束の和を得るための磁束変化検出用コイルとからなる構造を有し、外部測定磁界が０の場合、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにした巻線構造になっている。
従って、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、超小型にも拘らず、高感度の特性を有しており、非常に微弱な磁界を検出することができる。例えば、本発明に係る微弱磁界感知用センサは、地球磁気検出による航法（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）システム、地震予測用地磁気変動モニター、生体磁気計測センサ及び金属材料の欠陥検出のためのセンサとして使用され、また磁気エンコーダ、無接点ポテンションメーター、電流センサ、トルクセンサ、変位センサなど広範囲な活用が可能である。
【００５１】
以上、本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ及びその製造方法について説明したが、本発明はこれに局限されるものではなく、様々な変更及び修正が可能であることを、当業者なら理解するであろう。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリント回路技術を用いた微弱磁界感知用センサは、基板に形成された磁性体コア、この磁性体コアの交流励磁のために金属膜で形成された励磁コイル、及び金属膜で形成された磁束変化検出用コイルから構成されるもので、感度が高いため正確な磁界を検出することができる。特に、ＰＣＢ基板に製作することが可能であるという利点を用いて、磁性体コイル、励磁コイル及び磁束変化検出用コイルを積層してなる磁界検出素子を提供することにより、他のセンサ及び回路と一体型に集積可能なので、超小型にも拘わらず高感度であり、また低いコストで量産することが可能な磁界検出素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ形成された微弱磁界感知用センサ（最外層を除く）を概略的に示す図である。
【図２】図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。
【図３】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸磁性体コアおよびＹ軸磁性体コアの形態を概略的に示す平面図である。
【図４】本発明に係る微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路及び検出回路パターンを概略的に示す図である。
【図５】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＹ軸に対する磁性体コアに形成される励磁回路と検出回路パターンを概略的に示す図である。
【図６】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図７】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図８】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図９】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸又はＹ軸における動作を説明する動作タイミング図である。
【図１１】本発明に係るプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの１次積層レイアップの形態を例示する図である。
【図１２】本発明に係るプリント回路技術を用いた微弱磁界感知用センサのＸ軸に対する磁性体の上部及び下部に位置した回路パターンの断面図である。
【符号の説明】
１ Ｘ軸磁性体コア
２ Ｙ軸磁性体コア
３ Ｘ軸上部磁性体コア部（Ａコア部）
４ Ｘ軸下部磁性体コア部（Ｂコア部）
５ Ｙ軸上部磁性体コア部（Ｃコア部）
６ Ｙ軸下部磁性体コア部（Ｄコア部）
７ Ａコア部上部検出回路ランド
８ Ａコア部上部検出回路パターン
９ Ａコア部下部検出回路ランド
１０ Ａコア部下部検出回路パターン
１１ Ａコア部上部励磁回路ランド
１２ Ａコア部上部励磁回路パターン
１３ Ａコア部下部励磁回路ランド
１４ Ａコア部下部励磁回路パターン
１５ Ｂコア部上部検出回路ランド
１６ Ｂコア部上部検出回路パターン
１７ Ｂコア部下部検出回路ランド
１８ Ｂコア部下部検出回路パターン
１９ Ｂコア部上部励磁回路ランド
２０ Ｂコア部上部励磁回路パターン
２１ Ｂコア部下部励磁回路ランド
２２ Ｂコア部下部励磁回路パターン
２３ Ｃコア部上部検出回路ランド
２４ Ｃコア部上部検出回路パターン
２５ Ｃコア部下部検出回路ランド
２６ Ｃコア部下部検出回路パターン
２７ Ｃコア部上部励磁回路ランド
２８ Ｃコア部上部励磁回路パターン
２９ Ｃコア部下部励磁回路ランド
３０ Ｃコア部下部励磁回路パターン
３１ Ｄコア部上部検出回路ランド
３２ Ｄコア部上部検出回路パターン
３３ Ｄコア部下部検出回路ランド
３４ Ｄコア部下部検出回路パターン
３５ Ｄコア部上部励磁回路ランド
３６ Ｄコア部上部励磁回路パターン
３７ Ｄコア部下部励磁回路ランド
３８ Ｄコア部下部励磁回路パターン
３９ 検出回路開始部
４０ 検出回路終末部
４５ 加工された上部銅箔
４６ 加工された下部銅箔
４７ プリプレグ＋第１内層＋プリプレグ
４８ 磁性体リボン
５１ 銅張積層板（ＣＣＬ）
５５ａ、５５ｂ １次積層プリプレグ
５９ａ、５９ｂ 磁性体コア
６０ａ、６０ｂ ２次積層プリプレグ
Claims (12)
- ａ）互いに平行に連結された第１及び第２コア部を有する磁性体コアと、
ｂ）前記磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第１及び第２コア部にそれぞれ巻かれている励磁コイルと、
ｃ）前記磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第１及び第２コア部全体を巻いている検出コイルとを含み、
前記磁性体コアの交流的な励磁及び差動励磁のために金属膜で形成されたソレノイド型の励磁コイルと、コア内部の磁束変化を検出するために金属膜で形成されたソレノイド型の磁束変化検出用コイルとを同一の層に形成し、
前記磁性体コアは磁束の検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とするプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。 - 前記磁性体コアは長方形リング状であることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- 前記分離型構造の励磁コイルと前記磁束変化検出用コイルはそれぞれの同一の面に設けられるソレノイドコイルであって、前記磁性体コアを巻いた構造を有することを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- 前記励磁コイル及び検出コイルの上部と下部は銅メッキされた貫通孔で連結されることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- 励磁コイルと検出コイルの配列ランドは２行であることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- 前記励磁コイルは前記第１及び第２コア部の下部から巻線し始めて互いに対称となるように巻くことを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- 前記磁性体コアの挿入された面と直交する方向に挿入される第３及び第４コア部を有する第２磁性体コアと、
前記第２磁性体コアに交流励磁電流を流すように前記第３及び第４コア部にそれぞれ巻かれている第２励磁コイルと、
前記第２磁性体コアから発生した磁束変化を検出するように、前記第２励磁コイルと同一の平面上に交互に形成され、前記第３及び第４コア部全体を巻いている第２検出コイルとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。 - 前記磁性体コア、励磁コイル及び検出コイルが形成されたプリント回路基板は銅張積層板（ＣＣＬ）とプリプレグを含み、前記プリプレグはＦＲ−４エポキシ、ＢＴ樹脂、テフロン（登録商標）（フッ素樹脂）及びポリイミドからなる一群より選ばれることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- ａ）銅張積層板と、
ｂ）前記銅張積層板上の銅箔をエッチングして回路パターン状に形成される励磁コイルと、
ｃ）前記励磁コイルと同一の平面上に交互に回路パターン状に形成される検出コイルと、
ｄ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン層同士の間に積層されたＸ軸磁性体コアと、
ｅ）前記励磁コイル及び検出コイルの回路パターン層と前記Ｘ軸磁性体コアとを接合させる接合剤とを含み、
前記Ｘ軸磁性体コアは磁束が検出される長手方向に形成され、反磁界成分を減少させることを特徴とするプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。 - 前記Ｘ軸磁性体コアの挿入される面に直交するように挿入されるＹ軸磁性体コアをさらに含むことを特徴とする請求項９記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサ。
- プリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法において、
１）両面に銅箔を有する銅張積層板上に、上部磁性体コアの下部の回路パターンと下部磁性体コアの上部の回路パターンをそれぞれ備えた第１内層を形成する段階と、
２）前記磁性体コアのための磁性体リボンをプリプレグの上部及び下部に位置合わせした後、前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に前記第１内層に接着させて第２内層を形成する段階と、
３）前記第２内層に磁性体コアの上部及び下部回路パターンを形成するために、プリプレグと２次銅箔で２次積層して外層を形成する段階と、
４）前記上部及び下部磁性体コアの上部及び下部の励磁回路と検出回路をソレノイド状に連結させるように、レーザードリルを用いて、貫通孔を加工する部分の銅箔を除去する段階と、
５）前記銅箔の除去された部分をエポキシのみ加工するレーザードリルを用いて前記回路パターンまで加工した後、外部に露出されたプリント回路基板の表面及び前記レーザー加工された貫通孔にメッキを施す段階と、
６）前記メッキの後、露光及びエッチングによってそれぞれの磁性体コアの上部及び下部に励磁回路及び検出回路パターンをそれぞれ形成する段階とを含んでなることを特徴とするプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法。 - 前記第２内層を形成する段階は、
前記第１内層の上部及び下部にプリプレグを載置する段階と、
磁性体コア用磁性体リボンを前記プリプレグの上部及び下部に位置合わせして載置する段階と、
正確な位置を探すために、銅箔を前記磁性体リボンより大きく加工して予備レイアップさせる段階と、
前記磁性体リボンを前記プリプレグと共に前記第１内層に高温、高圧を加えて接着させる段階と、
感光性塗布剤を用いて露光及び現像し、前記磁性体コアをエッチングして磁性体コアの回路パターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする請求項１１記載のプリント回路基板技術を用いた微弱磁界感知用センサの製造方法。
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