JP2004288666A

JP2004288666A - 磁電変換素子

Info

Publication number: JP2004288666A
Application number: JP2003075197A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kikuta; 秀一菊田; Tatsuyasu Nakato; 辰康中戸; Osamu Maeda; 修前田
Original assignee: Nikkoshi Co Ltd
Current assignee: Nikkoshi Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Also published as: CN1532958A; CN100541851C

Abstract

【課題】少なくとも２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の両方に同等な磁界を与え、磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値がほぼ同等の磁気センサ装置を供給する。
【解決手段】未着磁の永久磁石素材１１１の上に多数の磁気抵抗素子１１・１２を形成し、ダイシングマシン等によって精度良く永久磁石素材１１１と共に切断する。複数に分離された磁気抵抗素子を個々に取り出し永久磁石素材を着磁し永久磁石とする。着磁された永久磁石素材の中心と２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心はほぼ一致し２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の両方に同等の磁束を与えることができる。、
【選択図】図１１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、磁界が変化することによって電気抵抗値が変化する磁電変換素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙葉状媒体の磁性を検出する手段としてＩｎＳｂ等からなる磁気抵抗素子を使用した磁気センサ装置が利用されることは周知である。磁気抵抗素子は、磁界の変化によって電気抵抗値が変化する特性を持っている。磁気抵抗素子を使用した磁気センサ装置の一般的な構造は、図１に示すように、少なくとも２個一対の磁気抵抗素子１１・１２を直列に接続し、この直列回路の一方の磁気抵抗素子１１を電源側、他方の磁気抵抗素子１２をグランド側に接続し分圧回路を構成する。また、一般的に磁気抵抗素子にはあらかじめ磁束密度で０．１Ｔ程度か、又はそれ以上の磁束を与えることによって、直線性が良く出力の高い磁気センサ装置となることが知られている。その手段として、図２に示すように、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の近傍に２個一対の磁気抵抗素子１１・１２に対してほぼ垂直に磁界が加わるよう接着等によって永久磁石２１が固定配置される。磁性体が近づくことによって、磁界が変化し磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値が各々変化する。その為、磁気抵抗素子１１・１２の接続点の電圧値が変化し、出力電圧が得られる。
【０００３】
２個一対の磁気抵抗素子１１・１２は、図３に示すようにガラスやソフトフェライト等の素子基板３１上に、蒸着やエッチング等によって多数形成される。素子基板３１には平面度、平行度が高く、なおかつ電気抵抗率の高い素材が要求される。素子基板３１上に多数形成された磁気抵抗素子１１・１２は、素子基板と共にダイシングマシン等によって切断線３２に沿って切断され、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２で構成された複数の磁電変換素子となる。個々に分離された２個一対の磁気抵抗素子１１・１２と素子基板３１で構成された磁電変換素子の磁気抵抗素子１１・１２の素子基板３１を挟んだ反対面には、図４のように永久磁石２１が直接接着固定されるか、場合によっては図５のように電路を形成する基板５１を介して永久磁石２１が接着固定される。
【０００４】
永久磁石２１は、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の両方に同等の磁界が加わるよう高い精度で位置決めし接着固定される。２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の両磁気抵抗素子に同等の磁界を与えることによって、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２はほぼ同じ電気抵抗値となり特性の良い磁気センサ装置が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に磁気センサ装置で使用される、永久磁石は直径４〜５ｍｍ程度、又は一辺の寸法が４〜５ｍｍ程度である。それら永久磁石の磁束密度は、図６に示すように中心を境に左右対称となってはいるものの、位置によって異なり一様な部分はない。また、永久磁石表面からの距離によっても磁束密度は減衰してしまう。その為、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２と素子基板３１で構成された磁電変換素子と永久磁石２１との図７のような極わずかなズレ７１や図８のような傾き８１、図９のような浮き９１等の問題により、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２に同等の磁束を与えることは非常に困難である。わずかなズレ７１や傾き８１、浮き９１等の影響を軽減する為に、表面の大きな永久磁石を使用したり、磁気抵抗素子との距離をやや離したり等の工夫がされていた。磁気抵抗素子１１・１２と永久磁石２１との距離をとると磁気抵抗素子１１・１２に与えられる磁束密度は小さくる為、高価な高い表面磁束密度をもった永久磁石や、厚みの大きな永久磁石が必要となっている。
【０００６】
しかし、そのような工夫がなされているにも関わらず、磁気抵抗素子１１・１２に同等な磁束を与えることは難しく、電気抵抗値がほぼ同等の特性の良い磁気センサ装置を得ることは非常に困難な状況であった。また、磁気抵抗素子１１・１２と永久磁石２１間の介在部品が多いほど接着層や製造上の接着工程が多くなり、それらの傾き９１が累積されより困難なものとなっていた。
【０００７】
更に、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２と素子基板３１とで構成された磁電変換素子と永久磁石２１とのわずかなズレ７１や傾き８１、浮き９１等は、磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値のズレが生じるばかりではなく、図１０に示すように周囲温度の変化によって発生する、電気抵抗の変化率にも一対の磁気抵抗素子１１・１２との間で差異が発生し、磁気抵抗素子１１・１２の接続点から得られる出力電圧値（以下中点電圧）も温度によって大きく変動してしまう問題があった。
【０００８】
本発明は、磁気抵抗素子１１・１２と永久磁石２１とのズレや傾きが小さく、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の両方に均一な磁界を与え、磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値か揃った磁気センサ装置を得ると共に、温度変化による中点電圧の変動量を小さくしようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来ガラスやソフトフェライト等の素子基板上３１に多数の磁気抵抗素子を形成し、ダイシングマシン等によって切断されていたものを、図１１のように未着磁の永久磁石素材１１１上に多数の磁気抵抗素子を形成し、ミクロンオーダーのコントロールが可能なダイシングマシン等により精度良く永久磁石素材１１１と共に切断し、切断後に永久磁石素材１１１に着磁し、永久磁石とするものである。切断後に永久磁石素材を着磁し永久磁石としたのは、、図１２に示すように磁化された永久磁石素材１２２を切断すると、その切断粉１２１が磁化された永久磁石素材１２２に吸着し特性を悪くしたり、更には図１３に示すように切断後に磁化された永久磁石素材１２２どうしの吸引力１３１によって吸着したりすると、磁気抵抗素子１１・１２が破損してしまう為である。
【００１０】
こうすることによって、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心と磁化された永久磁石素材１２２の中心が精度良く一致させることが可能となり、磁気抵抗素子１１・１２には同等の磁束を与えることができる。また、製造上の接着工程は、永久磁石素材１１１と磁気抵抗素子１１・１２が複数形成された１枚のウエファーの接着のみである。この接着の際やや傾きは生じるものの、１枚のウエファーの大きさは、５０ｍｍ以上、切断後の１つの磁気抵抗素子は１ｍｍ程度なので、従来の製造方法のように、切断された個々の磁電変換素子に永久磁石を接着することに比べ、傾きを軽減することができる。また、製造上で他の接着工程はない為、傾きの累積は発生しない。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を図に沿って説明する。説明は永久磁石素材上にエッチングにより形成された磁気抵抗素子を接着形成し製造した場合の磁電変換素子である。図１１に示すように１枚のＩｎＳｂウエファーに多数の磁気抵抗素子１１・１２をエッチングによって形成する。多数の磁気抵抗素子１１・１２が形成された１枚のＩｎＳｂウエファーは、ラップ加工で仕上げた平行度、面精度の高い永久磁石素材１１１に接着用の樹脂１１２で接着されている。永久磁石素材１１１の平行度や面精度を仕上げる為には、平面研磨加工でも可能である。接着用の樹脂１１２としては、永久磁石素材１１１と磁気抵抗素子１１・１２との電気的な絶縁性を高める為に、体積抵抗率が ×１０^１５Ω・ｃｍ以上の接着用の樹脂を使用した。永久磁石素材１１１は、体積抵抗率が×１０^４Ω・ｃｍ以上と永久磁石素材の中でも、比較的体積抵抗率の高いフェライト系永久磁石素材とした。絶縁が充分保てるのであれば他の永久磁石素材でも可能である。
【００１２】
この後、図１４のように切断線３２に沿ってダイシングマシン１４１にて精度良く切断加工し、複数の２個一対の磁気抵抗素子に分割する。この際、永久磁石素材１１１は磁化されていないので切断粉が吸着することはない。また、当然ながら切断後の２個一対の磁気抵抗素子で構成された磁電変換素子は、吸引力が発生しないので永久磁石素材１１１どうしの吸着が発生しない為、整列が保たれており磁気抵抗素子１１・１２の破壊はない。こうして得られた切断後の２個一対の磁気抵抗素子１１・１２で構成された磁電変換素子の中心と一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心は一致している。つまり、図６からもわかるように、永久磁石の垂直方向の磁束密度は、永久磁石の中心を境として左右対称となっているため、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心と永久磁石２１、又は磁化された永久磁石素材１２２の中心が一致していれば、磁気抵抗素子１１・１２に与えられる磁束の量は同じとなり、磁気抵抗素子１１・１２はほぼ同じ電気抵抗値となる。
【００１３】
個々に分離された複数の２個一対の磁気抵抗素子１１・１２で構成された磁電変換素子は図１５に示すように、電路を形成する基板５１上に接着固定される。電路を形成する基板５１と、２個一対の磁気抵抗素子１１・１２で構成された磁電変換素子は金線１５２等によって電気的に接続される。その後、金属性ケース１５１等の内面に、一定の距離を確保する為、スペーサ１５３等を介して固定される。金属ケース１５１の内面はエポキシ系樹脂１５５等によって封止される。金属ケース１５１内に固定された永久磁石素材１３１は、着磁用電磁石等を用い磁化され永久磁石となる。なお、永久磁石素材１３１の着磁は、ダイシングマシンなどによって２個一対の磁気抵抗素子１１・１２で構成された磁電変換素子に分離された後、個々に取り出し着磁をしても良い。
【００１４】
【発明の効果】
このようにして製造された磁電変換素子は、一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心と磁化された永久磁石素材１２２の中心は精度良く一致し、一対の磁気抵抗素子１１・１２には、ほぼ同等の磁束を与えることができる。また、従来磁気抵抗素子１１・１２と永久磁石間には、ガラスや、ソフトフェライトなどの磁気抵抗素子を支える素子基板や、場合によっては電路を形成する基板等が接着されていたが、そのような介在部品が無くなったので、接着による浮き９１の累積がない。このようにして製作された磁電変換素子は、磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値はほぼ等しくなり、温度変化による中点電圧の変動も少ない。
【００１５】
本発明による磁気センサ装置本発明で製造された磁気センサ装置本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５の５個と、従来法で製造された磁気センサ装置従来法＿ｎｏ１〜ｎｏ５の５個を、それぞれ個々に図１６のようにブリッジ回路を構成し、ブリッジ不平衡電圧を測定した。その結果を図１７に示す。従来法で製造された磁気センサ装置従来法＿ｎｏ１〜ｎｏ５に比べ、本発明で製造された磁気センサ装置本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５は不平衡電圧が小さく、一対の磁気抵抗素子１１・１２の電気抵抗値が揃っていることが解る。
【００１６】
更に本発明による磁気センサ装置本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５の５個と、従来法で製造された磁気センサ装置従来法＿ｎｏ１〜ｎｏ５の５個を、環境試験装置内に放置し周囲温度を変化させ、それぞれ個々に図１６に示すブリッジ回路を構成し不平衡電圧の変動量について測定した。その結果を図１８に示す。従来法で製造された磁気センサ装置従来法＿ｎｏ１〜ｎｏ５と本発明による磁気センサ装置本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５を比較すると、本発明で製造された磁気センサ装置本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５は、温度による不平衡電圧の変動量が小さい。この結果から、温度による中点電圧の変動値が小さく優れていることが容易に解る。
【００１７】
加えて、一対の磁気抵抗素子１１・１２と磁化された永久磁石素材１２２との距離が従来法に比べ非常に小さい為、永久磁石２１は高価な表面磁束密度の高い永久磁石素材を使用する必要が無くなった。また、一対の磁気抵抗素子１１・１２の中心と磁化された永久磁石素材１２２の中心が精度良く一致するので、小さな永久磁石でも磁気抵抗素子１１・１２に同等の磁束を与えることが可能となった。更には、製造工程も削減できた為、小型で精度が高く、安価な磁気センサ装置の供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】２個一対の磁気抵抗素子の接続方法
【図２】磁気抵抗素子への磁気バイアス模式図
【図３】従来の磁電変換素子の製造方法
【図４】従来の磁電変換素子と永久磁石とを固定した模式図
【図５】従来の磁電変換素子と永久磁石とを電路を形成する基板を介して固定した模式図
【図６】永久磁石の垂直方向磁束密度増減率
【図７】磁電変換素子と永久磁石とのズレ
【図８】磁気抵抗素子と永久磁石との傾き
【図９】磁電変換素子、永久磁石の浮き
【図１０】磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１２の温度による電気抵抗変化率の相違と中点電圧
【図１１】本発明による磁電変換素子の素子形成方法
【図１２】ダイシングによる切断粉の永久磁石への吸着例
【図１３】磁電変換素子どうしの吸着例
【図１４】本発明による、磁電変換素子の切断方法
【図１５】本発明による磁電変換素子を用いた磁気センサ装置の模式図
【図１６】本発明の効果の確認で使用したブリッジ回路
【図１７】従来法で製造された磁気センサ装置と本発明による磁気センサ装置の中点電圧
【図１８】従来法で製造された磁気センサ装置と本発明による磁気センサ装置の中点電圧変動量
【符号の説明】
１１・１２磁気抵抗素子
２１永久磁石
２２磁力線
３１素子基板
３２切断線
５１電路を形成する基板
７１磁電変換素子と永久磁石のズレ
８１磁電変換素子と永久磁石の傾き
９１磁電変換素子・永久磁石の浮き
１１１永久磁石素材
１１２接着樹脂
１２１永久磁石の切断粉
１２２磁化された永久磁石素材
１３１永久磁石の吸引力
１４１ダイシングマシン
１５１金属ケース
１５２金線
１５３スペーサ
１５４リード
１５５封止樹脂
１６１固定抵抗
本発明＿ｎｏ１〜ｎｏ５本発明による磁気センサ装置
従来法＿ｎｏ１〜ｎｏ５従来法で製造された磁気センサ装置

Claims

磁界の変化によって電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子を支持する素子基板を永久磁石とした磁電変換素子。
永久磁石素材上に多数の磁気抵抗素子を形成し、永久磁石素材と共に切断し、複数の磁電変換素子を製造する請求項１記載の磁電変換素子の製造方法。
前記永久磁石素材は、多数の磁気抵抗素子と共に切断された後着磁し、永久磁石とする請求項１記載の磁電変換素子の製造方法。