JP2005114489A - 磁気方位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話等の携帯型情報機器組込用途として、超小型、低消費電力、高い検出精度を有する磁気方位検出装置を提供する。
【解決手段】略四角形状の回路基板２上に、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ配置される軟質磁性材料をコアとするフラックスゲート型の磁気センサ素子５ａ、５ｂと、該磁気センサ素子５ａ、５ｂに駆動信号を供給し、該磁気センサ素子からの磁気検出信号を入力して磁気の強さに応じた磁気情報を出力する駆動検出ＩＣ６とを配置し、磁気センサ素子５ａ，５ｂと駆動検出ＩＣ６を封止部材９によって封止し一体化する構成とした。この結果、小型で高性能な磁気方位検出装置を実現することが出来る。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、地磁気の検出技術に関し、特に、フラックスゲート型磁気センサを用いた磁気方位検出装置に関するものである。

従来、地磁気を測定して方位を検出する方位検出装置は、車載用のナビゲーションシステム等で方位情報補完手段として多用されている。これらの方位検出装置は、感度が優れていることからトロイダルコアを用いたフラックスゲート型磁気センサを用いることが一般的であり、精度の高い方位検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１の方位検出装置は、励磁コイルを巻回したＺ方向の軸心を有するトロイダルコアに対して、Ｘ方向の軸心を有するＸ方向検出コイルとＹ方向の軸心を有するＹ方向検出コイルを備えたフラックスゲート型磁気センサであり、検出コイルからの検出信号に対して、方位の範囲（南又は北など）に対応して異なるゲインを設定出来るゲイン設定回路を有することを特徴としている。このため、トロイダルコアの断面積にバラツキがあり検出信号が方位に対して誤差を持ったとしても、ゲイン設定回路で補正できるので、精度の高い方位検出を実現することが出来る。

しかし、上記提案の方位検出装置では、トロイダルコア、及び該トロイダルコアを囲む２つの検出コイルを有しているので、装置の小型化が困難であり、特に近年需要が急増している携帯型情報機器への組み込みには不向きである。また、ゲイン設定回路が付加されるために、信号処理回路が複雑で電装面積の増大やコストアップが懸念される。

このため、上記方位検出装置を改良して小型化を計った技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。この特許文献２の地磁気センサは、磁気検出部が複数の基板層を一体化して形成され、Ｘ及びＹの検出コイルとアモルファスによって成るトロイダルコアを巻回する励磁コイルを前記基板層の基板パターンによって構成している。また、信号処理回路は、第１のアナログスイッチ、第２のアナログスイッチ、第１のアナログスイッチの出力を積分する第１の積分回路、第２のアナログスイッチの出力を積分する第２の積分回路、第１の積分回路と第２の積分回路の出力を差分する差動増幅器、差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等で構成される。この地磁気センサによれば、トロイダルコアを巻回する励磁コイルとＸ及びＹの２つの検出コイルが積層された基板によって形成されるので、小型化が比較的容易であり携帯型情報機器等への応用も可能となった。

特開平６−５０７５７号公報（特許請求の範囲、第１図及び第３図） 特開２００２−２４３８１８号公報（特許請求の範囲、第１図）

しかしながら、上記提案の地磁気センサは円形のトロイダルコアを採用しているので小型化には限界がある。また、トロイダルコアはアモルファスを材料としているが、アモルファスは保磁力が大きいために着磁し易く、ヒステリシスにより計測値に誤差を生じやすいと言う欠点がある。また、検出回路にアナログスイッチや差動増幅器が必要であり、回路構成が複雑でコストアップの要因となっている。更には、トロイダルコアを磁気飽和させるためには数十ｍＡの駆動電流が必要であり、消費電力の面からも携帯型電子機器への組み込みには問題がある。特に、今後需要が伸びると予想されるＧＰＳ機能付き携帯電話等のヘディングアップ表示機能を実現するための地磁気検出装置としては、更なる小型化と低消費電力化の要求が高まっている。

本発明の目的は上記課題を解決し、携帯電話等の携帯型情報機器組込用途として、超小型、低消費電力、高い検出精度を有する磁気方位検出装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の磁気方位検出装置は、下記記載の構成を採用する。

本発明の磁気方位検出装置は、略四角形状の絶縁性基板上に、複数の磁気センサ素子と、該磁気センサ素子に駆動信号を供給し該磁気センサ素子からの磁気検出信号を入力して磁気の強さに応じた磁気情報を出力する半導体とを配置し、前記複数の磁気センサ素子と前記半導体を封止部材によって封止し一体化したことを特徴とする。

本発明の磁気方位検出装置により、磁気センサ素子と該磁気センサ素子を駆動し磁気情報を得る半導体とを一体化出来るので、極めて小型な磁気方位検出装置を実現することが出来る。

また、略四角形状の絶縁性基板上に、複数の磁気センサ素子と、該磁気センサ素子に駆動信号を供給し該磁気センサ素子からの磁気検出信号を入力して磁気の強さに応じた磁気情報を出力する半導体と、該半導体からの磁気情報を入力して方位を算出する演算手段とを配置し、前記複数の磁気センサ素子と前記半導体と前記演算手段とを封止部材によって封止し一体化したことを特徴とする。

これにより、磁気情報を入力して方位を算出する演算手段を組み込み一体化されるので、デジタル化された方位情報を直接得ることが出来、磁気方位検出装置を組み込む携帯型情報機器の処理負荷が軽減され、処理能力が優れた情報機器を実現することが出来る。

また、前記磁気センサ素子は、前記絶縁性基板のＸ方向とＹ方向に配置され、それぞれＸ方向とＹ方向の地磁気を検出することを特徴とする。

これにより、それぞれの磁気センサ素子がＸ方向とＹ方向に配置され、２軸によって地磁気を検出するので、高精度な方位検出が可能となる。

また、前記磁気センサ素子は、軟質磁性材料をコアとするフラックスゲート型の磁気センサ素子であることを特徴とする。

これにより、小型、高感度、低消費電力の磁気方位検出装置を実現することが出来る。

また、前記絶縁性基板は、複数のスルホールと、該スルホールと電気的に接続された端子電極を有し、該端子電極を介して外部基板と表面実装により電気的機械的に結合すること特徴とする。

これにより、組み込まれる携帯型情報機器の基板に表面実装で固着できるので、実装面積が小さく実装コストも安い磁気方位検出装置を提供できる。

また、前記絶縁性基板は、薄板形状の集合基板上に多数個形成され、前記スルホールに沿ってダイシング加工することにより分離し単体化されることを特徴とする。

これにより、絶縁性基板が多数個形成された集合基板に、一括して磁気センサ素子や半導体を実装し、その後、スルホールに沿ってダイシング加工で絶縁性基板を分離し単体化出来るので、量産性に優れ品質の安定した磁気方位検出装置を提供できる。

上記の如く本発明によれば、Ｘ方向とＹ方向に配置される磁気センサ素子と、該磁気センサ素子を駆動し磁気情報を得る半導体とが一体化されるので、小型で高性能な磁気方位検出装置を実現することが出来る。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の実施例１の磁気方位検出装置の構成図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は下面図である。図２は本発明の実施例１の磁気方位検出装置の回路ブロック図である。図３は本発明の磁気方位検出装置の出力特性を示し、図３（ａ）は磁気方位検出装置の出力特性測定の説明図であり、図３（ｂ）は磁気方位検出装置の出力特性グラフである。図４は本発明の実施例２の磁気方位検出装置の構成図と実装図であり、図４（ａ）は実施例２の上面図、図４（ｂ）は実施例２の側面図、図４（ｃ）は実装形態を示す側面図である。図５は本発明の実施例２の磁気方位検出装置の回路ブロック図である。図６は本発明の実施例２の方位情報算出手順を示したフローチャートである。図７は集合基板による本発明の磁気方位検出装置の製造方法の概略図であり、図７（ａ）は集合基板の製造工程と実装工程を示し、図７（ｂ）は集合基板のダイシング加工工程を示し、図７（ｃ）は回路基板の完成形態を示す。

実施例１としての本発明の磁気方位検出装置の構成を図１に基づいて説明する。図１に於いて、１は本発明の磁気方位検出装置である。２は略四角形状の絶縁性基板としての回路基板であり、耐熱ガラスエポキシ基板やセラミック基板等を材料として厚みは０．３ｍｍ程度が好ましい。２ａ〜２ｆは回路基板２の周囲に配置されるスルホールであり、端子電極としての上面電極３ａ〜３ｆと下面電極４ａ〜４ｆをそれぞれ電気的に接続する。磁気方位検出装置１を携帯電話等に組み込むに於いて、この下面電極４ａ〜４ｆを用いて半田等により表面実装することが出来る。尚、スルホール２ａ〜２ｆ、上面電極３ａ〜３ｆ、下面電極４ａ〜４ｆの個数は本実施例に於いては６個あるが、この個数に限定されず、仕様に応じて増減して良い。

５ａと５ｂは、フラックスゲート型の磁気センサ素子であり、軟質磁性材料であるパーマロイ箔をコアとして巻線を巻回した構造によって成る。尚、該磁気センサ素子５ａ、５ｂは、本出願人が特願２００２−３４７８８６号で提案した磁気センサ素子を使用している。ここで、磁気センサ素子５ａは、回路基板２の平面のＸ方向（すなわち長手方向）に半田（図示せず）等によって実装され、磁気センサ素子５ｂは、回路基板２の平面で磁気センサ素子５ａの実装方向であるＸ方向に対して９０度回転したＹ方向に半田（図示せず）等によって実装される。６は半導体としての駆動検出ＩＣであり、回路基板２に導電ペースト（図示せず）等によって実装される。尚、駆動検出ＩＣ６の内部構造の詳細は後述する。７は回路基板２上に形成される複数のＩＣ接続電極であり、ワイヤ８によって駆動検出ＩＣ６の電極と電気的に接続される。また、該駆動検出ＩＣ６の実装は前記ワイヤ８によるワイヤボンディング実装に限定されず、例えば、半田ボール等によるフリップチップ実装でも良い。９は絶縁性樹脂等によって成る封止部材であり、磁気センサ素子５ａ、５ｂと駆動検出ＩＣ６とワイヤ８等を封止し、機械的に保護する。

尚、図１（ａ）の正面図に於いて、回路基板２上には、銅箔等によって成る配線パターンが回路形成されるが省略している。また、前述した如く、図１（ａ）に於いて磁気センサ素子５ａ、５ｂ、駆動検出ＩＣ６等は、実際には封止部材９によって封止されているため見ることは出来ないが、ここでは説明の便宜上、封止部材９が透明であるとして図示している。また、図１（ｂ）の側面図に於いて、磁気センサ素子５ａは図示していない。以上のように、二つの磁気センサ素子５ａ，５ｂと駆動検出ＩＣ６は、回路基板２上に共に実装され、封止部材９によって封止され一体化される。尚、封止部材９は、絶縁性樹脂等が好ましいが、これに限定されず、非磁性体のケース等で覆っても良い。

次に図２に基づいて本発明の磁気方位検出装置の回路構成を説明する。図２に於いて、大きな破線で囲まれたブロックが磁気方位検出装置１であり、その内部で破線に囲まれたブロックが駆動検出ＩＣ６である。磁気センサ素子５ａの一端は駆動信号Ｐ１ａによって駆動検出ＩＣ６に接続され、磁気センサ素子５ｂの一端は駆動信号Ｐ２ａによって駆動検出ＩＣ６に接続される。磁気センサ素子５ａ、５ｂの他端は、それぞれマイナス電源Ｖｓｓに接続される。１１は駆動検出ＩＣ６に内蔵される駆動回路であり、前記駆動信号Ｐ１ａとＰ２ａを出力して磁気センサ素子５ａと５ｂを駆動する。１２は検出回路であり、磁気センサ素子５ａ、５ｂからの磁気検出信号Ｐ１ｂとＰ２ｂを入力して磁気信号Ｐ３を出力する。尚、駆動信号Ｐ１ａと磁気検出信号Ｐ１ｂは電気的に接続されており、同じく、駆動信号Ｐ２ａと磁気検出信号Ｐ２ｂも電気的に接続されている。

１３は平滑回路であり、磁気信号Ｐ３を入力してアナログ出力である磁気情報としての出力信号ＯＵＴを出力する。尚、平滑回路１３には、平滑用のコンデンサ（図示せず）が必要であるが、このコンデンサは駆動検出ＩＣの外に配置することが好ましい。１４は制御回路であり、外部から選択信号ＣＳと制御信号Ｘ／Ｙを入力し、検出回路１２の入力を切り替える切替信号Ｐ４を検出回路１２に出力する。１５は電源回路であり、外部からプラス電源Ｖｄｄとマイナス電源Ｖｓｓを入力し、図示しないが各回路ブロックへ必要な電源を供給する。尚、外部に接続される出力信号ＯＵＴ、選択信号ＣＳ、制御信号Ｘ／Ｙ、プラス電源Ｖｄｄ、マイナス電源Ｖｓｓは、図１で示した端子電極としての下面電極４ａ〜４ｆの何れかに接続されるが、その接続の組み合わせは回路基板２の配線パターンによって、任意に決定することが出来る。

次に磁気方位検出装置１の動作を図２と図３に基づいて説明する。図２に於いて、電源回路１５にプラス電源Ｖｄｄとマイナス電源Ｖｓｓによって電力が供給されると、電源回路１５は、図示しないが電源ラインを介して各回路ブロックに必要な電源電圧を供給する。駆動回路１１は、電源回路１５から電源供給を受けると動作を開始し、磁気センサ素子５ａ、５ｂに対して駆動信号Ｐ１ａ、Ｐ２ａをそれぞれ出力する。ここで、駆動信号Ｐ１ａ、Ｐ２ａは三角波交流信号であり、磁気センサ素子５ａ、５ｂは、該三角波交流信号を入力して測定磁界方向（すなわち長手方向）に三角波状の磁界を重畳させる。この結果、磁気センサ素子５ａ、５ｂの端子に接続される磁気検出信号Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂは、外部からの磁界（すなわち地磁気）に応じて信号レベルが変化する。

検出回路１２は、Ｘ方向の磁気検出信号Ｐ１ｂとＹ方向の磁気検出信号Ｐ２ｂとをそれぞれ入力し、信号レベルの変化を検出して地磁気の強さに応じてデューティが変化するデジタル化された矩形波信号である磁気信号Ｐ３を出力する。制御回路１４は、選択信号ＣＳがアクティブとなることにより、制御信号Ｘ／Ｙに応じて切替信号Ｐ４を出力する。この結果、検出回路１２は、制御回路１４からの切替信号Ｐ４に応じて内部で二つの磁気検出信号Ｐ１ｂとＰ２ｂを切り替え、時分割的にあるタイミングではＸ方向の磁気検出信号Ｐ１ｂを入力してＸ方向の磁気信号Ｐ３を出力し、次のタイミングではＹ方向の磁気検出信号Ｐ２ｂを入力してＹ方向の磁気信号Ｐ３を出力する。平滑回路１３は、矩形波信号である磁気信号Ｐ３を入力し、内部で平滑して直流電圧に変換し、検出した地磁気の大きさに応じて変化する出力信号ＯＵＴを出力する。

次に、磁気方位検出装置１の出力特性について図３に基づき説明する。図３（ａ）に於いて、磁気方位検出装置１のＸ方向を地磁気Ａに対して０度（すなわち略北の方向）に固定する。次に前述した如く、磁気方位検出装置１に対して電源供給を行い、選択信号ＣＳをアクティブとして制御信号Ｘ／Ｙによって、Ｘ方向とＹ方向の地磁気を測定する。ここで、Ｘ方向に配置される磁気センサ素子５ａは、地磁気Ａに対して０度の位置にあるので地磁気に対する感度は最大となり、この位置に於けるＸ方向の出力信号ＯＵＴは最大レベルとなる。また、Ｙ方向に配置される磁気センサ素子５ｂは、地磁気Ａに対して９０度の位置にあるので地磁気に対する感度は最小となり、この位置に於けるＹ方向の出力信号ＯＵＴは最小レベルとなる。

次に、図３（ａ）に於いて磁気方位検出装置１を矢印Ｂの方向に９０度回転させると、Ｘ方向に配置される磁気センサ素子５ａは、地磁気Ａに対して９０度の位置になるので地磁気に対する感度は最小となり、この位置に於けるＸ方向の出力信号ＯＵＴは最小レベルとなる。また、Ｙ方向に配置される磁気センサ素子５ｂは、地磁気Ａに対して０度の位置になるので地磁気に対する感度は最大となり、この位置に於けるＹ方向の出力信号ＯＵＴは最大レベルとなる。図３（ｂ）は、磁気方位検出装置１を地磁気Ａに対して０度から連続的に矢印Ｂの方向に回転させ、磁気センサ素子５ａ、５ｂのそれぞれの出力信号ＯＵＴを回転角に対してプロットしたグラフである。図３（ｂ）に於いて、Ｘ軸は磁気方位検出装置１の地磁気Ａに対する回転角度を示し、Ｙ軸は出力信号ＯＵＴの相対的な出力レベルを示している。

ここで、Ｘ方向に配置される磁気センサ素子５ａが検出するＸ方向の出力信号ＯＵＴに着目すると、前述した如く、地磁気Ａに対して０度ではプラスの最大値となり、９０度では最小値の零となる。また更に矢印Ｂの方向に回転させ地磁気Ａに対して１８０度の位置では、磁気センサ素子５ａに対して地磁気Ａの方向が０度の位置と正反対となるので出力信号ＯＵＴは、マイナスで最大値となる。更に矢印Ｂの方向に回転させて２７０度の位置では、磁気センサ素子５ａは地磁気Ａに対して再び９０度の位置となるので出力信号ＯＵＴは最小値の零となる。また更に回転させて３６０度の位置では、初期の回転角０度と等しく出力信号ＯＵＴはプラスの最大値となる。

また、Ｙ方向に配置される磁気センサ素子５ｂが検出するＹ方向の出力信号ＯＵＴに着目すると、前述した如く、地磁気Ａに対して０度では最小値の零となり、９０度ではプラスの最大値となる。また更に矢印Ｂの方向に回転させ地磁気Ａに対して１８０度の位置では、再び出力信号ＯＵＴは最小値の零となる。更に矢印Ｂの方向に回転させると２７０度の位置では、磁気センサ素子５ｂに対して地磁気Ａの方向が９０度の位置と正反対になるので出力信号ＯＵＴはマイナスで最大値となる。また更に回転して３６０度の位置では、初期の回転角０度と等しく出力信号ＯＵＴは最小値の零となる。

尚、実際の出力電圧ＯＵＴは、組み込まれる携帯機器等の内部にある保持磁界による影響を常に受けるので、あらかじめキャリブレーションを実行して周囲の保持磁界によるオフセット値をキャンセルする必要がある。また、出力信号ＯＵＴの最大値は、検出する地磁気の水平成分に依存するが、図３（ｂ）に於いては、プラス方向とマイナス方向の最大値を共にプラス１、マイナス１とする相対値として示している。このように、磁気方位検出装置１のＸ方向の出力信号ＯＵＴとＹ方向の出力信号ＯＵＴの値を知ることによって、磁気方位検出装置１の地磁気Ａに対する回転角度を知ることが出来るので、結果として、地磁気Ａを基準とした方位を得ることが出来る。

以上のように、本発明の磁気方位検出装置によれば、Ｘ方向とＹ方向に配置される磁気センサ素子５ａ、５ｂと、この磁気センサ素子を駆動し磁気検出する駆動検出ＩＣ６を回路基板２に実装し一体化することが出来る。また、前述した如く、本出願人が特願２００２−３４７８８６号で提案した磁気センサ素子の外形サイズは、長手方向が３ｍｍ、幅が０．３ｍｍ、厚さが０．４ｍｍと非常に小型であるので、上記提案の磁気センサ素子５ａ、５ｂを使用することにより、本発明の磁気方位検出装置の外形サイズは４．５ｍｍ×４ｍｍ、高さ１ｍｍ以下を実現することが出来る。また、該磁気センサ素子５ａ、５ｂは、長手方向が２ｍｍ、幅が０．３ｍｍ、厚さが０．４ｍｍ程度まで更に小型化することが可能であり、この場合には、磁気方位検出装置の外形サイズは、３ｍｍ×３ｍｍ、高さ１ｍｍ以下を実現することも十分可能である。また、該磁気センサ素子５ａ、５ｂは体積の小さなパーマロイ箔を用いる等のために、わずかな駆動電流で磁気飽和させることが出来、きわめて小さな消費電力で地磁気を高感度に検出することが出来る。また、パーマロイは保持力が小さいために着磁による誤差が少なく、微弱な地磁気を高精度に検出することが可能である。よって、ＧＰＳ機能付き携帯電話等への組込を容易に行うことが出来、ヘディングアップ表示機能等を実現するための磁気方位検出装置として最適である。

次に、実施例２としての本発明の磁気方位検出装置の構成を図４に基づいて説明する。実施例２は方位を算出する演算手段を組み込み一体化した構成である。尚、実施例１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。図４（ａ）と図４（ｂ）に於いて、２０は本発明の実施例２の磁気方位検出装置である。磁気センサ素子５ａは実施例１と同様に、回路基板２の平面のＸ方向（すなわち長手方向）に半田（図示せず）等によって実装され、磁気センサ素子５ｂは、回路基板２の平面で磁気センサ素子５ａの実装方向であるＸ方向に対して９０度回転したＹ方向に半田（図示せず）等によって実装される。２１は演算手段としての小規模なマイクロコンピュータ（以後マイコンと略す）であり、回路基板２にフェースダウン実装される。尚、フェースダウン実装は実装面積の縮小に効果的であるが、この実装方式に限定されるものではない。よってマイコン２１は、磁気センサ素子５ａ、５ｂ及び、駆動検出ＩＣ６と共に回路基板２に実装され、封止部材９によって封止され一体化される。尚、側面図である図４（ｂ）に於いて、磁気センサ素子５ａは図示していない。また、磁気方位検出装置２０の下面部は、図１（ｃ）で示す実施例１の磁気方位検出装置１と同等であるので省略する。尚、スルホール２ａ〜２ｆ、端子電極としての上面電極３ａ〜３ｆ等の個数は本実施例に於いては６個あるが、これに限定されない。

次に、磁気方位検出装置２０の実装形態を図４（ｃ）に基づいて説明する。２５は携帯電話等の携帯情報機器に内蔵される外部基板としてのメイン基板であり、２６はメイン基板２５の表面に形成される銅箔等によって成る導電パターンである。ここで、磁気方位検出装置２０をメイン基板２５に実装するに於いて、導電パターン２６に半田ペースト２７を塗布し、磁気方位検出装置２０を導電パターン２６に合わせて配置し、リフロー炉等によって磁気方位検出装置２０をメイン基板２５に表面実装する。この結果、導電パターン２６と磁気方位検出装置２０の下面に配置される下面電極４ａ〜４ｆ（図１参照）が半田ペースト２７によって固着され、電気的機械的に結合される。尚、図４（ｃ）では、実施例２についての実装形態を示しているが、実施例１に於いても実装形態は同様である。

以上のように、磁気方位検出装置２０は、回路基板２上に、磁気センサ素子５ａ、５ｂと、駆動検出ＩＣ６と、マイコン２１が実装され、封止部材９によって封止され一体化される。また、磁気方位検出装置２０は、携帯電話等の携帯情報機器の基板に対して表面実装によって効率よく実装され組み込まれる。

次に図５に基づいて本発明の磁気方位検出装置の回路構成を説明する。尚、実施例１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。図５に於いて、破線で囲まれたブロック全体が磁気方位検出装置２０である。駆動検出ＩＣ６は、駆動信号Ｐ１ａ、Ｐ２ａを出力し、磁気センサ素子５ａ、５ｂを駆動する。また、駆動検出ＩＣ６は出力信号ＯＵＴを出力し、選択信号ＣＳと制御信号Ｘ／Ｙを入力する。マイコン２１は、図示しないが内部にＡ／Ｄ変換器、演算回路、記憶回路等を有し、外部からの命令信号Ｐ１０、Ｐ１１を入力して、選択信号ＣＳと制御信号Ｘ／Ｙを出力する。

また、マイコン２１は駆動検出ＩＣ６からの磁気情報としての出力信号ＯＵＴを入力して方位を算出し、デジタル化されたシリアル信号である方位データＰ１２を外部に出力する。プラス電源Ｖｄｄとマイナス電源Ｖｓｓは、それぞれ駆動検出ＩＣ６とマイコン２１に接続され、電源供給を行う。尚、外部と接続される命令信号Ｐ１０、Ｐ１１、方位データＰ１２、プラス電源Ｖｄｄ、マイナス電源Ｖｓｓは、図１で示した端子電極としての下面電極４ａ〜４ｆの何れかに接続されるが、その接続の組み合わせは回路基板２の配線パターンによって、任意に決定することが出来る。

次に磁気方位検出装置２０の動作を、図５とマイコン２１による方位算出手順を示したフローチャートである図６に基づいて説明する。尚、実施例１と重複する説明は一部省略する。プラス電源Ｖｄｄとマイナス電源Ｖｓｓによって電力が供給されると、マイコン２１は内部で初期化処理を実行し、選択信号ＣＳを非アクティブ状態として駆動検出ＩＣ６をスタンバイモードとする（フローＳＴ１）。次に、マイコン２１は、命令信号Ｐ１０、Ｐ１１によって方位測定命令を受けると選択信号ＣＳをアクティブとし、制御信号Ｘ／Ｙを出力する。駆動検出ＩＣ６は選択信号ＣＳによって磁気測定モードとなり、制御信号Ｘ／Ｙによって駆動信号Ｐ１ａを出力し、Ｘ方向の磁気センサ素子５ａが駆動される（フローＳＴ２）。

次に、駆動検出ＩＣ６は、駆動されている磁気センサ素子５ａから磁気検出信号を検出し、Ｘ方向の磁気を表す出力信号ＯＵＴを出力する（フローＳＴ３）。次に、マイコン２１は、出力信号ＯＵＴを入力して内部でＡ／Ｄ変換を実行し、デジタル値としてのＸデータを内部の記憶回路に記憶する（フローＳＴ４）。次に、マイコン２１は制御信号Ｘ／Ｙを切り替え、駆動検出ＩＣ６は制御信号Ｘ／Ｙによって駆動信号Ｐ２ａを出力し、Ｙ方向の磁気センサ素子５ｂが駆動される（フローＳＴ５）。次に、駆動検出ＩＣ６は、駆動されている磁気センサ素子５ｂから磁気検出信号を検出し、Ｙ方向の磁気を表す出力信号ＯＵＴを出力する（フローＳＴ６）。次に、マイコン２１は、出力信号ＯＵＴを入力して内部でＡ／Ｄ変換を実行し、デジタル値としてのＹデータを内部の記憶回路に記憶する（フローＳＴ７）。

次に、マイコン２１は、記憶したＸデータとＹデータに対して、磁気方位検出装置が組み込まれている携帯電話等の内部にある保持磁界によるオフセット値を差し引き、保持磁界等による誤差成分をキャンセルする（フローＳＴ８）。尚、オフセット値は、あらかじめ磁気センサ素子５ａ、５ｂのキャリブレーションを実行し、マイコン２１の内部で算出し記憶させると良い。次に、マイコン２１は、フローＳＴ８で誤差成分をキャンセルしたＸデータとＹデータより、Ａｒｃｔａｎ（Ｙ／Ｘ）を算出し、デジタル値としての方位データＰ１２を得る（フローＳＴ９）。尚、上記の演算処理によって方位データＰ１２を算出するのではなく、マイコン２１の内部に、ＸデータとＹデータの値から角度に変換するテーブルをあらかじめ記憶させ、該テーブルを参照して方位データＰ１２を得ても良い。また、本発明の実施例２に於いては、マイコン２１の内部でパラレルシリアル変換を行い、シリアルデータとして方位データＰ１２を出力するが、この出力方式には限定されない。すなわち、磁気方位検出装置２０からの外部への端子電極を増やし、４ビット等のパラレルデータとして出力しても良い。

以上のように、本発明の実施例２の磁気方位検出装置２０は、Ｘ方向磁気情報とＹ方向磁気情報を入力して方位を算出するマイコン２１を組み込み一体化されるので、磁気方位検出装置２０からデジタル化された方位データを直接出力することが出来る。この結果、磁気方位検出装置２０を組み込む携帯電話等の携帯型情報機器は、内部の演算手段によって方位データを算出する必要がないので、携帯型情報機器のシステムとしての処理負荷が軽減され、システム全体として処理能力に優れた情報機器を提供することが出来る。また、システムとしての処理負荷が軽減されるので、処理能力の低い演算手段を選択することも可能となり、電池寿命が長くコストパフォーマンスに優れた携帯型情報機器の実現に役立つ。

尚、本発明の実施例１と実施例２は、共に磁気センサ素子をＸ方向とＹ方向に配置する２軸タイプとしたが、更に、磁気センサ素子をＺ方向に追加して３軸タイプの磁気方位検出装置としても良い。これにより、Ｚ方向の磁気センサ素子からの磁気データにより、水平方向の傾きを検出し、更に高精度な方位データを得ることが可能となる。また、本発明の実施例２は、駆動検出ＩＣ６とマイコン２１を個別部品としたが、この構成に限定されず、駆動検出ＩＣ６とマイコン２１をワンチップＩＣとして構成しても良い。また、マイコン２１は、内部に記憶されたファームウエアで演算処理等を実行するが、この構成に限定されず、マイコン２１に替わってカスタムＩＣ等によるハードウエアで構成しても良い。

次に、実施例３としての本発明の磁気方位検出装置の製造方法の概略を図７に基づいて説明する。図７（ａ）に於いて、３０はＢＴレジン等を材料とした薄板状の集合基板である。３１は複数のスルホールであり、集合基板３０上に一定間隔でＸ方向とＹ方向に形成される。また、集合基板３０の表面には図示しないがエッチング加工によって配線パターンが回路形成される。次に、完成した集合基板３０に、実施例１及び２で示した磁気センサ素子５ａ、５ｂ、駆動検出ＩＣ６等の電子部品が表面実装によって固着される。

次に、電子部品が実装された集合基板３０に対して、ダイシング加工が実施される。すなわち、図７（ｂ）に於いて、ダイシングライン３２はＸ方向に形成される複数のスルホール３１の中心に沿ったラインであり、該ダイシングライン３２を基準としてＸ方向にダイシング加工が実施される。また、ダイシングライン３３はＹ方向に形成される複数のスルホール３１の中心に沿ったラインであり、該ダイシングライン３３を基準としてＹ方向にダイシング加工が実施される。

次に図７（ｃ）に於いてダイシング加工後を示し、図示する如く、磁気センサ素子５ａ、５ｂや駆動検出ＩＣ６等の電子部品を実装された多数の回路基板２が完成する。ここで、回路基板２の上面に封止部材９（図１及び図４参照）を充填し封止すれば、本発明の磁気方位検出装置が完成する。尚、封止部材９は、ダイシング加工前に充填しても良い。また、実施例３に於ける集合基板３０は、回路基板２を４個形成する大きさであるが、この形態に限定されるものではなく、更に多数の回路基板２を形成するために大きなサイズの集合基板を用いて良い。以上のように、集合基板にスルホールを形成し、該スルホールに沿ってダイシング加工することにより、多数の回路基板を完成することが出来るので、量産性に優れ品質の安定した磁気方位検出装置を提供することが出来る。

本発明の実施例１の磁気方位検出装置の構成図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は下面図である。 本発明の実施例１の磁気方位検出装置の回路ブロック図である。 本発明の磁気方位検出装置の出力特性を示し、図３（ａ）は磁気方位検出装置の出力特性測定の説明図であり、図３（ｂ）は磁気方位検出装置の出力特性グラフである。 本発明の実施例２の磁気方位検出装置の構成図と実装図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は実装形態を示す側面図である。 本発明の実施例２の磁気方位検出装置の回路ブロック図である。 本発明の実施例２の方位データ算出手順を示したフローチャートである。 本発明の実施例３の集合基板による磁気方位検出装置の製造方法の概略図であり、図７（ａ）は集合基板の製造工程と実装工程を示し、図７（ｂ）は集合基板のダイシング加工工程を示し、図７（ｃ）は回路基板の完成形態を示す。

符号の説明

１、２０ 磁気方位検出装置
２ 回路基板
２ａ〜２ｆ、３１ スルホール
３ａ〜３ｆ 上面電極
４ａ〜４ｆ 下面電極
５ａ、５ｂ 磁気センサ素子
６ 駆動検出ＩＣ
７ ＩＣ接続電極
８ ワイヤ
９ 封止部材
１１ 駆動回路
１２ 検出回路
１３ 平滑回路
１４ 制御回路
１５ 電源回路
２１ マイコン
２５ メイン基板
２６ 導電パターン
２７ 半田ペースト
３０ 集合基板
３２、３３ ダイシングライン
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ 駆動信号
Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ 磁気検出信号
Ｐ３ 磁気信号
Ｐ４ 切替信号
Ｐ１０、Ｐ１１ 命令信号
Ｐ１２ 方位データ
ＣＳ 選択信号
ＯＵＴ 出力信号
Ｘ／Ｙ 制御信号
Ｖｄｄ プラス電源
Ｖｓｓ マイナス電源

Claims (6)

1. 略四角形状の絶縁性基板上に、複数の磁気センサ素子と、該磁気センサ素子に駆動信号を供給し該磁気センサ素子からの磁気検出信号を入力して磁気の強さに応じた磁気情報を出力する半導体とを配置し、前記複数の磁気センサ素子と前記半導体を封止部材によって封止し一体化したことを特徴とする磁気方位検出装置。
2. 略四角形状の絶縁性基板上に、複数の磁気センサ素子と、該磁気センサ素子に駆動信号を供給し該磁気センサ素子からの磁気検出信号を入力して磁気の強さに応じた磁気情報を出力する半導体と、該半導体からの磁気情報を入力して方位を算出する演算手段とを配置し、前記複数の磁気センサ素子と前記半導体と前記演算手段とを封止部材によって封止し一体化したことを特徴とする磁気方位検出装置。
3. 前記複数の磁気センサ素子は、前記絶縁性基板のＸ方向とＹ方向に配置され、それぞれＸ方向とＹ方向の地磁気を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の磁気方位検出装置。
4. 前記磁気センサ素子は、軟質磁性材料をコアとするフラックスゲート型の磁気センサ素子であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の磁気方位検出装置。
5. 前記絶縁性基板は、複数のスルホールと、該スルホールと電気的に接続された端子電極を有し、該端子電極を介して外部基板と表面実装により電気的機械的に結合すること特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の磁気方位検出装置。
6. 前記絶縁性基板は、薄板形状の集合基板上に多数個形成され、前記スルホールに沿ってダイシング加工することにより分離し単体化されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の磁気方位検出装置。
   

Images