JP2007225421A - 磁気センサ、その製造方法、回転検出装置及び位置検出装置 - Google Patents

磁気センサ、その製造方法、回転検出装置及び位置検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】異方性磁気抵抗素子をＩＣ基板上に薄膜形成した磁気センサにおいて、垂直方向と水平方向の印加磁界を検出でき、磁界の印加方向に対する検出感度の調整が可能であり、かつ、印加方向とは異なる他方向から磁界が印加された条件下での感磁界特性への影響を抑制できる１チップ構成の磁気センサ等を提供する。
【解決手段】
磁気センサは、基板上に磁気抵抗素子１１〜１４を薄膜形成し比較増幅機能を有する電気回路を備えた半導体基板６７と、半導体基板６７を実装するリードフレーム６０と、半導体基板６７と接続されるリードフレーム６１及び６２とをパッケージ６６内に収容する。リードフレーム６０は、屈曲加工により半導体取付面がパッケージ表面に対して傾斜のある構造を有し、半導体基板６７は該取付面に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ、その製造方法、回転検出装置及び位置検出装置に関し、特に物体の回転検出や位置検出を行う装置等に組み込まれて磁界を検出する磁気センサするものである。
従来、磁気センサには、ホール効果を用いたホールセンサ、巨大磁気抵抗効果を用いたＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance）センサ、異方性磁気抵抗効果を用いたＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance）センサ等があり、物体の回転検出や位置検出に利用されている。ホール効果は、電流の流れている板に対して垂直に磁界を印可すると、両者に垂直な方向に起電力が生じる現象である。したがって、ホールセンサは、原理上、基板（薄膜）に平行な方向の磁界を感知することはできない。
ＧＭＲ効果は、強磁性体／非磁性体／強磁性体の三層構造からなる薄膜に電流を流すとき、両強磁性体の磁化の相対角に対応して非磁性体に流れる電子の散乱確率が変化し、そのために抵抗が変化する現象である。また、ＡＭＲ効果は、磁性膜の磁化方向と膜に流す電流方向の角度に応じて抵抗が変化する現象である。磁性膜にはＮｉやＦｅ等を用いる。外部磁界に対する抵抗変化率はＧＭＲ膜ほど大きくないが、磁性膜は単層膜であり、ＧＭＲ膜のような多層構造は不要である。
ＧＭＲとＡＭＲの違いとして、ＧＭＲは（１）磁気抵抗比が桁違いに大きく（２）抵抗測定の際の電流と磁界の相対角度に依存せず（３）層構造が複雑であり、他の効果と同様に磁気を検出目的としているものの、構造、作用としては全く別なものである。
この種の強磁性体金属からなる磁気抵抗素子を用いる磁気センサは、強磁性体の有する磁気抵抗効果、すなわち磁界の印可に伴う電子分布の歪みをエネルギー的に安定化させ補う方向で発生する電子の変化から生じる電気抵抗の変化を利用したセンサであり、印可する磁界方向と磁気抵抗素子に流れる電流方向のなす角度を９０°とした折り返し構造の磁気抵抗素子と、印可する磁界方向と磁気抵抗素子に流れる電流方向のなす角度を０°とした折り返し構造の磁気抵抗素子とを直列に接続して、その接続点をコンパレータ回路の入力に接続することで、直列抵抗構造の中点の差電圧を識別し、増幅して磁気の検知を行っている。
また、当該磁気センサは、印加磁界の水平方向成分を受け、ＩＣ基板上に薄膜形成した磁気抵抗体の抵抗値の変化を検出することでセンサを構築しており、基板に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）から印加される外部磁界に対しては反応しない。また、配置方向の異なる４つの抵抗素子をブリッジ上に形成し、その電位差にて磁界検出を行っており、印加磁界の方向（Ｘ−Ｙ軸方向）により感磁界特性は影響する。
ここで磁気抵抗素子に流れる電流方向に対して９０°の向きから印可させる磁界を動作磁界、逆に電流と同一方向の角度を０°とする向きから印可させる磁界をキャンセル磁界と定義し、 図５及び図６を用いて基本動作を簡単に説明する。
図５は、従来の磁気センサにおける基本的な回路構成図である。磁気抵抗素子部１０には磁気抵抗素子１１〜１４がブリッジ形成され、ＩＣ回路波形処理部２０にはコンパレータ２１及び帰還抵抗２２が比較増幅機能を有するように配置されている。
図６は磁気抵抗素子部１０の形状図である。磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３は、縦方向の格子状で１本につながった折り返し構造を有して基板上に薄膜形成されている。また、磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１４は、横方向の格子状で１本につながった折り返し構造を有してＩＣ基板上に薄膜形成されている。４つの磁気抵抗素子は、異なる方向の格子状のもの同士が接続されてブリッジを形成している。
ここで磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３が動作磁界に反応する抵抗体であり、磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１４がキャンセル磁界に反応する抵抗体である。図６の左方向から磁界が印可されると、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３の抵抗値が磁気抵抗効果により変化し、それによる磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１４の中点１６の電位が変化し、同様に磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１３の中点１７の電位が変化する。そして、中点１６及び中点１７の差電圧を使い、IＣ回路波形処理部２０のコンパレータ２１及び帰還抵抗２２にて比較増幅し、磁気変化を検出している。
従来のパッケージ構造に関して図７を参照に説明する。図７は、従来の磁気センサの概略構成図で、（ａ）が上面図、（ｂ）側面図である。半導体基板４７に配置される回路は上述した図５の回路であり、該回路は図６の磁気抵抗素子を有する。ＩＣ基板上に磁気抵抗効果素子の薄膜を形成した半導体基板４７は、リードフレーム４０に実装され、ワイヤボンディング４３〜４５にて各リードフレーム４０〜４２に接続され、リードフレーム４０〜４２は、モールド封止したパッケージ４６の外部との接続端子としている。 パッケージ４６の表面と平行に半導体基板４７は実装されている構造をとっている。
ここで、薄膜形成された磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３は、パッケージ表面に平行な横方向（Ｘ−Ｙ軸方向）の磁界、すなわちパッケージ面４６（ａ）及びパッケージ面４６（ｂ）から印加された磁界に対して反応し、パッケージ面４６（ｃ）及びパッケージ面４６（ｄ）から印加される磁界には反応しない。すなわち、水平方向の磁界に対して感知するが垂直方向の磁界に対して感知できない。
また、従来の構造による磁気センサは、パッケージ面４６（ｅ）及びパッケージ面４６（ｆ）から印加される磁界をキャンセル磁界と認識し、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１４の抵抗値が変化するため、検出をキャンセルする方向に動作する。そして、このキャンセル方向の磁界が存在する状態と存在しない状態で、動作磁界に対するセンサの検出感度は異なってくるため、従来の構成では、キャンセル磁界が存在する場合には、そのキャンセル磁界と同等の量の磁界か、あるいはそれ以上を動作磁界方向に印加しなければ、キャンセル磁界による影響を打ち消すことができない。
磁気抵抗体と印加される磁界の挿入角度との関係を参照し、挿入磁界の方向に対する抵抗変化の関係を図８及び図９を用いて説明する。図８は磁気抵抗体を正面から見た図で磁界が磁気抵抗体の表面と平行（Ｘ−Ｙ軸方向）に印加されたものを示し、図９は磁気抵抗体を上方から見た図で磁界が磁気抵抗体の表面に対して角度を有して印加されたものを示している。
従来、強磁性体による磁気抵抗体５３は、磁界５２の印加方向と磁気抵抗体５３に流れる電流の向き５１のなす挿入角５０（以下式（１）においてθ）によってその抵抗変化量が異なり、次式で表される。
ρ＝ρ０−Δρ・sin２θ・・・（１）
ρ ：磁気抵抗体５３の変化後の抵抗値
ρ０：磁気抵抗体５３の初期値
Δρ：磁気抵抗体５３の抵抗値の変化量
図８に示すように、挿入角５０であるθが９０°で印加される磁界に対しては、磁界印加による変化分がそのまま抵抗値変化として現れるが、θが０°で引火される磁界に対しては、Δρは０となり磁界印加による変化は起こらない。つまり、θが９０°の磁界印加は動作方向の磁界印加を意味し、θが０°の磁界印加はキャンセル方向の磁界印加を意味する。
次に、Ｘ−Ｙ軸の平面において挿入角５０であるθを９０°に維持しつつ、磁界５２が印加される方向が磁気抵抗体の表面に対して（Ｚ軸方向に）角度を有する場合について説明する。図９に示すように、θをＸ−Ｙ軸の平面において９０°で維持しつつ、磁気抵抗体５３がＺ軸方向に４５°傾いた場合（例として傾き５６及び傾き５４を４５°としている）、磁気抵抗体５３に対して水平となるＸ−Ｙ軸方向の磁界成分５５は、磁界５２の１／√２倍となる。また、同様に磁気抵抗体５３の上面より磁界５８を印加した場合、磁気抵抗体５３に対し水平となるＸ−Ｙ軸方向の磁界成分５７は、磁界５８の１／√２倍となる。磁気抵抗体５３は、磁界５５あるいは磁界５７から磁気を検出し、上記式（１）に基づいて動作する。
例えば、特許文献１では、ホール素子が実装される周対向モータの基板上において、ホール素子の感磁部の面が磁石から発生する主磁束と交わるように、磁石に対して傾斜を設けてホール素子を配置する技術が開示されている。これにより、磁界感知の検出が容易となり、装置の性能が向上することを効果としているが、該技術では、強磁性体の抵抗素子による構成ではなくホール素子に限定しており、かつ、感知できる方向性を拡げるのではなく単に角度を傾けることでの検出が容易になることを挙げており、他方向より磁界が印加された場合の感磁界特性への影響を抑圧する働きはない。
また、例えば特許文献２では、各種モータ近傍に配置し回転体の回転位置や回転速度を検出する磁気検出装置において、内面の凹部に窪みを形成して磁気抵抗素子の位置決めを行う技術が開示されている。当該技術では、測定の正確さを謳っており、対向する永久磁石を備えた回転体の左右回転方向を検知するために抵抗素子を傾けた事例を示しているが、本発明とは目的及び効果が異なるものである。
また、例えば特許文献３では、３次元方向から磁界を検出するために特殊なリードフレームのステージに磁気センサチップを２チップ搭載した磁気センサの製造方法が開示されている。当該製造方法は、水平方向（Ｘ−Ｙ軸方向）の磁界印加を検出する１つの磁気センサチップと、垂直方向（Ｚ軸方向）の磁気印加を検出する別の磁気センサチップとを、基板に対して傾けた状態で配置して製造を行うものである。当該技術は製造方法であり、また水平／垂直方向の磁界検出に対してそれぞれの方向に応じたセンサチップを備えている点で本発明とは異なり、さらに方位の正確な測定及び製造コスト削減を目的とする点でも本発明と異なる。
また、例えば特許文献４では、絶縁基板の表面に対して垂直方向の外部磁界を検出可能な薄膜磁気センサ及びその製造方法が開示されている。当該磁気センサは、絶縁基板の表面に凹凸部を形成し、また一対の薄膜ヨーク（ヨーク：磁気回路を構成する継鉄等の総称）を形成し、対向する薄膜ヨーク間の隙間にＧＭＲ膜を形成して構成されており、外部の水平方向の磁界を検出するセンサ部と基板上に凹凸部とを形成してＧＭＲ膜を傾けることで、垂直方向の磁界を検出するセンサ部の２つのセンサ部を設けている。当該技術は、ＧＭＲ効果を用いているため本発明と根本的に効果が異なり、また２チップ構成である点も本発明とは異なる。
実登第２５１２４３５号公報 特開平８−３３８８６３号公報 特開２００４−１２８４７４号公報 特開２００４−３５４１８２号公報
第１の問題点は、従来の構造による磁気抵抗効果を有する磁気抵抗素子による磁気センサは、水平方向の磁界印加については反応するが、垂直方向の磁界印加に対しては反応できないことである。その理由は、磁気抵抗素子の特性に起因しており、通常、ＩＣ基板上に薄膜形成する磁気抵抗体は、パッケージ側面から印加される水平の磁界にのみ反応することである 。
第２の問題点は、 連続的な折り返し構造を有する磁気抵抗体にて相反する方向に配置した（縦格子状と横格子状の磁気抵抗体を交互に接続した）従来の磁気抵抗体の形状では、外部磁界による磁化方向と磁気抵抗素子に流れる電流とのなす角度が９０°である動作方向の磁界が印加されたのとき、同時に角度０°のキャンセル方向の磁界が印加された場合には、そのキャンセル磁界と同等の量の磁界を動作方向に加えなければ、キャンセル磁界による影響を打ち消すことができないことである。
その理由は、 連続的な折り返し構造を有する磁気抵抗体にて相反する方向に配置した磁気抵抗体の形状構造から、一部の磁気抵抗体に対して印加磁界の挿入角度が０°となっても、その磁気抵抗体の一端と接続し相反する向きに配置した他の磁気抵抗体は、挿入角度が９０°となりキャンセル方向への磁界印加に対して反応してしまうことにある。これにより、磁気抵抗体を直列接続した接続点における電位は変動し、コンパレータ回路の入力電位が逆方向に変化する。動作磁界方向に印加している状態で、９０°逆向きのキャンセル方向の磁界が印加されると、動作磁界の感度特性は変化し、センサ本来の磁気感知特性が得られず、構造上これは回避できない。キャンセル磁界が印加された環境下での感知動作は、そのキャンセル磁界の影響を打ち消す方向に同等あるいはそれ以上の動作方向の磁界印加が必要になる。
そこで、本発明は、異方性磁気抵抗素子をＩＣ基板上に薄膜形成した磁気センサにおいて、垂直方向と水平方向の印加磁界を検出でき、磁界の印加方向に対する検出感度の調整が可能であり、かつ、印加方向とは異なる他方向から磁界が印加された条件下での感磁界特性への影響を抑制できる１チップ構成の磁気センサ等を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明は、異方性磁気抵抗効果を有し格子状で連続する折返し形状の磁気抵抗素子を薄膜形成した磁気抵抗素子部と、コンパレータ回路と帰還抵抗とからなり比較増幅機能を有するＩＣ回路波形処理部とを基板上に備え、前記磁気抵抗素子部と前記ＩＣ回路波形処理部とが接続された半導体基板と、前記半導体基板を実装したリードフレームとがパッケージ内に収容され、印加した磁界を検知し電気的に出力変換することで磁気検出を行う磁気センサであって、前記磁気抵抗素子部は、縦方向及び横方向の格子状の前記磁気抵抗素子がホイートストンブリッジで構成され、前記半導体基板は、前記パッケージの表面に対して角度を有して配置された前記リードフレーム上に取り付けられたことを特徴とするものである。
上述した磁気センサに係る発明は、磁気抵抗素子部とＩＣ回路波形処理部とを備えた半導体基板と、リードフレームとがパッケージ内に収容されたものである。磁気抵抗素子部には磁気抵抗素子が薄膜形成され、磁気抵抗素子は、異方性磁気抵抗効果を有し、その形状は格子状で１本の連続した折返し構造となっている。また、磁気抵抗素子は、縦方向のものと、その縦方向を９０°回転させた横方向のものとの２種類の素子を有しており、磁気抵抗素子部は、縦方向の素子と横方向の素子とを交互に接続し、４つの素子でホイートストンブリッジを構成している。ＩＣ回路波形処理部は、ホイートストンブリッジ上の縦方向の素子と横方向の素子との２つの接続点から電位差を得て、コンパレータ回路及び帰還抵抗により比較、増幅を行って磁気変化を検出する。
リードフレームは、半導体基板を実装してパッケージ内に配置されるが、パッケージ表面に対して角度を有し傾斜を設けて配置されるため、半導体基板がパッケージ表面に対して角度を有して配置されることになる。また、半導体基板自体を傾けて取り付けるものではなく、例えば半導体取付前にリードフレームに傾斜を設ける加工が施され、加工後のリードフレームに半導体基板を取り付けるものである。もちろん、半導体基板を取り付けた後にリードフレームの加工を行ってもよい。いずれにせよ、リードフレームに傾斜を設ける加工を施すことで、パッケージ表面に対する半導体基板の角度を担保し、角度の調整を行うものとしている。例えば、リードフレームを屈曲させる部分に所望の角度を見込んだＶ字型の溝を設けて屈曲加工を行うことで精度が高まる。
以上のように構成することで、まず、パッケージ表面と水平方向の印加磁界及び垂直方向の印加磁界の双方が検出可能となる。これは、垂直方向の印加磁界は半導体基板の水平方向の磁界成分に変換され、基板上の磁気抵抗素子がこの水平方向の磁界成分を検出するためである。また、磁界の印加方向に対する検出感度の調整が可能となる。これは、リードフレームに所望の角度を織り込んで屈曲加工を施すことで、実装される半導体基板に所望の角度を設けたり、角度を調整したりすることができるためである。さらに、印加方向とは異なる方向から磁界が印加された場合に与える感磁界特性への影響を抑制することが可能となる。これは、角度を設けることで、印加方向とは異なる方向からの磁界が半導体基板の水平方向の磁界成分に変換され、この水平方向の磁界成分が検出されるためで、半導体基板にとって斜め方向の異方向磁界より水平方向に変換される磁界成分の方が小さい磁力となることによる。そして、角度の調整は可能であるため、印加方向以外の磁力の方面に対応した角度を設けることで感磁界特性への影響を抑制することができる。なお、本発明は、１チップの半導体基板で以上の効果を奏する構成となっている。
また、本発明は、異方性磁気抵抗効果を有し格子状で連続する折返し形状の磁気抵抗素子を薄膜形成した磁気抵抗素子部と、コンパレータ回路と帰還抵抗とからなり比較増幅機能を有するＩＣ回路波形処理部とを基板上に備え、前記磁気抵抗素子部と前記ＩＣ回路波形処理部とが接続された半導体基板と、前記半導体基板の取付部分であるステージ部と前記ステージ部を一方向から支持するフレーム部とから構成され前記半導体基板を実装したリードフレームとがパッケージ内に収容され、印加した磁界を検知し電気的に出力変換することで磁気検出を行う磁気センサの製造方法であって、前記フレーム部を屈曲させ、前記パッケージの表面に対する前記ステージ部の基板取付面の角度を調整して前記リードフレームを加工する加工工程と、前記加工工程により加工されたリードフレームの前記ステージ部の基板取付面に前記半導体基板を取り付ける取付工程とを有するものであってもよい。
また、本発明は、上記特徴を有する磁気センサを搭載した回転検出装置であってもよい。
また、本発明は、上記特徴を有する磁気センサを搭載した位置検出装置であってもよい。
本発明よれば、垂直方向と水平方向の印加磁界を検出でき、磁界の印加方向に対する検出感度の調整が可能であり、かつ、印加方向とは異なる他方向から磁界が印加された条件下での感磁界特性への影響の抑制が可能となる、異方性磁気抵抗素子をＩＣ基板上に薄膜形成した１チップ構成の磁気センサ等が実現される。
図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態の磁気センサ概略構成を示す図で、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図を表している。半導体基板６７には４つの磁気抵抗素子１１〜１４が薄膜形成され、該基板はワイヤボンディング６３によりリードフレーム６０と接続されてリードフレーム６０上に実装されている。また、半導体基板６７を実装しないリードフレーム６１及び６２は、ワイヤボンディング６４及び６５により該基板と接続されている。
なお、本実施形態の磁気センサにおける回路構成は、先に述べた従来のものと同様で図５に示すように、磁気抵抗素子部１０とＩＣ回路波形処理部２０とを備えている。磁気抵抗素子部１０は抵抗ブリッジ構造を有し、抵抗接続の中点１６及び中点１７がＩＣ回路波形処理部２０のコンパレータ回路２１の入力部に接続されている。ＩＣ回路波形処理部２０は、コンパレータ２１と帰還抵抗２２とから構成される。
また、磁気抵抗素子部１０を構成する磁気抵抗素子についても従来と同様で、図６に示すように、磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１４を直列接続し、また磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３を直列接続し、それを各々、電源端子３１及び接続点１５とＧＮＤ端子３３及び接続点１８に対して並列に接続し、ホイートストンブリッジ構造の抵抗ブリッジを形成する。そして、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３と磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１４は、反応する磁界の向きを９０°変えて配置しており、連続的に折り返し構造を有し、磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１３は同一方向とし、その９０°回転した方向で、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１４を形成している。
リードフレーム６０〜６２は、リードフレーム６０の基板取付面を支持するフレーム部に平行する傾斜軸６８を軸として、パッケージ表面であるパッケージ面６６（ｃ）あるいはパッケージ底面であるパッケージ面６６（ｄ）に対して傾斜を持たせてパッケージ内に配置される。磁気抵抗素子１１〜１４を備えた半導体基板６７は、傾斜を設けたリードフレーム６０上に実装することで角度を有してパッケージ内に配置されることになる。なお、リードフレーム６０〜６２は、パッケージ６６の内部では傾斜を有しているが、パッケージ外部に至る場所ではパッケージ面６６（ｃ）あるいはパッケージ面６６（ｄ）に水平するように形状を変形している。
図９を用いて磁界検出について説明する。図１においてパッケージ面６６（ｃ）と垂直な印加磁界、すなわちパッケージ面６６（ｃ）あるいはパッケージ面６６（ｄ）から印加される磁界は、図９の磁界５８に相当し、磁気抵抗素子は半導体基板面と水平な磁界成分５７を検出する。このとき作用する素子は磁気抵抗素子１１及び１３である。例えば、４５°の角度で傾斜が設けられた場合、磁界成分５７は磁界５８の１／√２となり、磁気抵抗素子１１及び１３に対して水平方向に１／√２倍の磁界が印加された状態と等価になる。
そして、磁気抵抗素子１１と磁気抵抗素子１３の抵抗変化から生じる中点１６と中点１７の電位差をコンパレータ２１で比較し増幅し、出力端子３２に電気的な信号変化として出力する。このようにして、パッケージ上面より印加された垂直磁界に対する磁気検出動作が行われる。
一方、図１においてパッケージ面６６（ｃ）と水平な印加磁界、すなわちパッケージ側面であるパッケージ面６６（ａ）あるいはパッケージ面６６（ｂ）から印加される磁界は、図９の磁界５２に相当し、磁気抵抗素子は半導体基板面と水平な磁界成分５５を検出する。４５°の角度で傾斜が設けられた場合には、磁界成分５５は磁界５２の１／√２となり、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３に対して水平方向に１／√２倍の磁界が印加された状態と等価になる。抵抗変化から生じる電位差を比較、増幅して信号出力するのは上記と同様である。このように、パッケージ側面より印加された水平磁界に対する磁気検出動作も実現される。
また、上記の構成において、キャンセル方向の磁界印加に作用する磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１４に与える磁界の方向を変えることで、キャンセル方向の磁界印加に対する影響を抑制できる磁気センサが実現される。
図３は、本実施形態におけるリードフレーム６０の構造を示し、屈曲加工前の状態を表している。図はリードフレーム６０を上から見た図で、ひし形及び点線下側の台形の部分がフレーム部、点線上側の長方形の部分が基板取付面である。フレーム部は途中で曲げ角度６９を設けて構成されている。加工方法は以下のようになる。まず、曲げ角度６９を設けられた部分を手前に立てて屈曲させ、フレーム部と基板取付面との境界部分を奥に押し出すように屈曲させる。このようして、基板取付面がフレーム部（ひし形の部分）の面に対して傾斜を有する形状のリードフレームに加工する。
また、曲げ角度６９とＶ字型の溝の角度をフレーム基板の傾斜角度と同じにすることで、基板の傾斜が確定する。例えば、リードフレーム６０の傾きを４５°とし、水平方向と垂直方向の印加磁界の１／√２倍としたい場合、この曲げ角度６９とＶ字型溝の角度を４５°に設定する。そして、Ｖ字型溝を施し、角度を決めて折り曲げることで、その戻りが少なく安定した傾斜角度を得ることができる。
そして、パッケージを生成するうえで、金型を用いた樹脂注入を行っていくことになるが、図１の構成の場合、パッケージ側面であるパッケージ面６６（ｅ）あるいはパッケージ面６６（ｆ）の面から樹脂を注入し、形成したフレーム角度を保つ手法も同時に行って樹脂注入による影響を低減する。
＜実施形態２＞
図２は、本実施形態の磁気センサ概略構成を示す図で、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図を表している。実施形態１と異なる点は、リードフレーム７０のフレーム部に直交する傾斜軸７８を軸として、パッケージ面７６（ｃ）あるいはパッケージ面７６（ｄ）に対して傾斜を持たせている点で、半導体基板上の各磁気抵抗素子の傾きが異なる。実施形態１では、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１４が上方に、磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１３が下方に位置するように傾斜が設けられているが、本実施形態においては、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１２が下方に、磁気抵抗素子１３及び磁気抵抗素子１４が上方に位置するように傾きを有している。また、これに伴ってリードフレームの形状が実施形態１と相違するが、その他の構成は同じである。
再び図９を用いて磁界検出について説明する。例えば、図２においてパッケージ面７６（ａ）あるいはパッケージ面７６（ｂ）からの印加磁界があるときに、パッケージ面７６（ｅ）あるいはパッケージ面（ｆ）から印加される磁界は、キャンセル方向の磁界であり、図９の磁界５８に相当する。そして、このようにパッケージ側面より動作磁界の検出をキャンセルする方向で印加される磁界は、磁気抵抗素子１２及び磁気抵抗素子１４に作用し、該磁気抵抗素子に対して水平方向に１／√２倍の磁界が印加された状態と等価になる。
上述したように、パッケージ面７６（ａ）やパッケージ面７６（ｂ）からの磁界が磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３に対して印加されている場合に、その検出動作を妨げる方向のキャンセル方向の磁界がパッケージ面７６（e）やパッケージ面７６（ｆ）から印加されたとしても、磁気抵抗素子と半導体基板が斜めに傾けられているため、その影響を抑制することが可能となる。
また、パッケージ面７６（ｃ）あるいはパッケージ面（ｄ）と垂直な印加磁界に対しては、実施形態１と同様に、磁気抵抗素子１１及び磁気抵抗素子１３が半導体基板面と水平な磁界成分を検出する。
図４は、本実施形態におけるリードフレーム７０の構造を示し、（ａ）は上面図を、（ｂ）は側面図を表している。左側の縦長の長方形が基板取付面、右側の横長の長方形がフレーム部である。（ｂ）に示すように、フレーム部は階段状になっており、基板取付面とフレーム部との境界部分を屈曲させることで、基板取付面に傾斜が設けられている。当該境界部分にはＶ字型の溝が設けられている。
また、リードフレーム７０の屈曲加工において、屈曲させる角度及び該境界部分のＶ溝角度７９をフレーム基板の傾斜角度と同じにすることで、基板取付面の傾斜が確定する。例えば、リードフレーム７０の傾きを４５°とし、水平方向と垂直方向の印加磁界の１／√２倍としたい場合には、屈曲させる角度とＶ溝角度７９とを４５°に設定する。そして、リードフレーム７０に４５°のＶ溝を施し、４５°に角度を決めて折り曲げることで、屈曲させたときの戻りが少なく安定した傾斜角度を得ることができる。
そして、パッケージを生成するうえで、金型を用いた樹脂注入を行っていくことになるが、本実施形態の場合、パッケージ面７６（ａ）あるいはパッケージ面７６（ｂ）の面から樹脂を注入し、形成したフレーム角度を保つ手法も同時に行って樹脂注入による影響を低減する。
なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
上記の実施形態によれば、磁気検出の動作方向の自由度を拡げ、センサとしての磁界検出の性能を向上させることができる。その理由は、リードフレームに搭載した状態で、パッケージ底面及び上面に対して、磁気抵抗素子を薄膜形成した半導体基板に傾斜を持たせる構造とすることで、パッケージ側面から印加される水平方向の印加磁界と、パッケージ上面及び底面から印加される垂直方向の印加磁界との双方の磁界に対して検出が可能となるからである。
また、上記の実施形態によれば、周囲磁界環境に影響を受けにくく、センサ独自の感度特性を維持し性能を向上させることができる。その理由は、リードフレームに搭載した状態で、パッケージ底面及び上面に対し、磁気抵抗素子を薄膜形成した半導体基板に傾斜を持たせる構造をとることで、感知動作を妨げるキャンセル方向の磁界印加に対する磁気抵抗素子の検出感度をコントロールすることが可能となるからである。
また、上記の実施形態によれば、リードフレームの曲げ工法において、曲げ精度を持たせており、検出感度の調整が可能であり、磁気検出特性を向上できる。その理由は、リードフレームの折り曲げ加工部分にＶ溝を設け、その角度を指定することで、フレームを折り曲げることで発生する戻り量を低減させ、安定した折り曲げが実現可能となるからである。
本発明の実施形態に係る磁気センサの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサにおけるリードフレームの構造を示した図である。 本発明の実施形態に係る磁気センサにおけるリードフレームの構造を示した図である。 従来の磁気センサの基本回路構成図である。 従来の磁気センサにおける磁気抵抗素子の形状を示した図である。 従来の磁気センサの概略構成図である。 磁気抵抗体の磁気検出動作を説明するための図である。 磁気抵抗体の磁気検出動作を説明するための図である。
符号の説明
１０ 磁気抵抗素子部
１１〜１４ 磁気抵抗素子
１５，１８ 接続点
１６，１７ 中点
２０ ＩＣ回路波形処理部
２１ コンパレータ
２２ 帰還抵抗
３１ 電源端子
３２ 出力端子
３３ ＧＮＤ端子
４０〜４２，６０〜６２，７０〜７２ リードフレーム
４３〜４５，６３〜６５，７３〜７５ ワイヤボンディング
４６，６６，７６ パッケージ
４６（ａ）〜４６（ｆ），６６（ａ）〜６６（ｆ），７６（ａ）〜７６（ｆ） パッケージ面
４７，６７，７７ 半導体基板
５０ 挿入角
５１ 電流の向き
５２，５８ 印加磁界
５３ 磁気抵抗体
５４，５６ 傾き
５５，５７ 水平方向の磁界成分
６８，７８ 傾斜軸
６９ 曲げ角度
７９ Ｖ溝角度

Claims (10)

  1. 異方性磁気抵抗効果を有し格子状で連続する折返し形状の磁気抵抗素子を薄膜形成した磁気抵抗素子部と、コンパレータ回路と帰還抵抗とからなり比較増幅機能を有するＩＣ回路波形処理部とを基板上に備え、前記磁気抵抗素子部と前記ＩＣ回路波形処理部とが接続された半導体基板と、
    前記半導体基板を実装したリードフレームとがパッケージ内に収容され、印加した磁界を検知し電気的に出力変換することで磁気検出を行う磁気センサであって、
    前記磁気抵抗素子部は、縦方向及び横方向の格子状の前記磁気抵抗素子がホイートストンブリッジで構成され、
    前記半導体基板は、前記パッケージの表面に対して角度を有して配置された前記リードフレーム上に取り付けられたことを特徴とする磁気センサ。
  2. １つのホイートストンブリッジで構成された前記磁気抵抗素子部を有する１つの前記半導体基板がリードフレームに搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 前記リードフレームは、前記半導体基板の取付部分であるステージ部と前記ステージ部を一方向から支持するフレーム部とから構成され、前記フレーム部を屈曲させることにより、前記パッケージの表面に対する前記ステージ部の基板取付面の角度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
  4. 前記リードフレームは、前記フレーム部の屈曲部分にＶ字型の溝を設けたことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
  5. 前記半導体基板は、前記フレーム部と平行する軸に対して角度を有して配置された前記リードフレームの前記ステージ部に取り付けられたことを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気センサ。
  6. 前記半導体基板は、前記フレーム部と直交する軸に対して角度を有して配置された前記リードフレームの前記ステージ部に取り付けられたことを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気センサ。
  7. 異方性磁気抵抗効果を有し格子状で連続する折返し形状の磁気抵抗素子を薄膜形成した磁気抵抗素子部と、コンパレータ回路と帰還抵抗とからなり比較増幅機能を有するＩＣ回路波形処理部とを基板上に備え、前記磁気抵抗素子部と前記ＩＣ回路波形処理部とが接続された半導体基板と、
    前記半導体基板の取付部分であるステージ部と前記ステージ部を一方向から支持するフレーム部とから構成され前記半導体基板を実装したリードフレームとがパッケージ内に収容され、印加した磁界を検知し電気的に出力変換することで磁気検出を行う磁気センサの製造方法であって、
    前記フレーム部を屈曲させ、前記パッケージの表面に対する前記ステージ部の基板取付面の角度を調整して前記リードフレームを加工する加工工程と、
    前記加工工程により加工されたリードフレームの前記ステージ部の基板取付面に前記半導体基板を取り付ける取付工程とを有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
  8. 前記加工工程は、屈曲後の前記基板取付面の角度が所望の角度となる角度のＶ字型の溝を前記フレーム部の屈曲部分に設け、前記屈曲部分を屈曲させることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサの製造方法。
  9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気センサを搭載したことを特徴とする回転検出装置。
  10. 請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気センサを搭載したことを特徴とする位置検出装置。
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