JP2009036579A

JP2009036579A - 磁気センサパッケージ

Info

Publication number: JP2009036579A
Application number: JP2007199750A
Authority: JP
Inventors: Naonobu Okawa; 尚信大川; Akihiro Sato; 明広佐藤; Keitaro Kikuchi; 敬太郎菊地; Mitsuru Watabe; 充渡部; Hiroyuki Morioka; 浩之盛岡
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】磁気センサに対する磁気的影響をより低減させることができる磁気センサパッケージを提供すること。
【解決手段】本発明の磁気センサパッケージ１は、磁気センサ１２を内蔵したパッケージ本体２と、前記パッケージ本体２の一つの主面に形成された電極１５と、前記主面１１ｂ上に前記電極１５以外の領域に延在して設けられた下シールド部材１６と、前記パッケージ本体２の他の主面を覆うように設けられた上シールド部材１７と、を有し、前記下シールド部材１６は、前記磁気センサ１２の感度軸方向に相対的に長く設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサに対する外部磁界による影響を防止できる磁気センサパッケージに関する。

圧力や加速度などの物理量を測定するセンサとして、例えば磁気式圧力センサや磁気式加速度センサのような磁気センサがある。このような磁気センサにおいては、例えば、磁気抵抗効果素子とハード磁性層とを間隔をおいて配設し、物理量が加わる際の磁気抵抗効果素子とハード磁性層との間の間隔の変化に起因する磁界変化に基づく磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化を利用して物理量を測定する。

このような磁気センサは、例えば、携帯電話のような電子機器に搭載される。携帯電話のような電子機器においては、種々の外部磁界による磁気的影響があり、これらの外部磁界から磁気センサをシールドする必要がある。磁気センサをシールドする技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特開２００５−２２１４１８号公報

近年、携帯電話の電子機器は小型化、薄型化が進んできており、機器内で電子部品同士が近接して配設されるため、特許文献１に開示されたシールド技術では十分ではなく、磁気センサに対する磁気的影響をより低減させるためのシールド技術が望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、磁気センサに対する磁気的影響をより低減させることができる磁気センサパッケージを提供することを目的とする。

本発明の磁気センサパッケージは、磁気センサを内蔵したパッケージと、前記パッケージの一つの主面に形成された電極と、前記主面上に前記電極以外の領域に延在して設けられた第１シールド部材と、前記パッケージの他の主面を覆うように設けられた第２シールド部材と、を有し、前記第１シールド部材は、前記磁気センサの感度軸方向に相対的に長く設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、電極領域が設けられていても、第１シールド部材を感度軸方向に沿って長く設けることにより、磁気センサに対する磁気的影響をより低減させることができる。

本発明の磁気センサパッケージにおいては、前記第１シールド部材と前記第２シールド部材とが連結されていることが好ましい。

本発明の磁気センサパッケージにおいては、前記磁気センサは、前記感度軸方向に沿って延在するシールド層を有することが好ましい。

本発明の磁気センサパッケージによれば、磁気センサを内蔵したパッケージと、前記パッケージの一つの主面に形成された電極と、前記主面上に前記電極以外の領域に延在して設けられた第１シールド部材と、前記パッケージの他の主面を覆うように設けられた第２シールド部材と、を有し、前記第１シールド部材は、前記磁気センサの感度軸方向に相対的に長く設けられているので、磁気センサに対する磁気的影響をより低減させることができる磁気センサパッケージを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの透視側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す磁気センサパッケージの側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す磁気センサパッケージの底面図である。

図１に示す磁気センサパッケージ１は、ベース基板１１を有する。ベース基板１１としては、シリコン基板、アルミナ基板、ＬＴＣＣ基板（低温焼成セラミック基板）、ＨＴＣＣ基板（高温焼成セラミック基板）、ガラス基板などを挙げることができる。

ベース基板１１の一方の主面１１ａ上には、磁気センサ１２が実装されている。磁気センサ１２としては、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance）素子のような磁気抵抗効果素子を用い、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により作製されたＭＥＭＳセンサを用いることができる。ベース基板１１の他方の主面１１ｂ上には、電極１５が形成されている。この電極１５は、図１（ｃ）に示すように、磁気センサパッケージ１の四隅にそれぞれ設けられており、図１（ａ）に示すように、ベース基板１１を貫通して磁気センサ１２の近傍に突出している。この電極１５と磁気センサ１２とはワイヤを用いたワイヤボンディングにより電気的に接続されている。

磁気センサ１２を実装したベース基板１１の主面１１ａ側には、ケース部材１４が被せられており、ベース基板１１とケース部材１４とが接合されている。ケース部材１４を構成する材料としては、ベース基板１１と接合することを考慮して、ベース基板１１と同じ材料であることが好ましい。このようにして磁気センサ１２がパッケージングされてパッケージ本体２が構成される。

パッケージ本体２の底面、すなわち電極１５が形成されている主面には、下シールド部材１６が配設されている。この下シールド部材１６は、図１（ｃ）に示すように、電極１５以外の領域に延在して設けられている。図１（ａ）に示すように、パッケージ本体２の下面（主面１１ｂ側）においては、電極１５が突出して形成されているが、下シールド部材１６は電極１５以外の領域に延在して設けられているので、電極１５の厚さとほぼ同じ厚さで下シールド部材１６を作製することにより、パッケージ本体２の下面を面一にすることができる。これにより、磁気センサパッケージ１の底面を段差なく形成することができる。このように、パッケージ本体２の底面には、電極１５が露出されるので、磁気センサパッケージを直接プリント配線板などの接続部に実装することが可能となる。したがって、プリント配線板などの接続部との間の接続を良好にするために、電極１５の厚さを下シールド部材１６の厚さよりも僅かに厚くすることが好ましい。

パッケージ本体２の他の主面には、パッケージ本体２を覆うような形状の上シールド部材１７が設けられている。この上シールド部材１７と下シールド部材１６とは、接合されており、両者により、電極１５領域を除いてパッケージ本体２をほぼ覆うようになっている。下シールド部材１６及び上シールド部材１７を構成する材料としては、パーマロイなどの材料を挙げることができる。

下シールド部材１６は、磁気センサ１２の感度軸方向に相対的に長く設けられている。すなわち、下シールド部材１６は、電極１５以外の領域であって、感度軸方向に相対的に長く設けられている。図１（ｃ）においては、下シールド部材１６は、感度軸方向に沿って長く設けられている。このように、下シールド部材１６を感度軸方向に沿って長く設けることにより、磁気センサ１２に対する磁気的影響をより低減させることができる。

電極１５は、図２に示すように、電気メッキにより形成してもよい。また、ＬＴＣＣ基板やＨＴＣＣ基板などを用いてセラミックパッケージを用いる場合には、電極１５となる形状通りにタングステンをスクリーン印刷し焼結した後に、Ｎｉをメッキ又は成膜し、その上に例えばＡｕメッキを施すことにより形成することができる。図２に示すように、電極部の厚みをそのまま使ってもよい。また、図３に示すように、ダイシングにより十字溝３１を加工した後、電極１５となる形状通りにタングステンをスクリーン印刷し焼結した後に、Ｎｉをメッキ又は成膜し、その上に例えばＡｕメッキを施すことにより形成することができる。また、図４に示すように、一面にタングステンをスクリーン印刷し焼結したた後に、ダイシングにより十字溝３１を加工し、電極１５となる形状にＮｉを成膜してその上に例えばＡｕメッキを施すことにより形成することができる。

図５に示すようなパーマロイからなるシールド板３２を打ち抜き加工し、溝部へ収まる形状に加工する。このシールド板３２に図２から図４に示すパッケージを装着する。すなわち、図５（ｂ）に示す一点鎖線を曲げ、図５（ａ）に示すように、接点をかしめ加工することによりパッケージを覆い、第１シールド部材と第２シールド部材とを連結する。パッケージとしては、セラミックパッケージだけではなく、射出成形によるモールド品３３とベース基板を用いた図６に示すような樹脂パッケージでもよい。射出成形材料としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＬＣＰ（リキッドクリスタルプラスチック）などが挙げられる。また、図６においては、円筒状のパッケージについて示しているが、本発明はこの形状に限られない。

シールドをメッキ加工で行う場合には、例えば、図２から図４に示すパッケージの十字溝３１にタングステンをスクリーン印刷し焼結した後に、電極１５とシールドを交互にマスクし、シールド形成時にＮｉＦｅ合金からなるパーマロイメッキすることにより行う。側面のシールドは、例えば、パッケージ同士を所定間隔離して配置し、ＭｏＭｎペーストを充填し焼結することで、パッケージ側面をメタライズ可能とする。側面についたメタライズ部分はメッキ可能であるので、ＮｉＦｅ合金からなるパーマロイメッキを施す。

次に、下シールド部材１６における感度軸方向の長さについて説明する。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、電極用空隙部２１を有する下シールド部材１６と、キャップ状の上シールド部材１７とによりパッケージ本体２を覆ったものについてシミュレーションを行った。ここでは、下シールド部材１６及び上シールド部材１７をパーマロイで構成し、透磁率３０００、飽和磁束密度１．６２Ｔとし、また、上シールド部材１７のサイズを、厚さ１５０μｍ、外形２５００μｍ□、高さ０．８５μｍとし、下シールド部材１６の感度軸方向の長さＸを７００μｍ、１０００μｍ□、１５００μｍ□、２０００μｍ□、２２００μｍ□、２５００μｍ□とし、下シールド部材１６における電極用空隙部２１の外形を７５０μｍ□とし、測定地点を下シールド部材１６から５００μｍとした状態で、それぞれの感度軸方向の磁場強度をシミュレーションした。このとき、印加磁場としては、磁場強度を５０Ｏｅ（×１０³／４π Ａ／ｍ）とし、印加角度を感度軸方向０°（シールド部材の表面に沿う方向）とした。その結果を図８に示す。

図８から分かるように、感度軸方向の長さＸが短くなるにつれて、シールド部材表面に沿う方向（感度軸方向）の外部磁界に対して磁場強度が高くなっている。特に電極用空隙２１に近い領域で磁場強度が高くなっている。図８に示す結果より、シールド効果の目標値である３Ｏｅ（×１０³／４π Ａ／ｍ）（破線）を満足するために、電極用空隙部２１の外形を７５０μｍ□とした場合、下シールド部材１６の感度軸方向の長さＸが２０００μｍ以上であることが好ましい。

また、外形寸法（下シールド部材１６の感度軸方向の長さＸ）に対する磁場強度の変化率との関係を図９に示す。変化率は、センサ中心付近の磁場強度Ｅ₁に対するセンサ中心から±０．５ｍｍ付近の磁場強度Ｅ₂の割合（Ｅ₂／Ｅ₁）とした。図９から分かるように、下シールド部材１６の感度軸方向の長さＸが２０００μｍ以上で変化率が小さく、外部磁場に影響されていない、すなわちシールド効果が発揮されていた。

次に、下シールド部材１６における電極用空隙部の大きさについて説明する。
上記図７（ａ），（ｂ）に示すように、電極用空隙部２１を有する下シールド部材１６と、キャップ状の上シールド部材１７とによりパッケージ本体２を覆ったものについてシミュレーションを行った。ここでは、下シールド部材１６及び上シールド部材１７をパーマロイで構成し、透磁率３０００、飽和磁束密度１．６２Ｔとし、また、上シールド部材１７のサイズを、厚さ１５０μｍ、外形２５００μｍ□、高さ０．８５μｍとし、下シールド部材１６における電極用空隙部２１の外形（４つの合計）を２５０μｍ□、５００μｍ□、７５０μｍ□、１０００μｍ□とし、測定地点を下シールド部材１６から５００μｍとした状態で、それぞれの感度軸方向の磁場強度をシミュレーションした。このとき、印加磁場としては、磁場強度を５０Ｏｅ（×１０³／４π Ａ／ｍ）とし、印加角度を０°（シールド部材の表面に沿う方向）、４５°、９０°（シールド部材の表面に直交する方向）とした。その結果を図１０に示す。

図１０から分かるように、電極用空隙部２１の外形が大きくなるにつれて、シールド部材表面に沿う方向の外部磁界に対して磁場強度が高くなっている。一方、シールド部材の表面に直交する方向の外部磁界に対しては十分なシールド効果を発揮した。図１０に示す結果より、シールド効果の目標値である３Ｏｅ（×１０³／４π Ａ／ｍ）を満足するために、電極用空隙部２１が７５０μｍ□以下（全体の外形に対する電極用空隙部の割合（７５０／２５００μｍ□）×１００＝３０％以下）であることが好ましい。

また、印加磁場における印加角度と磁場強度との関係を図１１に示す。図１１においては、電極用空隙部２１の大きさ毎に印加角度の変化に伴う磁場強度の変化を示している。図１１から分かるように、電極用空隙部２１が７５０μｍ□以下で、いずれの方向（０°、４５°、９０°）からの外部磁界に対してシールド効果の目標値である３Ｏｅ（×１０³／４π Ａ／ｍ）を満足することができる。

このように、本発明に係る磁気センサパッケージは、電極１５が設けられていても、下シールド部材１６を感度軸方向に沿って長く設けているので、磁気センサ１２に対する磁気的影響をより低減させることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、図１２に示すように、パッケージ本体２に内蔵された磁気センサ１２の少なくともいずれか一方の主面(図１２においては両主面)にシールド層４１，４２を設けても良い。これにより、磁気シールド効果をより高くすることができる。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、部材の位置関係、材質については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの透視側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す磁気センサパッケージの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す磁気センサパッケージの底面図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例を示す図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例を示す図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例を示す図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は展開図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例を示す図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの評価方法を説明するための図である。センサの中心からの距離と磁場強度との間の関係を示す図である。下シールド部材の外形と磁場強度変化率との間の関係を示す図である。下シールド部材の電極用空隙部の外形と磁場強度との間の関係を示す図である。印加磁場の印加角度と磁場強度との間の関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る磁気センサパッケージの他の例の透視側面図である。

符号の説明

１磁気センサパッケージ
２パッケージ本体
１１ベース基板
１２磁気センサ
１３ワイヤ
１４ケース部材
１５電極
１６下シールド部材
１７上シールド部材
２１電極用空隙部
４１，４２シールド層

Claims

磁気センサを内蔵したパッケージと、前記パッケージの一つの主面に形成された電極と、前記主面上に前記電極以外の領域に延在して設けられた第１シールド部材と、前記パッケージの他の主面を覆うように設けられた第２シールド部材と、を有し、前記第１シールド部材は、前記磁気センサの感度軸方向に相対的に長く設けられていることを特徴とする磁気センサパッケージ。
前記第１シールド部材と前記第２シールド部材とが連結されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサパッケージ。
前記磁気センサは、前記感度軸方向に沿って延在するシールド層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサパッケージ。