JP2009109378A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】直流磁界を発生する電子部品が近くに存在しても安定して磁気検出を行うことができ、しかも携帯電話機内の電子部品のレイアウトの自由度を低下させることがない電子機器を提供すること。
【解決手段】電子コンパス１ｃは、基板の主面に沿う方向を磁気抵抗効果素子に対するバイアス印加方向とするハードバイアス層を含み、このバイアス印加方向に直交する方向に感度軸を持つ。電子コンパス１ｃにおいては、直流磁界の方向Ｘがハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように設定する。すなわち、直流磁界の方向Ｘに対してハードバイアス層のバイアス磁界を弱めないようなバイアス印加方向となるように電子コンパス１ｃを基板上に実装する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子コンパスなどを搭載してなる電子機器に関する。

近年、携帯電話において、地図情報サービスを利用できるようになってきており、この地図情報サービスにおいては、地磁気を検出して方位を求める電子コンパスが必要である。電子コンパスは、例えばＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）素子のような磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子の感度軸方向と直交する方向にバイアスを印加するハードバイアス層とを備えている。このような電子コンパスが搭載される携帯電話機内には、スピーカのような直流磁界を発生する電子部品も搭載されている（特許文献１）。
特開２００２−２３７８７４号公報

このように直流磁界を発生する電子部品が近くに存在すると、直流磁界により磁気検出感度が低下したり、磁気検出が不安定になってしまう。このとき、直流磁界を発生する電子部品から離して電子コンパスを配置して、電子コンパスに対する電子部品の影響を小さくすることが考えられるが、電子部品の設置位置に制約が課されてしまい、携帯電話機内の電子部品のレイアウトの自由度がなくなり、しかも小型化を図ることができなくなるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、直流磁界を発生する電子部品が近くに存在しても安定して磁気検出を行うことができ、しかも携帯電話機内の電子部品のレイアウトの自由度を低下させることがない電子機器を提供することを目的とする。

本発明の電子機器は、所定の感度軸を有し前記感度軸と直交する方向にバイアス磁場を印加するハードバイアス層を有する磁気センサを少なくとも一つ搭載した磁気センサパッケージと、直流磁界を発生する電子部品と、を具備した電子機器であって、前記直流磁界の方向が前記磁気センサの前記ハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように前記磁気センサパッケージが配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、直流磁界の方向に対応して、バイアス磁界が弱くならないように、好ましくはバイアス磁界が強くなるようにバイアス磁界の印加方向を設定して、その状態が実現できるように電子コンパスの向きを変えて基板上に実装するので、直流磁界を発生する電子部品が存在していても、磁気センサにおいて直流磁界に対するヒステリシスが発生することを防止して、安定して磁気検出を行うことが可能となる。

本発明の電子機器においては、前記磁気センサパッケージは、互いに感度軸が異なる複数の磁気センサを搭載しており、前記直流磁界の方向が前記複数の磁気センサの前記ハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように前記磁気センサパッケージが配置されていることが好ましい。

本発明の電子機器においては、前記磁気センサは、略直方体形状を有しており、その一面に形成された第１電極パッド列と、前記第１電極パッド列に並設された第２電極パッド列と、を有することが好ましい。

本発明の電子機器においては、前記電子部品がスピーカであることが好ましい。

本発明の電子機器によれば、所定の感度軸を有し前記感度軸と直交する方向にバイアス磁場を印加するハードバイアス層を有する磁気センサを少なくとも一つ搭載した磁気センサパッケージと、直流磁界を発生する電子部品と、を具備し、前記直流磁界の方向が前記磁気センサの前記ハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように前記磁気センサパッケージが配置されているので、直流磁界を発生する電子部品が近くに存在しても安定して磁気検出を行うことができ、しかも携帯電話機内の電子部品のレイアウトの自由度を低下させることがない。

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は、本発明の実施の形態に係る電子機器である携帯電話を示す平面図である。図１に示す携帯電話は、その筺体１にディスプレイ１ａを備えている。また、筺体１の内部には、各種電子部品を実装したモジュール基板を有する。このモジュール基板上には、少なくとも直流磁界を発生する電子部品であるスピーカ１ｂと、磁気センサパッケージである電子コンパス１ｃとが実装されている。

スピーカ１ｂは、図１に示すように配置されており、それぞれの直流磁界の方向Ｘが図１に示す方向となっている。

電子コンパス１ｃは、例えば図２に示すような構成を有する。図２に示す電子コンパスにおいて、基材１１は、互いに対向する一対の主面を有しており、その一方の主面上にはＩＣ１２が実装されている。また、同じ主面上には、互いに感度軸が異なるＸ軸用磁気センサ１３ａ、Ｙ軸用磁気センサ１３ｂ及びＺ軸用磁気センサ１３ｃが実装されている。これらの磁気センサ１３ａ〜１３ｃは、所定の感度軸を有しており、この感度軸と直交する方向にバイアス磁場を印加するハードバイアス層を有する構成を持つ。なお、本実施の形態においては、３つの磁気センサを基材１１に実装した場合について説明しているが、本発明においては、少なくとも一つの磁気センサが基材１１上に実装されていれば良い。

基材１１、ＩＣ１２及び磁気センサ１３ａ〜１３ｃには、それぞれ電極パッドが形成されており、基材１１とＩＣ１２との間、及びＩＣ１２と磁気センサ１３ａ〜１３ｃとの間がワイヤ１４によりワイヤボンディングされている。これにより、基材１１、ＩＣ１２及び磁気センサ１３ａ〜１３ｃが電気的に接続されている。また、基材１１の一方の主面側は、パッケージ材１５によりパッケージングされている。

磁気センサ１３ａ〜１３ｃは、ＧＭＲ素子及びハードバイアス層を含んでいる。このＧＭＲ素子は、図３に示すように、基材１１上に下から順に、ＩｒＭｎやＰｔＭｎなどで形成された反強磁性層２１、ＮｉＦｅやＣｏＦｅなどの強磁性材料で形成された固定磁性層２２、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２３及びＮｉＦｅやＣｏＦｅなどの強磁性材料で形成されたフリー磁性層２４の積層構造を有する。図３に示す形態においては、反強磁性層２１の下に結晶配向を整えるためにＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒで形成されたシード層２５が設けられているが、シード層２５は必須ではない。

また、フリー磁性層２４の上には、Ｔａなどで形成された保護層２６が形成されている。ＧＭＲ素子では、反強磁性層２１と固定磁性層２２とが接して形成されているため、磁場中で熱処理を施すことにより反強磁性層２１と固定磁性層２２との間の界面に交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、固定磁性層２２の磁化方向２２ａは一方向に固定される。図３では、磁化方向２２ａは図示Ｘ１方向に固定される。

一方、フリー磁性層２４の磁化方向２４ａは、例えば、図３の形態では、固定磁性層２２の磁化方向２２ａと反平行に揃えられている。すなわち、磁化方向２４ａは図示Ｘ２方向に向けられる。フリー磁性層２４は、固定磁性層２２のように磁化固定されておらず外部磁場により磁化方向は変動する。

ハードバイアス層から発せられる磁場のうち、ＧＭＲ素子を構成する各層の膜面と平行な方向に向く水平磁場Ｈ（本発明におけるバイアス磁界）が図３に示すように図示Ｘ１方向に作用すると、フリー磁性層２４の磁化方向２４ａが変動し、固定磁性層２２の磁化方向２２ａとフリー磁性層２４の磁化方向２４ａの関係で電気抵抗が変化する。これはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果と呼ばれ、巨大磁気抵抗効果を発現させるには、上記のような反強磁性層２１、固定磁性層２２、非磁性材料層２３及びフリー磁性層２４の４層基本構造が必要となる。また、磁気抵抗効果素子として、ＧＭＲ素子でなく、トンネル磁気抵抗効果を有するトンネル磁気抵抗（Tunnel MagnetoResistance:ＴＭＲ）素子を用いても良い。ＴＭＲ素子の場合には、非磁性材料層２３がトンネル障壁の材料である酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの非磁性絶縁材料に置き換えられる。

ハードバイアス層を含み、このハードバイアス層のバイアス印加方向に直交する方向に感度軸を持つ磁気センサ１３ａ〜１３ｃあるいは電子コンパス１ｃにおいては、直流磁界の方向Ｘがハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように設定する。すなわち、直流磁界の方向Ｘが磁気センサ１３ａ〜１３ｃのハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように磁気センサパッケージが基材１１上に配置されている。この場合において、直流磁界の方向は、バイアス印加方向とほぼ同じであることが好ましい。なお、このような場合において、磁気センサ１３ａ〜１３ｃあるいは電子コンパス１ｃをハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように配置するために、磁気センサ１３ａ〜１３ｃあるいは電子コンパス１ｃの電極の位置を決定することが好ましい。

本発明者らは、次のような見地から、直流磁界を発生する電子部品と電子コンパスとが近接して内蔵される際に、直流磁界の方向Ｘがハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるようにすることが望ましいことを見出した。

すなわち、磁気抵抗効果素子に印加するバイアス磁界が増加する方向の直流磁界は、電子コンパスにおける磁気センサの感度を減少させる。すなわち、図４に示すように、直流磁界が印加されないとき（図４中の”０”印)に比べて、感度が下がる（図４中の”＋”印）。しかしながら、磁気センサとしての機能は維持する（図４において感度と信号との間に相関関係がある）。一方、磁気抵抗効果素子に印加するバイアス磁界が減少する方向の直流磁界は、電子コンパスにおける磁気センサの感度を増加させるが、図４に示すように、磁気センサの直流磁界に対するヒステリシスが発生して磁気センサが不安定となる（方位検出ができなくなる）。

バイアス磁界の大きさは、３〜８Ｏｅ（×４π／１０³ Ａ／ｍ）であり、地磁気磁界の０．５Ｏｅよりも大きくなっているが、携帯電話に搭載されるスピーカが電子コンパスに及ぼす直流磁界の０．５〜５Ｏｅと同程度である。また、携帯電話に搭載されるスピーカの位置は、電子コンパスに対して相対的に固定されているため、温度変動や長期的な磁気の減衰を除けばほぼ一定の磁界が電子コンパスに到達する。なお、電子コンパスに到達する磁界の大きさは、携帯電話内のレイアウトやスピーカの形式及びサイズにより異なる。また、スピーカは、磁石の直流磁界と共にボイスコイルから交流磁界を発生しているが、交流磁界の大きさは直流磁界の数十分の一程度のため電子コンパスへの影響は小さく無視できる。

上記見地から、直流磁界を発生する電子部品が存在していても、直流磁界の方向に対応して、バイアス磁界が弱くならないように、好ましくはバイアス磁界が強くなるようにバイアス磁界の印加方向を設定し、その状態が実現できるように電子コンパス自体の向き、あるいは電子コンパス内の磁気センサの向きを変えて基板上に実装することにより、磁気センサにおいて直流磁界に対するヒステリシスが発生することを防止して、安定して磁気検出を行うことが可能となる。なお、上述したように、バイアス磁界が増加する方向の直流磁界は、電子コンパスにおける磁気センサの感度を減少させ、方位誤差が生じる傾向があるが、これについては電子コンパスのキャリブレーションにより磁気センサのオフセット電圧と感度とを補正することにより方位誤差を抑制することができる。また、温度変化や経時変化により直流磁界が変動する場合に対しても、電子コンパスのキャリブレーションで方位誤差を抑制することができる。

また、このような構成によれば、バイアス磁界が直流磁界によりキャンセルされることを抑えることができるので、ハードバイアスを強くする必要がなくなる。また、バイアス磁界が直流磁界によりキャンセルされることによる地磁気磁界に対する感度拡大の可能性が低下するため、信号処理系の入力信号範囲を広げる必要がなくなり、通常使用時の信号レベルを拡大することができる。

上述したように、電子コンパス１ｃは、直流磁界を発生する電子部品の直流磁界の方向に応じて、バイアス磁界を弱めないようにバイアス磁界印加方向を設定して配置されるので、前記電子部品の位置に応じて電子コンパス１ｃ内において磁気センサ１３ａ〜１３ｃを実装する向きが変わる可能性がある。このような場合においては、磁気センサに形成する電極パッドを、実装する向きが変わっても対応できるように設けておくことが望ましい。例えば、図５（ａ）に示すように、略直方体形状の磁気センサ１３ａ〜１３ｃの一面に第１電極パッド列３１と、その第１電極パッド列３１に並設された第２電極パッド列３２とを有するように形成する。このような構成を採ることにより、前記電子部品の位置に応じて電子コンパス１ｃ内における磁気センサ１３ａ〜１３ｃの向きを容易に反転して設置可能となる。すなわち、図５（ａ）に示す電極パッドでフリップチップボンディングを行う場合でもワイヤボンディングを行う場合でも所望の向きに反転して設置することができ、また、図５（ｂ）に示すように、一方の電極パッド列（ここでは第２電極パッド列３２）にバンプ３３を用いて基材１１上に形成された配線と直接接続するコーナーバンプボンディングを行うことができる。この場合において、第１電極パッド列３１と第２電極パッド列３２のいずれか一方のパッドを基材１１上に形成された配線と結線して磁気センサが動作する構成とすることにより、図５（ｂ）に示す磁気センサ１３ｃを上下反転して第１電極パッド列３１を用いてコーナーバンプボンディングを行って磁気センサ１３ｃを動作させることが可能となる。すなわち、図５に示す構成にすることにより、磁気センサを上下反転して実装することができる。このような電極パッド構成により、電子コンパス１ｃ内に３軸の磁気センサ１３ａ〜１３ｃをそれぞれ所望の向きで実装することが可能となる。これらの構成により、異なる環境で用いられるためにバイアス磁界の向きを変えた複数種類の磁気センサを、全く同一の部材を用いて製造することができるようになる。

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。また、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、部材の数、配置、材質などについては適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、２軸用電子コンパス、３軸用電子コンパスを搭載してなる電子機器に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る電子機器を示す平面図である。 図１に示す電子機器における電子コンパスを示す図である。 ＧＭＲ素子を説明するための図である。 外部磁界のバイアス磁界に対する影響を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁気センサの電極パッドの配列を説明するための図である。

符号の説明

１ 筺体
１ａ ディスプレイ
１ｂ スピーカ
１ｃ 電子コンパス
１１ 基材
１２ ＩＣ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 磁気センサ
１４ ワイヤ
１５ パッケージ材
２１ 反強磁性層
２２ 固定磁性層
２３ 非磁性材料層
２４ フリー磁性層
３１，３２ 電極パッド
３３ バンプ

Claims (4)

1. 所定の感度軸を有し前記感度軸と直交する方向にバイアス磁場を印加するハードバイアス層を有する磁気センサを少なくとも一つ搭載した磁気センサパッケージと、直流磁界を発生する電子部品と、を具備した電子機器であって、前記直流磁界の方向が前記磁気センサの前記ハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように前記磁気センサパッケージが配置されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記磁気センサパッケージは、互いに感度軸が異なる複数の磁気センサを搭載しており、前記直流磁界の方向が前記複数の磁気センサの前記ハードバイアス層のバイアス磁界を弱めない方向となるように前記磁気センサパッケージが配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記磁気センサは、略直方体形状を有しており、その一面に形成された第１電極パッド列と、前記第１電極パッド列に並設された第２電極パッド列と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電子機器。
4. 前記電子部品がスピーカであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子機器。

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