JP2010066030A - 磁気センシング素子、磁気センシング装置、方位検出装置及び情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で信頼性の高い磁気センシング素子を提供する。
【解決手段】カンチレバー構造を有する可動部２０１ｂにＺ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成され、非可動部にＸ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子とＹ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子とが形成されているセンサ部材１２１Ａと、該センサ部材１２１Ａをカバーするとともに、機械的な力を作用させて可動部２０１ｂを、該可動部２０１ｂ以外に対して傾斜させるための突起部を有するカバー部材とを備えている。この場合、従来の磁気センシング素子のように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向それぞれに対応する磁気センサ素子を個別に接着する必要がない。さらに、従来のように、磁気センサ素子の実装後に配線部材によって磁気センサと電極パッドとを接続する必要がない。
【選択図】図８

Description

本発明は、磁気センシング素子、磁気センシング装置、方位検出装置及び情報機器に係り、更に詳しくは、複数の磁気センサを有する磁気センシング素子、該磁気センシング素子を備える磁気センシング装置、方位検出装置、及び情報機器に関する。

近年、携帯端末の高機能化、高性能化が進展し、地図情報を元に、所望の位置に誘導するいわゆるナビゲーション機能を搭載した携帯電話も急速に普及しつつある。このようなアプリケーションでは、地磁気情報を有効に活用することにより、利便性が飛躍的に向上する。

地磁気はベクトル量であり、その強度は、一般に０．３〜０．５Ｏｅ（エルステッド）と言われており非常に弱いものである。このように非常に弱い強度の地磁気を高精度に検知するため、検出素子の特性向上が図られた（例えば、特許文献１〜３参照）。

また、地磁気は地球上の両磁極から発生する磁力線によるものであるために、平面ではない地球上でこの地磁気を検知する場合には、水平面のみの情報（２次元情報）では不十分である。従って、地磁気に関する情報を有効に活用するためには、地磁気の情報を３次元で検知する必要がある。

例えば、特許文献４には、３軸方向の磁気成分を検知することができる磁界検出装置が開示されている。

また、特許文献５には、少なくとも２つのステージ部と押圧部とを有する金属製薄板からなるリードフレームを用い、各ステージ部に磁気センサチップを接着した後、押圧部によって各ステージ部を傾斜させる磁気センサの製造方法が開示されている。

ところで、特許文献６には、集積回路の製造技術を応用して製作される電磁マイクロアクチュエータが開示されている。

特公平８−３１６２４号公報 特表２００３−５０９７０２号公報 特開２００２−２０７０７１号公報 特開２００５−２４９５５４号公報 特開２００４−１２８４７２号公報 特開平９−７８２６号公報

最近、携帯端末は、高機能化及び高性能化だけでなく、小型化の要求も高まっている。そこで、携帯端末に搭載される磁気センシング装置も小型化する必要がある。しかしながら、特許文献１〜３に開示されているセンサでは、３軸対応とするには小型化に限界があった。さらに、複数の磁気センサ素子を配線部材やワイヤーなどで接続しているため、長期の安定性や信頼性に対して不十分であった。また、特許文献４に開示されている磁界検出装置も、小型化に限界があった。

さらに、特許文献５に開示されている製造方法で製造された磁気センサは、接着という作業に適した大きさの磁気センサチップが必要なため、小型化に限界があった。また、接着工程が不可欠であるため、低コスト化が難しかった。さらに、接着強度のばらつき及び経時変化（経時劣化）の心配があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、小型で信頼性の高い磁気センシング素子を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、小型で、３軸方向に関する地磁気情報を精度良く検出することができる磁気センシング装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、小型で、方位を精度良く検出することができる方位検出装置を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、小型で、ユーザの要求に最適な情報を得ることができる情報機器を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、少なくとも１つの可動部が形成された基板、及び該基板における前記少なくとも１つの可動部を含む複数の位置にそれぞれ形成されている複数の磁気センサを有するセンサ部材と；前記センサ部材をカバーするとともに、機械的な力を作用させて前記少なくとも１つの可動部を、該可動部以外に対して傾斜させるカバー部材と；を備える磁気センシング素子である。

これによれば、小型で信頼性の高い磁気センシング素子を実現することができる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の磁気センシング素子と；前記磁気センシング素子における複数の磁気センサの出力信号、及び前記磁気センシング素子における少なくとも１つの可動部の傾斜角に基づいて、３軸方向に関する地磁気情報を求める演算装置と；を備える磁気センシング装置である。

これによれば、本発明の磁気センシング素子を有しているため、小型で、３軸方向に関する地磁気情報を精度良く検出することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の磁気センシング装置と；前記磁気センシング装置からの３軸方向に関する地磁気情報に基づいて、方位情報を求める方位取得装置と；を備える方位検出装置である。

これによれば、本発明の磁気センシング装置を備えているため、小型で、方位を精度良く検出することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、位置情報を取得する位置検出装置と；本発明の方位検出装置と；前記方位検出装置からの方位情報と前記位置検出装置からの位置情報に基づいて、情報を取得する情報取得装置と；を備える情報機器である。

これによれば、本発明の方位検出装置を備えているため、結果として、小型で、ユーザの要求に最適な情報を得ることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る情報機器としての携帯電話１０の外観が示されている。

この携帯電話１０は、一例として図２に示されるように、キー入力装置１１、表示装置１２、メモリ１３、無線回路１４、アンテナ１５、スピーカ１６、マイク１７、カメラモジュール１８、インターフェース（ＩＦ）１９、方位検出装置２０、位置検出装置２１、電源装置２３、及び主制御装置２２などを備えている。

キー入力装置１１は、ユーザがデータを入力したり、携帯電話１０に対する指示内容を選択したりするのに用いられ、テンキーや各種ファンクションキーなどを有している。ここで入力されたキー情報は主制御装置２２に通知される。なお、キーとしては、ハードウェアキー、ソフトウェアキーのいずれであっても良いし、それらが併用されても良い。

表示装置１２は、ユーザへの各種メッセージやユーザが入力した各種情報などを表示する。また、表示装置１２は、各種アプリケーション及びカメラモジュール１８での表示手段としても用いられる。

メモリ１３は、複数種類の記憶媒体を有し、それぞれに適した各種データが格納される。

無線回路１４は、アンテナ１５を介して、外部との双方向の無線通信を制御する。なお、音声データだけではなく、文字データや画像データも、通信データとして送受信することが可能である。さらに、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号も受信することができる。

スピーカ１６は、音声データや音楽データなどを音に変換して出力する。

マイク１７は、入力される音を電気信号に変換する。

カメラモジュール１８は、画像を撮像する。

インターフェース（ＩＦ）１９は、複数種類のインターフェースドライバを有し、外部機器（例えば、メモリチップ、ＵＳＢ機器など）との双方向のデータ通信を制御する。

方位検出装置２０は、携帯電話１０の長手方向が向いている方位情報を取得し、主制御装置２２に通知する。この方位検出装置２０の構成については後述する。

位置検出装置２１は、ＧＰＳ信号に基づいて携帯電話１０の位置情報を取得する。

電源装置２３は、各部に電力を供給する。

主制御装置２２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを有し、携帯電話１０の全体を制御する。

ここで、前記方位検出装置２０について説明する。この方位検出装置２０は、一例として図３に示されるように、磁気センシング装置１２０及び方位情報変換装置１３０を有している。

磁気センシング装置１２０は、３軸方向に関する地磁気データを出力する。

ここでは、磁気センシング装置１２０は、磁気センシング素子１２１と演算装置１２２を有している。

磁気センシング素子１２１は、一例として図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、センサ部材１２１Ａ、センサ部材１２１Ａをカバーするカバー部材１２１Ｂ、センサ部材１２１Ａを支持する支持部材１２１Ｃを有している。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、センサ部材１２１Ａの表面に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。

ここでは、カバー部材１２１Ｂは、センサ部材１２１Ａの＋Ｚ側の面をカバーしている。そして、支持部材１２１Ｃは、センサ部材１２１Ａの−Ｚ側の面を介してセンサ部材１２１Ａを支持している。

また、カバー部材１２１Ｂとセンサ部材１２１Ａ、及び支持部材１２１Ｃとセンサ部材１２１Ａは、接着剤によって接着されている。なお、それらは、いわゆる陽極接合によって接合されても良い。

そして、センサ部材１２１Ａとカバー部材１２１Ｂを分離させたときの斜視図が図５に示されている。

センサ部材１２１Ａは、一例として図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、基板２０１上にＴＭＲ素子１２１_Ｘ、ＴＭＲ素子１２１_Ｙ、ＴＭＲ素子１２１_Ｚ、複数の電極パッド２０２、及び複数の配線２０３が形成されている。

ＴＭＲ素子１２１_Ｘは、Ｘ軸方向の地磁気を検出するための磁気センサである。また、ＴＭＲ素子１２１_Ｙは、Ｙ軸方向の地磁気を検出するための磁気センサである。さらに、ＴＭＲ素子１２１_Ｚは、Ｚ軸方向の地磁気を検出するための磁気センサである。

基板２０１には、カンチレバー構造（片持ち梁構造）を有する可動部２０１ｂが形成されている。そして、この可動部２０１ｂの自由端近傍にＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成されている。

一方、ＴＭＲ素子１２１_Ｙ及びＴＭＲ素子１２１_Ｙは、可動部２０１ｂが支持されている非可動部２０１ａに形成されている。ここでは、ＴＭＲ素子１２１_ＸとＴＭＲ素子１２１_Ｙは、磁界の検知方向が互いにほぼ直交するように形成されている。

カバー部材１２１Ｂには、一例として図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示されるように、センサ部材１２１Ａの可動部２０１ｂに機械的な力を作用させるための突起部２５０が形成されている。

そこで、センサ部材１２１Ａがカバー部材１２１Ｂでカバーされると、一例として図８（Ａ）及び図８（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図８（Ｂ）に示されるように、カバー部材１２１Ｂの突起部２５０によって可動部２０１ｂに−Ｚ方向の押圧が作用する。そして、ＴＭＲ素子１２１_Ｚとともに可動部２０１ｂは、ＸＹ平面に対して傾斜することとなる。このときの傾斜角θは、ＸＹ面内での突起部２５０の位置（すなわち、押圧の作用位置）、及びＺ軸方向に関する突起部２５０の長さ（すなわち、突出量）によって決定される。なお、本実施形態では、一例として可動部２０１ｂの傾斜角θが７度となるように設定されている。

ところで、ＴＭＲ素子は、磁界に応じてその抵抗値が変化するトンネル磁気抵抗効果素子であり、一例として図９に示されるように、反強磁性体層としてＦｅ−Ｍｎ薄膜５２、強磁性体層（ピン層）としてＣｏ−Ｆｅ薄膜５３、絶縁体層として酸化アルミニウム膜５４、強磁性体層（フリー層）としてパーマロイ薄膜５５が、順に積層されたＴＭＲ構造膜を有している。なお、ＴＭＲ構造膜の層構成及び層材料は、これに限定されるものではない（例えば、宮崎照宣著、「スピントロニクス」、日刊工業新聞社、２００４年、参照）。

そこで、一例として図１０に示されるように、各ＴＭＲ素子には一定の電流が演算装置１２２から供給され、各ＴＭＲ素子の電圧がそれぞれの信号として演算装置１２２に出力される。

次に、センサ部材１２１Ａの作製方法について簡単に説明する。

ここでは、基板２０１には、表面が（１００）面であり、膜厚が５００ｎｍの熱酸化膜が形成されている単結晶シリコン（Ｓｉ）のウエハを用いた（図１１（Ａ）参照）。

（１）マグネトロンスパッタリング法を用いて、基板２０１の熱酸化膜上に上記ＴＭＲ構造膜を成膜する（図１１（Ｂ）参照）。

（２）フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、ＴＭＲ素子に対応する領域以外のＴＭＲ構造膜を除去する（図１１（Ｃ）及び図１１（Ｄ）参照）。ここでは、ＴＭＲ素子に対応する領域は長方形であり、短い辺の長さＤａを７０μｍ、長い辺の長さＤｂを２００μｍとした。

（３）一例として図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示されるように、ＴＭＲ構造膜の微細加工を行う。

（４）スパッタリング法を用いて、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２膜を３００ｎｍの厚さで成膜する。

（５）公知の手段を用いてコンタクトホールを開口する。

（６）アルミニウムの成膜及びパターニング加工により配線２０３及び電極パッド２０２を形成する（図１３（Ａ）参照）。これによって、ＴＭＲ素子ができ上がる。なお、一例として図１３（Ｂ）に、ＴＭＲ構造膜における配線２０３のコンタクト位置が示されている。原理的には、１つのＴＭＲ素子には４つの端子が必要となるが、ここでは１つの端子を共有化し、３つの端子を設けている。

（７）カンチレバー構造の可動部２０１ｂを形成するため、レジストフィルムを用いてエッチングマスクを形成する（図１４（Ａ）参照）。

（８）シリコンのドライエッチング技術を用いて、エッチングマスクでマスクされていない部分のエッチングを行う。

（９）エッチングマスクを取り除く（図１４（Ｂ）参照）。

ここでは、図１５（Ａ）におけるＤ１１は５００μｍ、Ｄ１２は１５０μｍ、Ｄ１３は０．９ｍｍ、Ｄ１４は３ｍｍとした。また、図１５（Ｂ）におけるＤ１５は０．５ｍｍとした。

カバー部材１２１Ｂは、センサ部材１２１Ａと同様にシリコンウェハを用い、フォトリソグラフィー及びドライエッチング技術を用いて作製した。ここでは、図１６におけるＤ２１は５００μｍ、Ｄ２２は２００μｍφとした。突起部２５０は弾性を有している。

支持部材１２１Ｃは、センサ部材１２１Ａと同様にシリコンウェハを用い、フォトリソグラフィー及びドライエッチング技術を用いて作製した。ここでは、図１７におけるＤ３１は１．５ｍｍとした。

なお、カバー部材１２１Ｂ及び支持部材１２１Ｃは、センサ部材１２１Ａを保護する役割も有している。すなわち、カバー部材１２１Ｂ及び支持部材１２１Ｃは、いずれも磁気センシング素子１２１のパッケージング部材の一部を兼ねている。

従って、磁気センシング素子１２１は、厚さ（ここでは、Ｚ軸方向の長さ）が３ｍｍ未満となり、従来の磁気センシング素子よりも薄くすることができた。

演算装置１２２は、図１８に示されるように、演算回路１２２_１、各ＴＭＲ素子の出力電圧を増幅する増幅回路１２２_２、各ＴＭＲ素子に一定の電流を供給する定電流回路１２２_３を有している。

演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅されたＴＭＲ素子１２１_Ｘの出力電圧に基づいてＸ軸方向に関する地磁気データを算出し、ＴＭＲ素子１２１_Ｙの出力電圧に基づいてＹ軸方向に関する地磁気データを算出する。さらに、演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅されたＴＭＲ素子１２１_Ｚの出力電圧及び可動部２０１ｂの傾斜角θに基づいてＺ軸方向に関する地磁気データを算出する。すなわち、演算回路１２２_１は、３軸方向に関する地磁気データを算出する。なお、可動部２０１ｂの傾斜角θに関する情報（ここでは、設計値）は、予め計測あるいは計算され、演算回路１２２_１の不図示のメモリに格納されている。

演算回路１２２_１で算出された３軸方向に関する地磁気データは、方位情報変換装置１３０に出力される。

方位情報変換装置１３０は、磁気センシング装置１２０（厳密には、演算回路１２２_１）からの３軸方向に関する地磁気データに基づいて、公知の演算処理を行い、携帯電話１０の長手方向が向いている方位情報（例えば、方位角）を取得する。ここで取得された方位情報は、主制御装置２２に出力される。

図２に戻り、主制御装置２２は、方位検出装置２０で取得された方位情報及び位置検出装置２１で取得された位置情報に基づいて、ユーザの要求に最適な情報（例えば、ナビゲーション情報）を表示装置１２に表示する（例えば、特開２００１−２８９６４６号公報参照）。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る磁気センシング素子１２１では、３つのＴＭＲ素子によって複数の磁気センサが構成されている。

また、本実施形態に係る方位検出装置２０では、方位情報変換装置１３０によって方位取得装置が構成されている。

また、本実施形態に係る携帯電話１０では、主制御装置２２によって情報取得装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る磁気センシング素子１２１によると、カンチレバー構造を有する可動部２０１ｂにＺ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成され、非可動部２０１ａにＸ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子１２１_ＸとＹ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子１２１_Ｙとが形成されているセンサ部材１２１Ａと、該センサ部材１２１Ａをカバーするとともに、機械的な力を作用させて可動部２０１ｂを、該可動部２０１ｂ以外に対して傾斜させるための突起部２５０を有するカバー部材１２１Ｂとを備えている。

この場合、各ＴＭＲ素子は基板２０１上に形成されているため、従来の磁気センシング素子のように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向それぞれに対応する磁気センサ素子（磁気センサチップ）を個別に接着する必要がない。そこで、従来の接着工程が不要となり、低コスト化を図ることが可能となる。また、接着部分がないため、接着強度のばらつきや経時変化（経時劣化）の心配がない。さらに、磁気センサ素子の大きさに制約がない。

また、可動部２０１ｂ及び各ＴＭＲ素子は、マイクロマシニング技術を利用して作製されているため、磁気センシング素子１２１の小型化、特に高さ方向（ここでは、Ｚ軸方向）の小型化を図ることが可能である。

さらに、ＴＭＲ素子の形成時に配線及び電極パッドも形成することができるため、従来のように、磁気センサ素子の実装後に配線部材によって磁気センサと電極パッドとを接続する必要がなく、長期の安定性や信頼性に対して十分に対応することが可能である。

すなわち、信頼性を高く維持したまま小型化を図ることが可能である。

また、可動部２０１ｂを傾斜させるのにエネルギを必要としないため、省エネルギ化を図ることが可能である。

また、磁気センサとしてＴＭＲ素子を使用しているため、消費電力を小さくすることができる。

また、カバー部材１２１Ｂ及び支持部材１２１Ｃが、パッケージ部材の一部を兼ねているため、製造工程の簡略化と低コスト化を同時に満足させることが可能である。

さらに、センサ部材１２１Ａ、カバー部材１２１Ｂ及び支持部材１２１Ｃが、いずれも同じ材質であるため、熱膨張率の差による応力の発生や機械的強度の低下などパッケージングの際に懸念される問題を解消することができる。

また、Ｚ軸方向の地磁気を検出するためのＴＭＲ素子１２１_Ｚを基板２０１の（１００）面に形成しているため、傾斜面にＴＭＲ素子１２１_Ｚを形成する場合（例えば、特開２００４−３５４１８２号公報及び特開２００４−００６７５２号公報参照）に比べて、容易に良好なＴＭＲ素子を形成することができる。そして、各ＴＭＲ素子の感度を互いにほぼ等しくすることができる。

そして、本実施形態に係る磁気センシング装置１２０によると、小型で信頼性の高い磁気センシング素子１２１を有しているため、小型で、３軸方向に関する地磁気情報を精度良く検出することが可能である。

また、本実施形態に係る方位検出装置２０によると、磁気センシング装置１２０を有しているため、結果として、小型で、方位を精度良く検出することが可能である。

また、本実施形態に係る携帯電話１０によると、小型で、方位を精度良く検出することができる方位検出装置２０を備えているため、その結果、小型で、ユーザの要求に最適な情報を得ることが可能である。

なお、上記実施形態では、可動部１０２ｂの厚さ（Ｚ軸方向に関する長さ）が非可動部１０２ａの厚さと同じ場合について説明したが、これに限らず、例えば、可動部１０２ｂの厚さを非可動部１０２ａの厚さの１／２あるいは１／３としても良い。この場合には、可動部１０２ｂの傾斜角を大きくすることができる。

また、上記実施形態では、可動部２０１ｂの傾斜角θが７度の場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態において、一例として図１９に示されるように、可動部１０２ｂの傾斜角を検出するためのセンサとしてピエゾ抵抗素子２６０を可動部１０２ｂに形成しても良い。

ピエゾ抵抗素子２６０は、引張応力や圧縮応力が加わるとその抵抗値が変化するという特性を有している。そこで、可動部１０２ｂが傾斜して変形すると、その変形量に応じて抵抗値が変化する。このピエゾ抵抗素子２６０も、マイクロマシニング技術を用いて基板２０１上に形成することができる。なお、ピエゾ抵抗素子２６０は、可動部２０１ｂにおけるカバー部材１２１Ｂの突起部２５０が干渉しない領域に形成される。

なお、ピエゾ抵抗素子２６０として、ボロンが注入されているピエゾ抵抗素子を用いる場合には、ピエゾ抵抗素子を形成する際の、ボロンを注入したあとの熱拡散工程で、９００℃という高温プロセスが必要となる。ところで、ＴＭＲ素子は、３５０℃以上の高温では特性を失ってしまう。そこで、ピエゾ抵抗素子の形成は、ＴＭＲ素子の形成より前に行う必要がある。

この場合には、前記増幅回路１２２_２は、ピエゾ抵抗素子２６０の出力信号も増幅することとなる。そして、演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅されたピエゾ抵抗素子２６０の出力信号から可動部１０２ｂの傾斜角を求め、その傾斜角と増幅回路１２２_２で増幅されたＴＭＲ素子１２１_Ｚの出力電圧とから、Ｚ軸方向に関する地磁気データを算出する。これにより、地磁気の検出精度を更に向上させることができる。

なお、ピエゾ抵抗素子２６０の出力信号と可動部１０２ｂの傾斜角との関係は、予め実験等により求められ、演算回路１２２_１の不図示のメモリに格納されている。

また、上記実施形態において、前記磁気センシング素子１２１に代えて、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示される磁気センシング素子１３１を用いても良い。この磁気センシング素子１３１は、センサ部材１３１Ａ、カバー部材１３１Ｂ及び支持部材１３１Ｃを有している。

センサ部材１３１Ａには、一例として図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）に示されるように、前記ＴＭＲ素子１２１_Ｘ、前記ＴＭＲ素子１２１_Ｙ、２つの前記ＴＭＲ素子１２１_Ｚ、複数の電極パッド、及び複数の配線が形成されている。なお、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図２１（Ｃ）は、図２１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

センサ部材１３１Ａの基板には、２つの可動部（２０５_１、２０５_２）が形成されている。

各可動部は、両端がトーションバー２０６によって支持されている平板であり、トーションバー２０６を軸として回動することができる。

各可動部（２０５_１、２０５_２）には、いずれもＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成されている。また、ＴＭＲ素子１２１_Ｘ及びＴＭＲ素子１２１_Ｙは、上述した磁気センシング素子１２１と同様に、非可動部に検出方向が互いに直交するように形成されている。

カバー部材１３１Ｂは、一例として図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）に示されるように、センサ部材１３１Ａの可動部２０５_１に機械的な力を作用させるための突起部２５０_１、及び可動部２０５_２に機械的な力を作用させるための突起部２５０_２を有している。

そこで、センサ部材１３１Ａがカバー部材１３１Ｂでカバーされると、一例として図２３（Ａ）及び図２３（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図２３（Ｂ）に示されるように、カバー部材１３１Ｂの各突起部によって各可動部に−Ｚ方向の押圧が作用する。そして、可動部２０５_１は時計回りに回動し、可動部２０５_２は反時計回りに回動する。なお、ここでは、各可動部の傾斜角の大きさが１０度となるように設定されている。

この場合には、演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅された２つのＴＭＲ素子１２１_Ｚの出力電圧及び各可動部（２０５_１、２０５_２）の傾斜角θに基づいてＺ軸方向に関する地磁気データを算出する。ここでは、互いに傾斜方向が異なる２つのＴＭＲ素子１２１_Ｚの検出結果を用いているため、検出精度を更に向上させることができるとともに、ＴＭＲ素子１２１_Ｚの不感領域を考慮する必要がない。

センサ部材１３１Ａ、カバー部材１３１Ｂ及び支持部材１３１Ｃは、上述した磁気センシング素子１２１と同様に、マイクロマシニング技術を用いて作製することができる。そして、磁気センシング素子１３１の大きさは、前記磁気センシング素子１２１とほぼ同じとすることができる。

なお、２つの可動部（２０５_１、２０５_２）の位置関係は、これに限定されるものではない。また、可動部２０５_１の傾斜角と可動部２０５_２の傾斜角が互いに異なっていても良い。

また、上記実施形態において、前記磁気センシング素子１２１に代えて、図２４（Ａ）〜図２６（Ｃ）に示されるように、センサ部材１４１Ａ、カバー部材１４１Ｂ及び支持部材１４１Ｃを有する磁気センシング素子１４１を用いても良い。

センサ部材１４１Ａには、図２４（Ａ）に示されるようにカンチレバー構造の３つの可動部（２０１ｂｘ、２０１ｂｙ、２０１ｂｚ）が形成されている。そして、可動部２０１ｂｘの自由端近傍に前記ＴＭＲ素子１２１_Ｘが形成され、可動部２０１ｂｙの自由端近傍に前記ＴＭＲ素子１２１_Ｙが形成され、可動部２０１ｂｚの自由端近傍に前記ＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成されている。

カバー部材１４１Ｂは、ＴＭＲ素子１２１_Ｙが形成されている可動部２０１ｂｙに機械的な力を作用させるための突起部２５０_１、及びＴＭＲ素子１２１_Ｚが形成されている可動部２０１ｂｚに機械的な力を作用させるための突起部２５０_２を有している。

そこで、図２６（Ａ）に示されるように、センサ部材１４１Ａがカバー部材１４１Ｂでカバーされると、図２６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である図２６（Ｂ）に示されるように、カバー部材１４１Ｂの突起部２５０_２によって可動部２０１ｂｚに−Ｚ方向の押圧が作用する。そして、可動部２０１ｂｚは傾斜し、それに伴ってＴＭＲ素子１２１_ＺはＸＹ平面に対して傾斜することとなる。

また、このとき、図２６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である図２６（Ｃ）に示されるように、カバー部材１４１Ｂの突起部２５０_１によって可動部２０１ｂｙに−Ｚ方向の押圧が作用する。そして、可動部２０１ｂｙは傾斜し、それに伴ってＴＭＲ素子１２１_ＹはＸＹ平面に対して傾斜することとなる。

この場合は、３個のＴＭＲ素子の空間的な位置関係は、それぞれすべて異なる平面上にあることとなる。

そして、演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅されたＴＭＲ素子１２１_Ｙの出力電圧及び可動部２０１ｂｙの傾斜角に基づいてＹ軸方向に関する地磁気データを算出する。また、演算回路１２２_１は、増幅回路１２２_２で増幅されたＴＭＲ素子１２１_Ｚの出力電圧及び可動部２０１ｂｚの傾斜角に基づいてＺ軸方向に関する地磁気データを算出する。

センサ部材１４１Ａ、カバー部材１４１Ｂ及び支持部材１４１Ｃは、上述した磁気センシング素子１２１と同様に、マイクロマシニング技術を用いて作製することができる。そして、磁気センシング素子１４１の大きさは、前記磁気センシング素子１２１とほぼ同じとすることができる。

なお、可動部２０１ｂｙの傾斜角と可動部２０１ｂｚの傾斜角が互いに異なっていても良い。

そして、一例として図２７に示されるように、この場合に、各可動部に前記ピエゾ抵抗素子２６０が形成されても良い。

また、上記実施形態において、前記磁気センシング素子１２１に代えて、一例として図２８及び図２９に示されるように、センサ部材１５１Ａ、カバー部材１５１Ｂ及び支持部材１５１Ｃを有する磁気センシング素子１５１を用いても良い。

センサ部材１５１Ａでは、前記ＴＭＲ素子１２１_Ｘ、前記ＴＭＲ素子１２１_Ｙ、及び２つの前記ＴＭＲ素子１２１_Ｚが、いずれもトーションバー２０６によって支持されている平板２０５に形成されている。

この場合であっても、カバー部材１５１Ｂに、各可動部に対応した突起部を形成することによって、４個のＴＭＲ素子の空間的な位置関係を、それぞれすべて異なる平面上にあることとすることができる。

また、上記実施形態において、前記磁気センシング素子１２１に代えて、一例として図３０〜図３２（Ｂ）に示される磁気センシング素子１６１を用いても良い。

この磁気センシング素子１６１は、センサ部材１６１Ａ、カバー部材１６１Ｂ及び支持部材１６１Ｃを有し、図３１に示されるように、支持部材１６１Ｃの内部に傾斜面が形成されていることに特徴を有している。

カバー部材１６１Ｂは、上記カバー部材１２１Ｂと同じカバー部材である。

センサ部材１６１Ａは、図３２（Ａ）に示されるように、可動部２０１ｂの厚さ（ここでは、Ｚ軸方向の長さ）が上記センサ部材１２１Ａよりも薄くなっている。

この場合には、一例として図３２（Ｂ）に示されるように、可動部２０１ｂを支持部材１６１Ｃの傾斜面に沿って傾斜させることができる。これにより、可動部２０１ｂの傾斜角の精度を担保することができる。

例えば、支持部材１３１Ｃの材料がシリコンの場合には、表面が（１００）面であれば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（水酸化テトラエチルアンモニウム）をエッチング液として用いる異方性エッチングを行うことにより｛１１１｝面の傾斜面を容易に形成することができる。このときの傾斜面の傾斜角は５４．７度である。

また、上記実施形態では、基板２０１の材料がシリコンの場合について説明したが、これに限定されるものではない。可動部が傾斜できる程度の弾性、マイクロマシニング技術を利用することができる程度の加工性、耐熱性、ＴＭＲ素子の形成に適した表面平坦性（例えば、Ｒａ≦１．０ｎｍ）を有していれば良い。なお、上記実施形態で用いたのと同等の熱酸化膜が形成されているシリコンのウエハは、原子間力顕微鏡装置（ＳＩＩ社製、本体：ＳＰＡ３００、コントローラ：ＳＡＰ３８００Ｎ）を用いて１μｍ×１μｍのエリアを複数箇所測定したところ、Ｒａの平均値がほぼ０．２ｎｍであった。

また、上記実施形態では、磁気センサがトンネル磁気抵抗効果素子の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子であっても良い。

また、上記実施形態では、カバー部材の突起部が円柱状の場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。要するに、センサ部材の可動部に機械的な力を作用させ、可動部を傾斜させることができれば良い。

また、上記実施形態では、カバー部材の突起部によってセンサ部材の可動部に機械的な力を作用させる場合について説明したが、突起部以外でセンサ部材の可動部に機械的な力を作用させても良い。

また、上記実施形態における各寸法は一例であり、これらに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、情報機器が携帯電話の場合について説明したが、これに限定されるものではない。地磁気情報を必要とする情報機器であれば良い。例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）であっても良い。

以上説明したように、本発明の磁気センシング素子によれば、信頼性を低下させることなく小型化するのに適している。また、本発明の磁気センシング装置によれば、小型で、３軸方向に関する地磁気情報を精度良く検出するのに適している。また、本発明の方位検出装置によれば、小型で、方位を精度良く検出するのに適している。また、本発明の情報機器によれば、小型で、ユーザの要求に最適な情報を得るのに適している。

本発明の一実施形態に係る携帯電話の外観を説明するための図である。 図１の携帯電話の概略構成を説明するための図である。 方位検出装置を説明するための図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ磁気センシング素子を説明するための図（その１）である。 磁気センシング素子を説明するための図（その２）である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれセンサ部材を説明するための図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれカバー部材を説明するための図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれカバー部材の突起部とセンサ部材の可動部との関係を説明するための図である。 ＴＭＲ素子を説明するための図である。 ＴＭＲ素子の入出力を説明するための図である。 図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は、それぞれセンサ部材の作製方法を説明するための図（その１）である。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、それぞれセンサ部材の作製方法を説明するための図（その２）である。 図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれセンサ部材の作製方法を説明するための図（その３）である。 図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれセンサ部材の作製方法を説明するための図（その４）である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれセンサ部材の各寸法を説明するための図である。 カバー部材の各寸法を説明するための図である。 保持部材の寸法を説明するための図である。 演算装置を説明するための図である。 ピエゾ抵抗素子を説明するための図である。 図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、それぞれ磁気センシング素子の変形例１を説明するための図である。 図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、それぞれ変形例１の磁気センシング素子におけるセンサ部材を説明するための図である。 図２２（Ａ）〜図２２（Ｃ）は、それぞれ変形例１の磁気センシング素子におけるカバー部材を説明するための図である。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれ変形例１の磁気センシング素子におけるカバー部材の突起部とセンサ部材の可動部との関係を説明するための図である。 図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、それぞれ変形例２の磁気センシング素子におけるセンサ部材を説明するための図である。 図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）は、それぞれ変形例２の磁気センシング素子におけるカバー部材を説明するための図である。 図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）は、それぞれ変形例２の磁気センシング素子におけるカバー部材の突起部とセンサ部材の可動部との関係を説明するための図である。 変形例２の磁気センシング素子におけるピエゾ抵抗素子を説明するための図である。 変形例３の磁気センシング素子におけるセンサ部材を説明するための図である。 変形例３の磁気センシング素子におけるカバー部材の突起部とセンサ部材の可動部との関係を説明するための図である。 磁気センシング素子の変形例４を説明するための図である。 変形例４の磁気センシング素子における支持部材を説明するための図である。 図３２（Ａ）及び図３２（Ｂ）は、それぞれ変形例４の磁気センシング素子における支持部材の傾斜面の作用を説明するための図である。

符号の説明

１０…携帯電話、２０…方位検出装置、２１…位置検出装置、２２…主制御装置（情報取得装置）、１２０…磁気センシング装置、１２１…磁気センシング素子、１２１Ａ…センサ部材、１２１Ｂ…カバー部材、１２１Ｃ…保持部材、１２１_Ｘ…ＴＭＲ素子（磁気センサ）、１２１_Ｙ…ＴＭＲ素子（磁気センサ）、１２１_Ｚ…ＴＭＲ素子（磁気センサ）、１２２…演算装置、１３０…方位情報変換装置（方位取得装置）、１３１…磁気センシング素子、１３１Ａ…センサ部材、１３１Ｂ…カバー部材、１３１Ｃ…保持部材、１４１Ａ…センサ部材、１４１Ｂ…カバー部材、１４１Ｃ…保持部材、１５１Ａ…センサ部材、１５１Ｂ…カバー部材、１５１Ｃ…保持部材、１６１Ａ…センサ部材、１６１Ｂ…カバー部材、１６１Ｃ…保持部材、２０１ｂ…可動部、２０１ｂｘ…可動部、２０１ｂｙ…可動部、２０１ｂｚ…可動部、２０５_１…可動部、２０５_２…可動部、２５０…突起部、２５０_１…突起部、２５０_２…突起部、２６０…ピエゾ抵抗素子。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの可動部が形成された基板、及び該基板における前記少なくとも１つの可動部を含む複数の位置にそれぞれ形成されている複数の磁気センサを有するセンサ部材と；
   前記センサ部材をカバーするとともに、機械的な力を作用させて前記少なくとも１つの可動部を、該可動部以外に対して傾斜させるカバー部材と；を備える磁気センシング素子。
2. 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング素子。
3. 前記センサ部材を支持し、傾斜した前記少なくとも１つの可動部が当接する傾斜面を有する支持部材を、更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センシング素子。
4. 前記支持部材は、表面が（１００）面の単結晶シリコンからなり、前記傾斜面は異方性エッチングによって形成された｛１１１｝面のうちの一つの面であることを特徴とする請求項３に記載の磁気センシング素子。
5. 前記支持部材は、パッケージ部材の一部を兼ねていることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気センシング素子。
6. 前記少なくとも１つの可動部は、カンチレバー構造を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
7. 前記少なくとも１つの可動部は、両端がトーションバーによって支持されている平板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
8. 前記カバー部材は、前記少なくとも１つの可動部に押圧を作用させるための突起部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
9. 前記カバー部材は、パッケージ部材の一部を兼ねていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
10. 前記少なくとも１つの可動部は、複数の可動部であり、
    該複数の可動部は、互いに異なる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
11. 前記センサ部材は、前記少なくとも１つの可動部に形成され、該可動部の傾斜角を計測するためのセンサを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
12. 前記傾斜角を計測するためのセンサは、ピエゾ抵抗素子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の磁気センシング素子。
13. 前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の磁気センシング素子。
14. 前記磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気センシング素子。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の磁気センシング素子と；
    前記磁気センシング素子における複数の磁気センサの出力信号、及び前記磁気センシング素子における少なくとも１つの可動部の傾斜角に基づいて、３軸方向に関する地磁気情報を求める演算装置と；を備える磁気センシング装置。
16. 請求項１５に記載の磁気センシング装置と；
    前記磁気センシング装置からの３軸方向に関する地磁気情報に基づいて、方位情報を求める方位取得装置と；を備える方位検出装置。
17. 位置情報を取得する位置検出装置と；
    請求項１６に記載の方位検出装置と；
    前記方位検出装置からの方位情報と前記位置検出装置からの位置情報に基づいて、情報を取得する情報取得装置と；を備える情報機器。

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