JP2015206683A - 磁性ワイヤ整列装置とワイヤ整列方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁性ワイヤを基板上の溝に沿って、ひねり歪を残存させることなく微小間隔で多数本整列配置する装置およびそのワイヤ組付け方法に関する発明で、ＭＩ素子のマイクロサイズ化を実現するためのものである。【解決手段】ピーンと張った磁性ワイヤを基準線にして、微小間隔で基板に形成された溝を基準軸として両者の位置関係をマイクロスコープによりずれを測定して、それを固定台送り装置により調整することで?１μｍの精度でワイヤを基板上の溝の中に整列する。それを磁石力だけで固定することで、ひねり歪などを除去した後に、ＭＩ素子の感磁体ワイヤとして樹脂で固着する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性ワイヤを基板上の多数の溝に沿って、ひねり歪を残存させることなく多数本整列配置する装置およびそのワイヤ整列方法に関するものである。

超高感度マイクロ磁気センサであるＭＩセンサは、直径数十μｍの微小な磁性ワイヤを検磁体としたもので、電子コンパス、医療用センサ、セキュリティセンサなどの幅広く使用されている。磁界検知素子であるＭＩ素子は、磁性アモルファスワイヤを素子の長手方向に配置し、それを周回する検知コイルとコイル両端とワイヤ両端の４つの電極とを基板上に一体に組みつけたものである。

磁性ワイヤは、直径１０から３０μｍのものが素子基板上に取り付けられている。直接、両端の電極に半田付けする方法は内部応力が増加して磁性ワイヤの特性が大きく低下する。そこでワイヤを基板上にフリーな状態に設置しておいて、素子毎のワイヤ両端を超音波にて固定する方法が特許文献１に開示されている。ひねり応力が無くなり、対称性を有するセンサ出力が得ることに成功している。しかしこの方法は一点一点を超音波接合するので極めて生産性が悪く実用的では無かった。次にワイヤ径に比べて十分大きく広くて深い溝にワイヤを埋設して樹脂で固定し、素子毎のワイヤ両端を一度の工程でメッキ接合すると同時に検出コイルをフォトリソグラフィを使った微細加工技術で作製した特許文献２の方法は、生産性に優れており、しかもひねり応力が無い状態で固定するのでセンサ出力も良好である。しかしコイルピッチを微細化するのは困難であった。ワイヤを直接基板上に配置する特許文献３の方法は、ワイヤの仮止めが不安定でワイヤの蛇行を許容し素子間の特性ばらつきが増加してしまっている。また配置したワイヤは位置ずれしやすく、生産上のトラブルの原因となっている。さらに樹脂で固化固定する際、樹脂の膜厚が５〜１０μｍと厚くなり、コイルピッチを微細化するのは困難であった。

現在、ＭＩセンサは、用途の拡大に伴い、その高感度化、マイクロサイズ化、測定レンジの拡大など一層の性能改善が求められている。それを実現する高機能でマイクロサイズのＭＩ素子の開発が、磁性ワイヤの直径は３０μｍから１０μｍへの細径化、素子内のワイヤ感磁体の複数化、コイルピッチは３０μmから５μmへと微細化などと研究開発されている。

測定レンジの拡大の方法は特許文献４に開示されているが、高感度化とマイクロサイズ化のトレードオフ問題が解決できていない。つまり測定レンジの拡大のためには、ワイヤの長さを短くして反磁界を増加させることが必要であるが、この場合素子のマイクロサイズ化は実現するが、検出コイルの巻き数が減少して感度が低下してしまう。この問題を解決する方法の一つが、一個の素子の中にワイヤを多数個配置することである。またコイルピッチの微細化も有効であるが、従来のワイヤ整列方法ではコイルの微細化は困難であった。コイルピッチの微細化のためには基板面を基準にコイルの凹凸を小さくする必要があるので、ワイヤを微小な溝内に整列配置して、ワイヤ下部だけが溝内に埋設し、基板の凹凸を小さくするワイヤ整列方法の開発が必要である。

さらに磁性ワイヤの直径の細径化するほど捻り応力は残存しやすくなる。またワイヤの直径を小さくするほどワイヤが同じ長さならば反磁界は小さくなるので、ワイヤ長さをさらに短くする必要がある。多数個のワイヤを一つの素子に配置するためには、従来のワイヤ整列装置に比べて、より微細にワイヤを整列配置する必要がある。このように高機能でマイクロサイズのMI素子を実現するためには、より高度なワイヤの微細整列技術および磁性ワイヤ整列装置の開発が必要となっている。

先行の特許文献を下記にまとめて示す。

特開２０００−８１４７１号公報 再公表特許ＷＯ２００３／０７１２９９ 国際公開公報ＷＯ２０１２０４３１６０Ａ１ 特許第５１１０１４２号

従来、磁性ワイヤ整列装置は、微細な磁性ワイヤを巻きつけたワイヤボビンとボビンからワイヤを引出すワイヤリール、ワイヤ張力負荷装置およびワイヤ固定チャックからなるワイヤ供給部と、ワイヤ引出チャック、引出ワイヤ両端固定装置、ワイヤ整列用基板、基板固定台、引出張り状態のワイヤ仮押さ装置と引出側固定位置と仮押さえ位置の間に取り付けた切断機とからなるワイヤ引出張り部および引出張り状態のワイヤと基板面上のワイヤ整列線の両者の位置状態を確認するマイクロスコープなど検出装置と両者の位置ずれを調整する基板固定台を移動させる昇降および横送り機構および回転調整機構からなるワイヤ位置決め部と、ワイヤ引出、両端固定、固定台の調整位置への上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動を連続的に繰り返す制御装置とから構成されている。しかし、ＭＩ素子のマイクロサイズ化や素子内に多数個のワイヤを配置するためには、ひねり応力など有害な内部応力を発生させないことを前提に、ワイヤを微細溝に沿って、多数個の並列配置を実現し、しかも安定で位置ずれのトラブルが発生しないワイヤ整列装置とワイヤ整列方法の開発が求められている。

本発明者は、従来の装置の機械的精度に依存した方法では微細化には限界があることに気づき、ワイヤ供給部からワイヤを引出チャックで引出し、ピーンと張った状態のワイヤを整列の基準線にして、基板上の溝との位置関係をマイクロスコープで調整制御することで、基板上にワイヤを微細な間隔で整列取付けできることに思い至った。ワイヤを基準線として、一方基板上にワイヤを埋設するワイヤ径より少し広めの溝を設け、基板側の基軸線とし、ワイヤ基準線と基板側の基軸線を基板近接位置に設置したマイクロスコープにて観察し、ワイヤ基準線と基板上の基軸線とのずれを基板固定台の送り装置で横方向、上下方向および回転方向それぞれ調整して両軸線を一致させる方法を考案した。溝の代わりに基板上に位置合わせに必要なマーキングあるいはガイドを設けて活用することも可能である。

本発明は、ＭＩ素子のマイクロサイズ化を主眼にした発明なので、具体的なイメージが掴みやすいように構成要素の代表的な寸法を表記して説明する。もちろん本発明が説明に用いた寸法に限定されるものではない。
基板固定台は、±１μの精度で稼働する左右方向の横送り機構と上下方向の昇降機構を有している。左右方向の横送り機構により、ワイヤ基準線と基板側の基軸線の両者のずれを±１μの精度で検出して、直径１０μｍのワイヤを２０μｍ幅の溝に配置することができる。

上下方向の昇降機構は、ワイヤと基板との間隔を接触または１μｍ程度以下と可能な限り近接させ、１μｍの解像度を持つマイクロスコープにより両者の観察を可能にして、左右方向位置の調整後に溝の深さだけ、つまりおよそ７μｍ程度だけ固定台を上昇させて、溝にワイヤーを埋設することを可能にするものである。
回転機構は、ワイヤ基準線と基軸線である溝線とが平行になるように調整するためのものである。

装置の制御能力は、使用するワイヤ径を基礎単位にして、ワイヤ径に対して溝の幅は１．２から３倍程度とし、溝の深さは０．５から１．２倍程度として、固定台の送り機構の送り精度は、ワイヤ径の１／５程度以下にする必要がある。本発明はこの数値関係を限定するものではないが、ＭＩ素子のマイクロサイズ化を実現するためには上記数値範囲とすることが望ましい。

固定台の左右方向の横送り機構については、素子内に多数個のワイヤを整列配置する場合のために、素子間の間隔ピッチと素子内のワイヤ間隔ピッチおよびコイル内のワイヤ間隔ピッチの三つの異なるピッチ送りで制御することを可能にした。ワイヤは単位素子内に、複数個のコイルおよびコイル内に複数個を整列配置し、それを繰り返し基板全面に多数の単位ＭＩ素子を整列配置した。
送り装置は、素子間隔ピッチは２００から４００μｍ程度と長く移動し、ワイヤ間隔ピッチは５０から１００μｍ程度の小さな移動、およびコイル内ワイヤの間隔は、ワイヤ径を最小に20μｍ程度と非常に微細な移動を可能にする。しかも基板全体にワイヤを整列させる必要があるので基板の大きさ、６０ｍｍから２００ｍｍ程度の移動距離を±１μｍの精度で移動する能力を持つ送り装置を採用する必要がある。ただし、多数個ワイヤを使う場合の固定台の移動距離は、ワイヤ本数で除した距離でよい。

ワイヤのひねり応力については、十分大きな張力を付加して磁性ワイヤを張り、その状態でワイヤを両端を固定すると同時に基板固定台に埋めこまれた磁石による磁力でワイヤを基板上に吸着してから、ワイヤを切断した後、ワイヤ押さえとワイヤ引出チャックのワイヤ両端を開放して、基板上の溝の拘束力と磁石の磁力の吸着力でワイヤを基板上に保持し、この状態ではワイヤは自由で無固定の状態になりひねり応力など内部応力を完全に解放された状態となり、その後樹脂を基板全面に塗布して固定を行うことでワイヤのひねり応力を除去することができた。樹脂の塗布については、基板上のすべてのワイヤが基板に固化固定できるようにすることができれば、その塗布方法を限定するものではない。

磁石については、基板の厚みおよびワイヤと磁石上面の間の距離を考慮して、また固定台をできるだけ薄くする必要があることを考慮して、厚み３ｍｍの薄型の直方体形状の磁石をワイヤ長手方向に垂直に配置し、交互にＮ極、Ｓ極に磁化し、それを鉄のコの字型のヨークに埋設させ、その上に薄膜の非磁性材料でカバーする。この上に基板を固定する。この磁石の力で切断後のワイヤを基板溝の中に維持固定する。
ワイヤ整列の生産性に関しては、ワイヤ供給は多数個のワイヤを同時に供給することによって大幅に改善することができる。さらにワイヤ切断は、機械的な切断装置を使用するよりは、レーザ切断機を使用することによって生産性を高めることができる。

本発明は、ピーンと張ったワイヤを基準線にして、それと基板上のワイヤ径と同等サイズの微小な溝の基軸線との位置関係系をマイクロスコープで観察し位置合わせを行い、そのずれを精密制御が可能な基板固定台で調整することによって精度の高いワイヤ整列およびマイクロサイズのＭＩ素子の実現を可能とする効果を有する。
また、ＭＩ素子内に微小間隔でワイヤを多数配置することができて、ＭＩセンサの高感度化と測定レンジの拡大を可能とする効果を有する。

本発明の磁性ワイヤ整列装置の構成を示す図である。 本発明装置で使用した固定用磁石の構造を示す図である。 素子基板上のMI素子と磁性ワイヤの配置関係を示した図である。

（第１実施形態）
第１実施形態の磁性ワイヤ整列装置は、図１に示す構成をしている。すなわち、ワイヤボビン１１、ワイヤリール１２、ワイヤ張力負荷装置１３およびワイヤ固定チャック１４からなるワイヤ供給部１と、ワイヤ引出チャック２１、ワイヤ引出開始位置Ａ２２，引出固定位置Ｂ２３、ワイヤ張り後のワイヤ押さえ２４と切断機２５とからなるワイヤ整列部２と、ワイヤ１０と基板３１の基軸線を一致させるマイクロスコープ３７と回転機構付の基板の固定台３２、固定台内部の磁石３４、基板固定台を移動させる横送り３５および昇降機構３６からなるワイヤ位置決め部３と、ワイヤ引出、両端固定、固定台の調整位置への上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動を連続的に繰り返す制御装置４とから構成されている。

磁性ワイヤを基板上に整列する方法としては、その装置を使って、ワイヤ供給装置１からワイヤ引出チャック２１で引出開始（位置Ａ２２）から引出固定（位置Ｂ２３）されたワイヤ１０を基準線にして、それと基板上の溝、ポスト、位置決め―マーキングなど基板上の基軸線との位置関係をマイクロスコープ３６で測定し、基板固定台３２の送り装置３４，３５で調整一致させることによって実現する。

磁性ワイヤは、外周がガラス被覆された直径１０μｍから２０μｍ磁性アモルファスワイヤを使用した。基板としては、シリコン基板に、幅１５μｍから３０μｍ、深さ８μｍから１５μｍの溝を、素子の幅間隔と同じ１００μｍから３００μｍピッチで、基板全体に溝加工を施した。その後溝加工した基板にＭＩ素子の検出コイルの下側パターンと電極配線パターンを焼き付けたものを使用した。基板は固定台に取り付ける際には、溝方向と固定台の左右送り方向が直角かつ溝方向とワイヤ張り方向が並行になるように取り付けることが重要である。

ワイヤ供給部のワイヤ張力を一定に負荷する装置は、１ｇから２０ｇの荷重を調整できる。ワイヤ径を１０μｍとした場合、１０ｋｇ／ｍｍ^２ から１００ｋｇ／ｍｍ^２の範囲で張力を調整することが適切である。

ワイヤの基板上への整列組込みは、ピーンと張ったワイヤを基準線に、基板上の溝を基軸線として両者のずれをマイクロスコープで観察する。まず並行であることを確認した後、横方向のずれ量を±１μｍで測定し、ズレ量だけ左右送り装置で固定台を移動させる。その後に、ワイヤが溝の底と接触するまで固定台を上昇移動させる。それをマイクロスコープで観察して、初期設定値データとして制御装置に記録する。その後、ワイヤ押さえでワイヤ端部を押さえてワイヤを切断する。切断後固定チャックとワイヤ押さえを開放してワイヤをフリーな状態にする。この時ワイヤは固定台に内蔵された磁石の力で溝からははみ出さないように維持固定される。

マイクロスコープは、ワイヤと溝の両方を観察する必要があるので、１μｍ程度の解像度を有するものが望ましい。両者は立体的位置関係にあるので、マイクロスコープの焦点調整が微妙である。したがって、それが容易にできるマイクロスコープであることが望ましい。さらにマイクロスコープの設置についての振動対策が重要である。

固定台の左右移動は、移動距離は左右には基板の幅以上、昇降移動は固定台のサイズ変更を考慮して２０ｍｍとし、±１μｍの制御能力を持つ制御装置を使って精度を確保している。

磁石は、図２に示すような形状をしている。厚み３ｍｍの薄型の直方体形状の磁石をワイヤ長手方向に垂直に配置し、交互にＮ極、Ｓ極に磁化し、それを鉄のヨークに埋設させ、その上に薄膜の非磁性材料でカバーする。この上に基板を固定する。この磁石の力で切断後のワイヤを基板溝の中に維持固定する。

ワイヤ供給装置は、大量生産の場合にはワイヤ供給装置を多数個並列的に配置して多数個のワイヤを一度に供給できるようにする。リールはＶ字溝付きのものを使用して、ワイヤがリールから脱落しないようにする。この場合ワイヤ切断装置は、はさみのような機械的切断機よりも生産性が高いレーサ加工機を使用した方がよい。

制御装置は、ワイヤ径、ガラス厚みなどワイヤ特性を入力して自動で張力を調整する機能、チャック圧力やワイヤ押さえ圧力、ワイヤ切断力を調整する機能、固定台の原点調整と原点復帰、作業基準位置への自動復帰機能、マイクロスコープによるズレ量の観察結果に基づいて左右に固定台を調整する機能、また基板厚み、溝深さ、ワイヤ径などの作業データを基礎に高さの自動調整昇降機能および生産状況を管理する機能を有している。さらに非常時のためにマニュアル操作への切替えも可能であることが望ましい。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１の実施形態において、ひねり内部応力のない状態の磁性ワイヤを基板上に整列させるための方法に関するものである。
第１の実施形態の装置を使って、磁性ワイヤをワイヤ引出、両端固定、調整位置への固定台の上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動その後に再びワイヤ引出と連続的にワイヤ整列操作を繰り返して基板全面にワイヤを磁石の磁力を活用して仮止めする。この時、磁性ワイヤに十分大きな張力を付加した状態で磁性ワイヤを両端固定して、両端固定されたワイヤの内部応力をワイヤ長方向に一様にして、その状態でワイヤを押さえてワイヤ切断し、ワイヤ両端を固定していたワイヤ押さえとワイヤ引出チャックを開放してワイヤを拘束のない状態に置きワイヤの内部応力を解放することで、ワイヤのひねり方向の応力を取り除き、その状態を切断後のワイヤを基板固定台に埋めこまれた磁石を活用して仮止して維持する。
その後に樹脂を全面に塗布し固化させてワイヤをひねり応力のない状態で基板に固定する。

張力については、ワイヤ内部の残留応力を除去するためには５０ｋｇ／ｍｍ^２以上の強い張力をかけて、その状態でワイヤを切断して応力フリーの自由状態を保つことがひねり内部応力除去には有効である。かけ過ぎるとワイヤが破断してしまうので、１００ｋｇ／ｍｍ^２以下が適切である。
磁石については、ワイヤ整列作業から樹脂塗布作業の間にワイヤが溝に維持するのに必要な磁力を確保した上で、固定台をできるだけ軽く小さくするために磁石も小さく設計することが望ましい。固定台の微細な移動を確保するために重要である。
樹脂固定については、粘性の低い樹脂を滴下して基板全面に塗布する。ワイヤと溝との表面張力に着目して、溝内のワイヤ位置まで塗布する場合、ワイヤ全部を塗布する場合など塗布の量は本発明においては特定していないが、十分は強度で固定されることが重要である。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１の実施形態において、シリコン基板に形成する単位ＭＩ素子の中に多数個のワイヤを整列するための方法に関するものである。
基板に溝加工するに当たっては、基板に形成するＭＩ素子の間隔をユニットとして、ＭＩ素子内に配置するワイヤ整列本数だけの溝を加工して、それを繰り返して基板全面に溝加工を施す。溝のサイズはできるだけ小さい方が望ましいが、ワイヤを埋入するので幅ではワイヤ直径より少し大きくし、深さはワイヤ半径より深くする。現在使用している磁性ワイヤの直径が１０μｍから２０μｍであることを考慮すると具体的には溝は１５μｍから３０μｍ、深さは５μｍから２０μｍが適切である。

単位ＭＩ素子の中のワイヤ本数は１本から１０本程度が適切であるが、溝の間隔ピッチは可能な限り小さくすることによって、マイクロサイズ化が可能である。一つのコイル内に組み込むワイヤの整列については、ワイヤの直径10μｍ程度を最小にして、20μｍピッチ間隔に設けられた溝に沿って整列する。コイルの間隔については、両側にコイル配線があるので電気絶縁性を確保するためには、溝間隔ピッチは３０μｍから１００μｍが適切である。現在市販品のＭＩ素子は、長さ０．６×幅０．４ｍｍである。本技術で１／３サイズ（長さ０．２ｍｍで幅０．４ｍｍ）のＭＩ素子を制作する場合、長さが０．２ｍｍのワイヤを、幅方向に幅ピッチ間隔を５０μｍで４本を整列配置する。ワイヤの合計長さは、０．６mmから０．８ｍｍと増大して、センサ出力の増加に寄与する。またする。コイル内にワイヤを2本挿入する場合には、ワイヤ本数が8本となり、センサ出力の増加は倍増する。同時にワイヤ長を０．６ｍｍから０．２ｍｍにすると測定レンジは、１２ガウスから６０ガウスへと増加することができる。
さらにワイヤ径の１／２程度の浅い溝に沿ってワイヤを整列すると、基板面の凹凸が半減する。フォロリソグラフィーの線幅は、ほぼ面の凹凸の二乗に反比例するので、本技術はを使うと４倍以上の微細なコイルピッチ形成を容易に行うことができる。このメリットを考慮すると、技術を適用することができるようになることを考慮とすると、コイル巻き数は４倍以上増加して、大幅に感度が５倍以上向上することも可能になる。

図面を参照にしつつ以下に挙げる実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

本第１実施例であるワイヤ整列装置について、図１と図２を用いて以下に説明する。第１実施例の磁性ワイヤ整列装置は、図１に示す構成とした。すなわちワイヤボビン１１、ワイヤリール１２、ワイヤ張力負荷装置１３およびワイヤ固定チャックからなるワイヤ供給部１とワイヤ引出チャック２１、引出ワイヤ固定２２、ワイヤ張り後のワイヤ押さえ２３と切断機２４とからなるワイヤ整列部２およびワイヤ１０と基板４０の基軸線４１を一致させるマイクロスコープ３６と基板の固定台３２、固定台内部の磁石３３、基板固定台を移動させる横送り３４および昇降機構３５からなるワイヤ位置決め部３およびワイヤ引出、両端固定、固定台の調整位置への上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動を連続的に繰り返す制御装置４とから構成した。

基板上への磁性ワイヤの整列は、その装置を使って、ワイヤ供給装置１からワイヤ引出チャック２１で引出固定されたワイヤ１０を基準線にして、それと基板上の溝３２、ポスト、位置決め―マーキングなど基板上のワイヤ整列線との位置関係をマイクロスコープ３７で測定し、基板固定台３３の送り装置３５，３６で調整一致させることによって実現した。

ワイヤ１０は、外周は厚み１μｍのガラス被覆された直径１２μｍ磁性ワイヤを使用した。基板３１は、材質はシリコンで、サイズは１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形とした。その基板に、幅２０μｍ、深さ８μｍの溝を素子間隔と同じ２００μｍピッチ基板全体に溝加工を施した。その後ＭＩ素子の検出コイルの下側パターンと電極配線パターンを焼き付けてワイヤ整列基板として使用した。基板は固定台に取り付ける際には、溝方向と固定台の左右送り方向の直角度を、誤差で０．００３度以内になるように取り付けた。

ワイヤ供給部１のワイヤ張力を一定に負荷する装置１３は、１ｇから１０ｇの荷重をかけることができるようにした。張力は、１０から１００ｋｇ／ｍｍ^２の範囲に管理した。

ワイヤの基板３１上への整列組込みは、ピーンと張ったワイヤ１０を基準線に、基板上の溝３２を基軸線として両者のずれをマイクロスコープ３７で観察する。そのずれ量を±１μｍの精度で測定し、ズレ量だけ左右送り装置３５で基板固定台３３を移動させた。その後に、ワイヤ１０が溝３２の底と接触するまで基板固定台３３を上昇移動させ。それをマイクロスコープ３７で確認し、これらの制御数値を制御装置４に記憶させたのち、連続運転を行った。連続運転では、ワイヤ押さえでワイヤ端部を押さえてワイヤ１０を切断し、切断後固定チャックとワイヤ押さえを開放してワイヤ１０をフリーな状態にして溝３２に整列固定した。この時ワイヤ１０は基板固定台３３に内蔵された磁石３４の磁力で溝３２からはみ出さないように固定できた。

マイクロスコープ３７は、１μｍ程度の解像度を有するものを使用し、マイクロスコープ台が振動することが無いように整列装置本体に強く取り付けた。マイクロスコープ３７の焦点調整は、手元のつまみで容易に調整できるようにした。基板固定台３３の左右および昇降移動は、移動距離は左右方向には１００ｍｍ、昇降方向には２０ｍｍとし、移動の全範囲で±１μｍの制御能力を持つ制御装置４を使って精度を確保した。

磁石３４は、図２に示すような形状をしている。長さ１２０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み３ｍｍの薄型の直方体形状の磁石をワイヤ長手方向に垂直に配置し、交互にＮ極３４１、Ｓ極３４２に磁化し、それを鉄のヨーク３４３に埋設させ、その上に厚さ０．０２ｍｍの薄膜の非磁性材料３４４でカバーした。この上に基板を維持固定した。この磁石の磁力で切断後のワイヤ１０を基板の溝３２の中に仮止めし、次工程の樹脂による固着工程でワイヤを溝内に安定に維持固定することができた。

ワイヤ供給装置１は、機械的な切断装置を使用した。リールは２０ｍｍ系でＶ字溝付きのものを使用した。

制御装置４は、ワイヤ径、ガラス厚みなどワイヤ特性を入力して自動で張力を調整する機能、チャック圧力やワイヤ押さえ圧力、ワイヤ切断力を調整する機能、固定台の原点調整と原点復帰、作業基準位置への自動復帰機能、マイクロスコープによるズレ量の観察結果に基づいて左右に固定台を調整する機能、また基板厚み、溝深さ、ワイヤ径などの作業データを基礎に高さの自動調整昇降機能および生産状況を管理する機能を組み込んだ。さらに非常時のためにマニュアル操作への切替えも可能とした。

連続運転は、ワイヤ引出、両端固定、固定台の調整位置への上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動を連続的に繰り返して、基板全面でワイヤを溝に沿って整列できることを確認した。
以上の実施結果から分かるように、本実施例は、ワイヤを微細な間隔で基板上に整列取付けできて、ＭＩ素子のマイクロサイズ化を実現することができ、その工業的意義は非常に大きいものである。

第２の実施例は、第１の実施例において、ひねり内部応力のない状態の磁性ワイヤを基板上に整列を可能にした方法に関するものである。
直径１０μmの磁性ワイヤを使用して、荷重を６ｇとし、ワイヤ張力を７６ｋｇ／ｍｍ^２とした。この大きな張力で内部歪を一様化した後、ワイヤ両端を固定して切断し、両端を開放してワイヤは応力フリーの状態で溝内に磁石の力で仮止めされる。その後樹脂で本固定した。この状態のひねり応力の残存については、MIセンサの出力を測定し左右対称の直線性を確認した。ワイヤのひねりがあるとMIセンサの出力が左右対称で無くなる。
樹脂固定は、粘性を調整した樹脂を滴下して基板全面に塗布した後、固化処理を施した。ここで樹脂の粘性は、液滴を滴下後に、ワイヤの上部の一部が露出する程度になるように調整した。

第３の実施例は、第１の実施例と第二実施例において、同じ装置、同じワイヤ、同じ基板を使って、図３に示すようにＭＩ素子一個の中に８個のワイヤを整列組込みができるように横送りピッチを素子間隔と単位素子内ワイヤピッチ間隔およびコイル内ワイヤピッチ間隔の三つの異なるピッチ送り方法を工夫したものである。

基板３１の横方向に素子の幅の間隔０．３００ｍｍを１ユニットとして３００列、その中に８本の溝４１を加工した。４つのコイルの幅は５５μｍ、隙間は５μｍ、６０μピッチとした。コイル内には15μｍ幅の溝を５μの隙間で二つの溝を加工した。それを３００μｍピッチで繰り返して基板全面に溝加工を施した。合計２４００個の溝を一枚の基板に作製した。溝のサイズは、幅１５μｍで深さは８μｍとした。その後基板電極３１２と基板側の下コイル配線３１３を焼き付けた。
固定台の左右送りプログラムでは、ピーンと張ったワイヤを基準線にして、基板側の溝との位置合わせは、実施例１と同様の手順で行うが、位置決めが完了した後の左右送りの仕方を、加工された溝に沿って、２０μｍ間隔、６０μｍ間隔、および３００μｍ間隔の３つの異なるピッチで送り、基板全面にワイヤを張るように変更した。

実施例３のＭＩ素子３１１は、幅０．３×長さ０．２ｍｍで、現在市販品のＭＩ素子のサイズ、幅０．４×長さ０．６ｍｍに比べて、１／４と大幅に小型化した。しかもワイヤ長を０．６ｍｍから０．２ｍｍにして測定レンジを１２ガウスから６０ガウスへと増加することができた。感度は、実効ワイヤ長を０．５ｍｍから０．６ｍｍと増加でき、かつ微細なコイルピッチ形成技術を適用する前提とすることで、コイル巻き数は５倍増加して、感度を５倍増加させることができた。

以上のように、本発明の磁性ワイヤ整列装置とワイヤ整列方法は、ＭＩ素子のマイクロサイズ化を実現する上で極めて重要な装置と方法である。

１：ワイヤ供給部、２：ワイヤ整列部、３：ワイヤ位置決め部、４：制御装置、
５：磁性ワイヤ整列装置、１０：ワイヤ、
１１：ワイヤボビン、１２：リール、１３：張力負荷装置、１４：ワイヤ固定チャック
２１：ワイヤ引出チャック、２２：ワイヤ引出開始位置Ａ、２３：ワイヤ引出固定位置Ｂ，
２４：ワイヤ押さえ、２５：ワイヤ切断機
３１：基板、３２：溝、３３：基板固定台、３４：磁石、３５：左右送り装置、３６：昇降装置
３７：マイクロスコープ、
３４１：Ｎ極着磁磁石、３４２：Ｓ極着磁磁石、３４３：鉄ヨーク、３４４：非磁性箔、
３１１：ＭＩ素子ユニット、３１２：基板電極、３１３：基板側下コイル配線

Claims (6)

1. ワイヤボビン、ワイヤリール、ワイヤ張力負荷装置およびワイヤ固定チャックからなるワイヤ供給部と、
   ワイヤ引出チャック、引出ワイヤ両端固定装置、ワイヤ整列用基板、基板固定台、引出張り状態のワイヤ仮押さ装置および切断機からなるワイヤ整列部と、
   ワイヤ引出張り部および引出張り状態のワイヤと基板面上のワイヤ整列線の両者の位置状態を検知する検出装置と両者の位置ずれを調整できる昇降、横送りおよび回転調整機構を有する基板固定台からなるワイヤ位置決め部と、
   ワイヤ引出、両端固定、固定台の調整位置への上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動を連続的に繰り返す制御装置とから構成されている磁性ワイヤ整列装置において、
   引出両端固定されたワイヤを基準線にして、当該基準線と基板上ワイヤ基軸線との位置関係を検出し、両者の位置関係のずれを調整一致できる基板固定台送り装置と、
   切断後のワイヤを前記基準線と前記基軸線との位置関係に磁力で維持する基板固定台に埋設した磁石と、
   ワイヤを基板に固定するための樹脂塗布装置とから構成されていることを特徴とする磁性ワイヤ整列装置。
2. 前記磁石は、厚さは5mm以下、長さは基板長より長い薄型の直方体磁石をワイヤ長手方向に垂直に配置し、交互にＮ極、Ｓ極に磁化し、それを組み合わせて幅を基板幅より大きくした複合磁石をコの字型の鉄ヨークに埋設した磁石からなることを特徴とする磁性ワイヤ整列装置。
3. 前記切断機は、レーザ切断機からなることを特徴とする磁性ワイヤ整列装置。
4. 前記ワイヤ供給部は、多数個のワイヤを同時に供給することを特徴とする磁性ワイヤ整列装置。
5. 前記制御装置は、ワイヤを素子間の間隔ピッチと素子内のワイヤ間隔ピッチおよびコイル内のワイヤ間隔ピッチの三つの異なるピッチ送りを組み合わせて送ることを実現する制御プログラムを有することを特徴とする磁性ワイヤ整列装置。
6. 請求項１から請求項６に記載のいずれかの装置を使用して、磁性ワイヤをワイヤ引出、両端固定、調整位置への固定台の上昇、ワイヤ仮押さえ、切断、固定台下降および横方向への移動その後に再びワイヤ引出と連続的にワイヤ整列操作を繰り返して基板全面にワイヤを磁石の磁力を活用して仮止めするワイヤ整列方法において、
   ワイヤに十分大きな張力を付加した状態でワイヤを両端固定すると同時に基板固定台内の磁石によりワイヤを基板上に吸着し、
   両端固定および吸着されたワイヤの内部応力をワイヤ長方向に一様にした状態でワイヤを押さえてワイヤを切断し、
   ワイヤ押さえとワイヤ引出チャックを開放してワイヤを拘束のない状態に置いてワイヤの内部応力を解放することによりワイヤのひねり方向の応力を取り除いた状態を切断後のワイヤを基板固定台に埋めこまれた磁石を活用して仮止めして維持し、
   仮止め維持したワイヤの全面に樹脂を塗布し固化させてワイヤをひねり応力のない状態で基板に固定することを特徴としたワイヤ整列方法。
   

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