JP2016125942A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイアス磁石の小型化と実装位置精度の向上とを図った磁気センサ装置を提供する。【解決手段】磁気センサ装置１は、磁気抵抗素子を有するＩＣチップ２と、ＩＣチップ２を搭載するアイランド部３と、アイランド部３の周囲に配置されてＩＣチップ２と電気的に接続された複数のリード部４と、磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石５と、ＩＣチップ２、アイランド部３、リード部４及びバイアス磁石５を樹脂封止する封止樹脂部６とを備えている。アイランド部３は、ＩＣチップ２の裏面にバイアス磁石５を位置決めガイドする貫通孔３ａを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、磁界の変化を検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ装置に関する。

従来の磁気センサ装置の一例としては、検出対称となる歯車の回転に伴い変化する永久磁石からなるバイアス磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気抵抗素子を備えた磁性体検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された従来の磁性体検出器は、半導体磁気抵抗素子を備えたチップがリードフレームのアイランドにダイボンドされるとともに、リードフレームの外部接続リードと電気的に接続されており、外部接続リード及びアイランドの裏面を除いてパッケージによって樹脂封止されている。アイランドの裏面には、半導体磁気抵抗素子の感磁面に垂直磁界を付与する永久磁石が接着固定されており、パッケージは、永久磁石と外部接続リードとを挿入するホルダに組み付けられている。

特開２００５−３３７８６５号公報

上記特許文献１記載の従来の磁性体検出器は、半導体磁気抵抗素子と永久磁石とがリードフレームを挟んで対向配置された構造となっている。その構造上、半導体磁気抵抗素子及び永久磁石の間の相対距離に制約を受けるため、半導体磁気抵抗素子に印加する磁束を強くするには大きい磁石又は強い磁石が必要となり、永久磁石を小型化することは困難である。

一方、半導体磁気抵抗素子及び永久磁石の組付誤差や部品公差等により半導体磁気抵抗素子及び永久磁石の間の相対位置関係にばらつきが発生するため、半導体磁気抵抗素子に対する永久磁石の実装位置精度の向上に配慮する必要がある。

従って、本発明の目的は、バイアス磁石の小型化と実装位置精度の向上とを図った磁気センサ装置を提供することにある。

［１］本発明は、磁気抵抗素子を有するＩＣチップと、前記ＩＣチップを搭載するアイランド部と、前記アイランド部の周囲に配置されて前記ＩＣチップと電気的に接続された複数のリード部と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石と、前記ＩＣチップ、前記アイランド部、前記リード部及び前記バイアス磁石を樹脂封止する封止樹脂部と、を備え、前記アイランド部は、前記ＩＣチップの裏面に前記バイアス磁石を位置決めガイドする貫通孔を有していることを特徴とする磁気センサ装置にある。

［２］上記［１］記載の前記貫通孔は、前記アイランド部の一側辺部に切り欠かれた切欠開口からなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記バイアス磁石は、前記貫通孔に嵌め合わされる小形部と、前記貫通孔の開口周辺部に接触する大形部とを有していることを特徴とする。

［４］上記［３］記載の前記小形部の厚さは、前記アイランド部の厚さと実質的に同一寸法に設定されていることを特徴とする。

［５］上記［１］記載の前記磁気抵抗素子は、ＭＲ素子からなることを特徴とする。

本発明によると、磁気抵抗素子とバイアス磁石との間の相対距離を縮小することで小型化を実現することができるとともに、バイアス磁石の実装位置精度を高めることが可能になる。

本発明に好適な実施の形態に係る磁気センサ装置の内部構造を図２のＩ−Ｉ線矢視部に相当する部位からみた説明図である。 実施の形態に係る磁気センサ装置の構成部品をリードフレーム上に実装した状態を説明するための上面模式図である。 実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石を示す斜視拡大図である。 実施の形態に係る磁気センサ装置のバイアス磁石から発生する磁界分布を説明するための説明図（ａ）及び（ｂ）である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（磁気センサ装置の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、本実施の形態に係る典型的な磁気センサ装置を例示している。

この磁気センサ装置１は、印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する図示しない磁気抵抗素子及び磁気抵抗素子に電気接続された電子回路をシリコン基板上に集積一体化したＩＣチップ２を備えている。電子回路は、磁気抵抗素子から出力された出力信号に増幅処理を行う増幅回路、磁気抵抗素子の出力信号を信号処理する信号処理回路及び回路全体の動作を制御する制御回路等からなる。

磁気抵抗素子は、例えば磁石から発生する磁界に起因する磁場ベクトルの方向変化を検出するＭＲ素子により構成されている。磁気抵抗素子及び電子回路は、例えば絶縁性、耐食性や耐熱性等に優れるエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂によりモールドした樹脂部材により封止されている。

この磁気センサ装置１は更に、図１及び図２に示すように、ＩＣチップ２を搭載するアイランド部３と、アイランド部３の周囲に配置されてＩＣチップ２と電気的に接続された複数のリード部４，…，４と、磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石５と、これらの組立部品を樹脂封止する封止樹脂部６とを備えている。

封止樹脂部６は、ＩＣチップ２、アイランド部３、リード部４及びバイアス磁石５の組立部品をインサートとして、モールド樹脂を射出成形するインサート成形により直方体形状に樹脂封止している。封止樹脂部６の材質としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などが用いられる。

リード部４は、左右両側にカギ状に折り曲げた８本のリード板に形成されており、封止樹脂部６により被覆されるインナーリード部４ａと封止樹脂部６から外部に露出するアウターリード部４ｂとからなる。左側の４本のリード部４と右側の４本のリード部４とが集束した一端部の中心部には、略四角板形状のアイランド部３がインナーリード部４ａから所要の高さだけ下がった段違いの位置に配置されている。アイランド部３は、リード部４の板厚よりも肉厚の差厚形状に形成されている。

アイランド部３及びリード部４の材質としては、例えばアルミニウム、黄銅、銅や銅合金等の非磁性及び導電性を有する金属材料などが用いられる。アイランド部３及びリード部４の表面には、例えば錫、ニッケル、金や銀等の金属材料によりメッキ処理が施されてもよい。

このアイランド部３の上面には、塗布した接着剤を介してＩＣチップ２がダイボンディングされている。アイランド部３の大きさは、ＩＣチップ２と同一か又は僅かに大きく形成されている。ＩＣチップ２の入力電極、出力電極及び接地電極等の電極パッド２ａと８本のリード部４のパッド部４ｃとがボンディングワイヤ７を介してボンディング接続されている。

ＩＣチップ２の接着剤としては、例えばシリコン系ペースト等の絶縁性接着剤などが用いられる。ボンディングワイヤ７の材質としては、例えばアルミニウム、銅やニッケルなどの導電性、柔軟性及び可撓性を有する金属材料が用いられる。

（磁石位置決めガイドの構成）
上記のように構成された磁気センサ装置１の全体構成において最も主要な構成とするところは、ＩＣチップ２とバイアス磁石５との間の相対距離に制約を受けないように配置された構造にある。従って、図示例による磁気センサ装置１の全体構成については、特に限定されるものではない。

アイランド部３の一側辺部には、直線状に切り欠かれた長い貫通孔３ａが形成されている。この貫通孔３ａは、ＩＣチップ２の裏面にバイアス磁石５を位置決めガイドするためのガイドスリット状の切欠開口として構成されている。貫通孔３ａの形状としては、縦横比を有するガイドスリット状の切欠開口に限定されるものではなく、例えば円形状や多角形形状等の各種形状の貫通孔を用いることができる。

一方のバイアス磁石５は、図３に示すように、アイランド部３の貫通孔３ａの形状に対応するブロック状の永久磁石により構成されている。永久磁石としては、例えばネオジム磁石、フェライト磁石、樹脂材料に粉体又は粒子からなる磁性材料を混合することで成形されたプラスチック磁石が用いられる。

図示例によるバイアス磁石５は、円盤形状の大形部５ａを有しており、大形部５ａの中央部には、円盤形状の小形部５ｂが形成されている。大形部５ａは、アイランド部３の貫通孔３ａの開口周辺部に接触する大径に形成されている。一方の小形部５ｂは、アイランド部３の貫通孔３ａの最奥部である端面に当接するように嵌め合わされる小径に形成されており、塗布された接着剤によりＩＣチップ２の裏面に接着固定されている。バイアス磁石５の小形部５ｂの肉厚Ｔ_２は、アイランド部３の板厚Ｔ_１と実質的に同一寸法に設定されている。

バイアス磁石５の接着剤としては、例えば熱硬化型のアクリル系接着剤などが用いられる。バイアス磁石５の形状としては、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加する機能を奏することができる形状であれば、図示例の形状に限定されるものではなく、適宜の形状を採用することができることは勿論である。

バイアス磁石５は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＩＣチップ２の感磁方向と同一の面に沿った方向に着磁されている。バイアス磁石５から発生するバイアス磁界の磁束ＢをＩＣチップ２の感磁方向に印加することで、磁気回路の動作点にバイアスをかけ、抵抗変化の直線領域を使うことで、磁気情報を増幅する。ＩＣチップ２において、検出対象物のストロークの長い動きを高感度で検出することができる。

（磁気センサ装置の製造）
アイランド部３及びリード部４の材料となるリードフレーム８は、図２に示すように、矩形平板状の外枠に複数本一組のリードフレームを多数個配列した多数個取り可能な多数個取りのフレームである。定法に従いリードフレーム８となる導電性の金属板をプレスによって所要の外形に打ち抜くとともに、プレス加工又はエッチング加工により薄肉化されたアイランド部３及びリード部４が段違いに製作される。多数個配列した複数本一組のリードフレーム８は、一回の製造プロセスで多数個取りされる。

リードフレーム８の加工後、ＩＣチップ２がリードフレーム８のアイランド部３上にダイボンディングされ、ボンディングワイヤ７によりＩＣチップ２の電極パッド２ａとリード部４のパッド部４ｃとがボンディング接続される。バイアス磁石５の小形部５ｂがアイランド部３の貫通孔３ａに位置決めガイドされるとともに、ＩＣチップ２の裏面に接着固定され、ＩＣチップ２、アイランド部３、リード部４及びバイアス磁石５の組立部品は、封止樹脂部６を射出成形するインサート成形により一体化される。

カッティングデバイスを用いてリードフレーム８の矩形平板状の外枠を複数の領域に分離するダイシングラインに沿って切断することで、複数の磁気センサ装置１が完成する。従って、多数個の独立した磁気センサ装置１を効率的に製造することが可能となる。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された磁気センサ装置１を採用することで、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）ＩＣチップとバイアス磁石とがリードフレームを挟んで対向配置された構造と比較して、ＩＣチップ２とバイアス磁石５との間の相対距離を縮小することが可能となり、バイアス磁石５の小型化を達成することができる。
（２）リードフレーム８のアイランド部３に対するバイアス磁石５の実装位置精度の向上に配慮する必要がなくなり、バイアス磁石５の高精度な実装が可能になる。
（３）リードフレーム８のアイランド部３に対するバイアス磁石５の実装位置精度の向上に配慮する必要がなくなるため、製品の歩留り向上も達成できるようになる。

なお、本発明における磁気センサ装置１の代表的な実施の形態として、ＩＣチップ２とリード部４とがボンディングワイヤ７により電気的に接続された構成を例示したが、ＩＣチップ２とリード部４とをフリップチップ接続により電気的に接続された構成を用いることができる。

また、本発明における磁気センサ装置１は、例えばシートベルトバックル装置、シフト装置又はコンビネーションスイッチ等の車載機器や各種機器に効果的に用いることができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…磁気センサ装置、２…ＩＣチップ、２ａ…電極パッド、３…アイランド部、３ａ…貫通孔、４…リード部、４ａ…インナーリード部、４ｂ…アウターリード部、４ｃ…パッド部、５…バイアス磁石、５ａ…大形部、５ｂ…小形部、６…封止樹脂部、７…ボンディングワイヤ、８…リードフレーム、Ｂ…磁束、Ｔ_１…板厚、Ｔ_２…肉厚

Claims (5)

1. 磁気抵抗素子を有するＩＣチップと、
   前記ＩＣチップを搭載するアイランド部と、
   前記アイランド部の周囲に配置されて前記ＩＣチップと電気的に接続された複数のリード部と、
   前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石と、
   前記ＩＣチップ、前記アイランド部、前記リード部及び前記バイアス磁石を樹脂封止する封止樹脂部と、
   を備え、
   前記アイランド部は、前記ＩＣチップの裏面に前記バイアス磁石を位置決めガイドする貫通孔を有していることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 前記貫通孔は、前記アイランド部の一側辺部に切り欠かれた切欠開口からなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。
3. 前記バイアス磁石は、前記貫通孔に嵌め合わされる小形部と、前記貫通孔の開口周辺部に接触する大形部とを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気センサ装置。
4. 前記小形部の厚さは、前記アイランド部の厚さと実質的に同一寸法に設定されていることを特徴とする請求項３記載の磁気センサ装置。
5. 前記磁気抵抗素子は、ＭＲ素子からなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ装置。

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