JP2018105621A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場に対する角度を容易に調整することができると共に検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる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、基板２０の角部２５及び角部２６に設定された円形の領域を分割した扇形状の領域に配置された複数の磁気抵抗素子を有する磁気センサ部２を備えて概略構成されている。この磁気抵抗素子は、１つの円形の領域を分割した４つの扇形状の領域に配置されて磁気センサを構成し、対向する磁気抵抗素子が磁場５５の方向によって磁気抵抗が変わる感磁部２７の方向を同じにしてそれぞれ電気的に接続されてハーフブリッジ回路を形成し、角部２５及び角部２６に配置された第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４によってフルブリッジ回路が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

従来の技術として、第１磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子を直列に繋いだ第１磁気抵抗と、第２磁気抵抗素子と第３磁気抵抗素子を直列に繋いだ第２磁気抵抗と、第５磁気抵抗素子と第８磁気抵抗素子を直列に繋いだ第３磁気抵抗と、第６磁気抵抗素子と第７磁気抵抗素子を直列に繋いだ第４磁気抵抗と、によってフルブリッジ回路を構成した磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この磁気センサは、矩形の領域に形成された磁気抵抗素子が４つずつ集まって１つの矩形の領域を形成して基板の複数の角部に離れて配置される。具体的には、基板の一方の角には、第１磁気抵抗素子〜第４磁気抵抗素子が配置され、他方の角には、第５磁気抵抗素子〜第８磁気抵抗素子が配置されている。

特開２０１４−６６５６５号公報

しかし従来の磁気センサは、バイアス磁石の磁場の方向に合わせるため、４つの磁気抵抗素子が配置された１つの矩形の領域の基板に対する角度を調整しようとすると、当該矩形の領域の頂点が基板からはみ出る可能があるので調整できる角度に制限があり、また頂点がはみ出ないように当該矩形の領域を小さくすると検出精度の低下や磁気抵抗値の低下を招く問題がある。

従って本発明の目的は、磁場に対する角度を容易に調整することができると共に検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる磁気センサ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、基板の複数の角部に設定された円形の領域を分割した扇形状の領域に配置された複数の磁気抵抗素子を有する磁気センサ部を備えた磁気センサ装置を提供する。

本発明によれば、磁場に対する角度を容易に調整することができると共に検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁石と磁気センサ部の位置関係の一例を示す側面図であり、図１（ｃ）は、第１の磁気センサと第２の磁気センサの一例を示す概略図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の第１の磁気センサの一例を示す等価回路図であり、図２（ｂ）は、第２の磁気センサの一例を示す等価回路図であり、図２（ｃ）は、磁気抵抗素子の構成の一例を説明するための概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る磁気センサ装置は、基板の複数の角部に設定された円形の領域を分割した扇形状の領域に配置された複数の磁気抵抗素子を有する磁気センサ部を備えて概略構成されている。

この磁気センサ装置は、磁気抵抗素子が基板の角部の円形の領域を分割した扇形状の領域に配置されている。従って磁気センサ装置は、この構成を採用しない場合と比べて、円形の領域の中心を回転中心として磁気抵抗素子の回転が可能となり、磁場に対する磁気抵抗素子の角度を容易に調整することができ、また磁気抵抗素子の大きさを変えずに適切な角度に調整することができるので検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる。

[実施の形態]
（磁気センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、磁石と磁気センサ部の位置関係の一例を示す側面図であり、図１（ｃ）は、第１の磁気センサと第２の磁気センサの一例を示す概略図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る磁気センサ装置の第１の磁気センサの一例を示す等価回路図であり、図２（ｂ）は、第２の磁気センサの一例を示す等価回路図であり、図２（ｃ）は、磁気抵抗素子の構成の一例を説明するための概略図である。図２（ｃ）は、基板２０に対する角度以外は、磁気抵抗素子の主要な構成が同じであるので、第４の磁気抵抗素子３４の一部を代表して示している。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この磁気センサ装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、検出対象物９の移動や接近を検出するように構成されている。この検出対象物９は、一例として、段差９０が設けられ、この段差９０と磁石５との距離の変化に伴って磁場５５を変化させる。磁気センサ装置１は、この磁場５５の変化を検出するように構成されている。なお検出対象物９は、例えば、車両に搭載されたデファレンシャルギアなどのギアやトランスミッションのカム、シャフトであるがこれに限定されない。

磁気センサ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、基板２０の両角部に設定された円形の領域を分割した扇形状の領域に配置された複数の磁気抵抗素子を有する磁気センサ部２を備えて概略構成されている。

この磁気抵抗素子は、１つの円形の領域を分割した４つの扇形状の領域に配置されて磁気センサを構成し、対向する磁気抵抗素子が磁場５５の方向によって磁気抵抗が変わる後述する感磁部２７の方向を同じにしてそれぞれ電気的に接続されてハーフブリッジ回路を形成し、両角部に配置された２つの磁気センサ（第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４）によってフルブリッジ回路が形成されている。

なお円形の領域に形成される扇形状の領域は、４つに限定されず、一例として、８つなどであっても良い。

第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、複数の磁気抵抗素子がコモンセントロイド配置されている。また第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、基板２０に対してコモンセントロイド配置とされている。

この基板２０の両角部とは、例えば、基板２０の長手方向の角部である角部２５及び角部２６である。また円形の領域とは、角部２５の円形領域３０、及び角部２６の円形領域４０である。さらに扇形状の領域とは、第１の扇領域３０１〜第４の扇領域３０４、及び第５の扇領域４０１〜第８の扇領域４０４である。またさらに複数の磁気抵抗素子とは、第１の磁気抵抗素子３１〜第４の磁気抵抗素子３４、及び第５の磁気抵抗素子４１〜第８の磁気抵抗素子４４である。

角部２５の円形領域３０には、例えば、図１（ｃ）及び図２（ａ）に示すように、第１の磁気抵抗素子３１〜第４の磁気抵抗素子３４から構成されるハーフブリッジ回路が形成されている。また角部２６の円形領域４０には、例えば、図１（ｃ）及び図２（ｂ）に示すように、第５の磁気抵抗素子４１〜第８の磁気抵抗素子４４から構成されるハーフブリッジ回路が形成されている。

（磁気センサ部２の構成）
磁気センサ部２は、例えば、図１（ｃ）に示すように、基板２０と、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を備えている。この第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、ウエハ上に形成される。基板２０は、ウエハから切り出されたチップの基板部分である。

第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、この長方形の基板２０の長手方向の角部２５及び角部２６に設けられている。第１の磁気センサ３は、第１の磁気抵抗素子３１〜第４の磁気抵抗素子３４によって構成されている。また第２の磁気センサ４は、第５の磁気抵抗素子４１〜第８の磁気抵抗素子４４によって構成されている。

第１の磁気抵抗素子３１及び第２の磁気抵抗素子３２は、図２（ａ）に示すように、直列に接続され、第１の磁気抵抗素子３１の一端には電源電圧Ｖ_ＣＣが印加されている。また第３の磁気抵抗素子３３と第４の磁気抵抗素子３４は、直列に接続され、第４の磁気抵抗素子３４の一端が接地回路と接続される。そして第２の磁気抵抗素子３２と第３の磁気抵抗素子３３の接続点であるノード３５からは、中点電位Ｖ_１が出力される。

第５の磁気抵抗素子４１及び第６の磁気抵抗素子４２は、図２（ｂ）に示すように、直列に接続され、第５の磁気抵抗素子４１の一端には電源電圧Ｖ_ＣＣが印加されている。また第７の磁気抵抗素子４３と第８の磁気抵抗素子４４は、直列に接続され、第８の磁気抵抗素子４４の一端が接地回路と接続される。そして第６の磁気抵抗素子４２と第７の磁気抵抗素子４３の接続点であるノード４５からは、中点電位Ｖ_２が出力される。

この中点電位Ｖ_１及び中点電位Ｖ_２は、例えば、オペアンプの非反転入力端子及び反転入力端子に入力されて差動増幅されてしきい値と比較される。マイクロコンピュータなどの制御部は、一例として、この比較の結果に基づいて検出対象物９の移動やギアの回転数などを判定する。

第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を構成する磁気抵抗素子の感磁部２７は、一例として、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性体金属を主成分とした膜を用いて形成される。この感磁部２７は、作用する磁場５５の方向によって磁気抵抗が変化する部分である。

この感磁部２７は、例えば、図２（ｃ）に点線で示す扇領域の形状に合わせて等間隔に並んで形成される。なお図２（ｃ）では、第４の扇領域３０４に形成された第４の磁気抵抗素子３４の感磁部２７の一部を示している。

隣り合う感磁部２７は、例えば、図２（ｃ）に示すように、磁場５５の変化によって抵抗値が殆ど変化しないアルミニウムなどの金属材料からなる接続部２８によって電気的に接続されている。この接続部２８は、感磁部２７の端部を交互に代えて接続する。

角部２５の円形領域３０は、例えば、図１（ｃ）に示すように、第１の扇領域３０１〜第４の扇領域３０４に等分割され、時計回りに並んでいる。第１の扇領域３０１には、例えば、図１（ｃ）の紙面において縦方向に感磁部２７が並ぶ第１の磁気抵抗素子３１が形成されている。また第２の扇領域３０２には、例えば、図１（ｃ）の紙面において横方向に感磁部２７が並ぶ第３の磁気抵抗素子３３が形成されている。また第３の扇領域３０３には、例えば、図１（ｃ）の紙面において縦方向に感磁部２７が並ぶ第２の磁気抵抗素子３２が形成されている。さらに第４の扇領域３０４には、例えば、図１（ｃ）の紙面において横方向に感磁部２７が並ぶ第４の磁気抵抗素子３４が形成されている。

第１の磁気センサ３は、対向する扇領域の感磁部２７が同方向に並んで直列に接続されている。

角部２６の円形領域４０は、例えば、図１（ｃ）に示すように、第５の扇領域４０１〜第８の扇領域４０４に等分割され、時計回りに並んでいる。第５の扇領域４０１には、例えば、図１（ｃ）の紙面において縦方向に感磁部２７が並ぶ第７の磁気抵抗素子４３が形成されている。また第６の扇領域４０２には、例えば、図１（ｃ）の紙面において横方向に感磁部２７が並ぶ第５の磁気抵抗素子４１が形成されている。また第７の扇領域４０３には、例えば、図１（ｃ）の紙面において縦方向に感磁部２７が並ぶ第８の磁気抵抗素子４４が形成されている。さらに第８の扇領域４０４には、例えば、図１（ｃ）の紙面において横方向に感磁部２７が並ぶ第６の磁気抵抗素子４２が形成されている。

第２の磁気センサ４は、第１の磁気センサ３と同様に、対向する扇領域の感磁部２７が同方向に並んで直列に接続されている。

図１（ｃ）では、第１の磁気抵抗素子３１、第２の磁気抵抗素子３２、第７の磁気抵抗素子４３及び第８の磁気抵抗素子４４の感磁部２７が基準７に対して平行であり、第３の磁気抵抗素子３３、第４の磁気抵抗素子３４、第５の磁気抵抗素子４１及び第６の磁気抵抗素子４２の感磁部２７が基準７に直交している。なお感磁部２７の配置は、図１（ｃ）に示す配置に限定されず、センサ中心を中心する同心円に従って配置されても良い。

第１の磁気センサ３は、円形領域３０の中心をセンサ中心３００として第１の磁気抵抗素子３１〜第４の磁気抵抗素子３４がコモンセントロイド配置となっている。同様に、第２の磁気センサ４は、円形領域４０の中心をセンサ中心４００として第５の磁気抵抗素子４１〜第８の磁気抵抗素子４４がコモンセントロイド配置となっている。さらに磁気センサ部２は、基板２０の中心をチップ中心２００として第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４がコモンセントロイド配置となっている。なお第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、円形領域３０及び円形領域４０において基板２０に対して回転したとしてもチップ中心２００に対して対称であってコモンセントロイド配置となる。

磁場５５の方向は、磁石５の形状、着磁、配置などに様々に変わる。磁気センサ装置１は、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４の基準７に対する角度θを変えることで、コモンセントロイド配置を変えることなく、磁場５５に対する角度θを容易に調整することが可能となる。

磁気センサ部２は、一例として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、円形の領域（円形領域３０及び円形領域４０）が磁気抵抗素子に磁場５５を印加する磁石５に形成された凹部５３内に位置するように配置されている。

また第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、感磁面２１が凹部５３の中心に位置する面６と一致するように配置される。この感磁面２１は、例えば、感磁部２７において磁場５５が作用して磁気抵抗値が変化する面である。

（磁石５の構成）
磁石５は、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石などの永久磁石、又はフェライト系、ネオジム系、サマコバ系、サマリウム鉄窒素系などの磁性体材料と、ポリスチレン系、ポリエチレン系、ポリアミド系、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）などの合成樹脂材料と、を混合して所望の形状に成形したプラスチックマグネットである。

この磁石５は、一例として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基部５０と、基部５０から並んで突出する脚部５１及び脚部５２と、を備えて概略構成されている。また磁石５は、基部５０、脚部５１及び脚部５２によって凹部５３が形成されている。なお磁石５の形状は、この形状に限定されない。また磁気センサ部２は、この凹部５３内に配置されるが、この配置に限定されない。

ここで変形例として磁石５は、例えば、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４の間に凹部５３が位置するように、言い換えるなら脚部５１及び脚部５２によって第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４の間の基板２０を挟むように配置されても良い。

磁石５は、例えば、図１（ａ）に示すように、脚部５１及び脚部５２側がＮ極であり、基部５０側がＳ極である。従って磁場５５は、Ｎ極から湧き出してＳ極に吸い込まれるような磁路を有する。なお着磁の方向は、これに限定されない。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る磁気センサ装置１は、磁場５５に対する角度θを容易に調整することができると共に検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる。具体的には磁気センサ装置１は、磁気抵抗素子が基板２０の角部２５及び角部２６の円形領域３０及び円形領域４０を分割した第１の扇領域３０１〜第４の扇領域３０４、及び第５の扇領域４０１〜第８の扇領域４０４に配置されている。従って磁気センサ装置１は、この構成を採用しない場合と比べて、円形領域３０及び円形領域４０のセンサ中心３００及びセンサ中心４００を回転中心として磁気抵抗素子の回転が可能となって配置スペースを有効に活用して磁場５５に対する磁気抵抗素子の角度θを容易に調整することができる。そして磁気センサ装置１は、磁気抵抗素子の大きさを変えずに適切な角度θに調整することができるので検出精度や磁気抵抗値を向上させることができる。また磁気センサ装置１は、磁気抵抗値が向上するので消費電流を抑制することができる。

磁気センサ装置１は、矩形の領域ではなく円形領域３０及び円形領域４０に第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を配置するので、図１（ｃ）に示す基板２０のエッジ２０１に磁気抵抗素子を配置しなくても良い。従って磁気センサ装置１は、この構成を採用しない場合と比べて、磁気センサ部２のチップ応力が大きくなるエッジ２０１に第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を配置しなくても済むので検出精度を向上させることができる。

磁気センサ装置１は、コモンセントロイド配置となるので、ウエハ面内の特性勾配とチップ応力がキャンセルされ、この構成を採用しない場合と比べて、検出精度が向上する。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形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。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…磁気センサ装置、２…磁気センサ部、３…第１の磁気センサ、４…第２の磁気センサ、５…磁石、６…面、７…基準、９…検出対象物、２０…基板、２１…感磁面、２５，２６…角部、２７…感磁部、２８…接続部、３０…円形領域、３１〜３４…第１の磁気抵抗素子〜第４の磁気抵抗素子、３５…ノード、４０…円形領域、４１〜４４…第５の磁気抵抗素子〜第８の磁気抵抗素子、４５…ノード、５０…基部、５１，５２…脚部、５３…凹部、５５…磁場、９０…段差、２００…チップ中心、２０１…エッジ、３００…センサ中心、３０１〜３０４…第１の扇領域〜第４の扇領域、４００…センサ中心、４０１〜４０４…第５の扇領域〜第８の扇領域

Claims (4)

1. 基板の複数の角部に設定された円形の領域を分割した扇形状の領域に配置された複数の磁気抵抗素子を有する磁気センサ部を備えた磁気センサ装置。
2. 前記磁気抵抗素子は、１つの円形の領域を分割した４つの扇形状の領域に配置されて磁気センサを構成し、対向する前記磁気抵抗素子が磁場の方向によって磁気抵抗が変わる感磁部の方向を同じにしてそれぞれ電気的に接続されてハーフブリッジ回路を形成し、前記複数の角部に配置された２つの前記磁気センサによってフルブリッジ回路が形成された、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記磁気センサは、複数の前記磁気抵抗素子がコモンセントロイド配置され、
   ２つの前記磁気センサは、前記基板に対してコモンセントロイド配置とされる、
   請求項２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記円形の領域が前記磁気抵抗素子に磁場を印加する磁石に形成された凹部内に位置する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。

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