JP2020178045A

JP2020178045A - 磁気抵抗素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2020178045A
Application number: JP2019079463A
Authority: JP
Inventors: 孝彦伊澤; Takahiko Izawa
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-10-29

Abstract

【課題】本発明は、生産性を向上させることが可能になる磁気抵抗素子およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の磁気抵抗素子は、絶縁基板１１と、前記絶縁基板１１の上面の両端部に設けられた一対の電極１２と、前記絶縁基板１１の上面に設けられ、かつ前記一対の電極１２間に設けられた異方性磁気抵抗層１３と、前記異方性磁気抵抗層１３を覆う保護膜１５と、前記一対の電極１２と電気的に接続されるように前記絶縁基板１１の上面から端面、下面にかけて設けられた一対の端面電極１６と、前記一対の端面電極１６の表面に設けられためっき層１７とを備えている。異方性磁気抵抗層１３は、異方性磁気抵抗材料と樹脂とを混合させた厚膜材料を印刷することによって形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁界が印加されると電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子およびその製造方法に関する。

磁気抵抗素子（ＭＲ（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子）は、磁電変換素子の一種であり、磁界を検知して電気信号に変換する素子である。

従来のこの種の磁気抵抗素子は、図３に示すように、基板１と、基板１上に形成されたニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）などの磁性金属を主成分とする合金薄膜２とで構成されている。

また、基板１全面に合金薄膜２をスパッタリングして形成し、所定形状になるようにレジスト塗布、露光・現像、エッチング、レジスト剥離を順に行うことによって、磁気抵抗素子を形成していた。

なお、この合金薄膜によって四個の素体を形成し、これらの素体を用いてホイートストン・ブリッジ回路を構成する。このとき、外部の磁界強度の増加によって、四個の素体のうち二個の素体が他の素体に比べて抵抗値が小さくなり、これによりブリッジ回路の中間電位差が発生し、出力信号として出力される。

そして、この磁気抵抗素子は、磁気抵抗素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとともに、モールド樹脂をモールド成形したパッケージにより封止されている。

また、磁気抵抗素子の入力電極、出力電極及び接地電極等の電極パッドと、ＩＣチップの入力端子、出力端子及び接地端子等のボンディングパッドとがボンディングワイヤを介してボンディング接続されている。さらに、ＩＣチップは、磁気抵抗素子の検出結果を外部装置の制御装置などへ出力するリードフレームまたは電極に接続されている。

そして、例えばレンズなどの移動体にＮ極とＳ極が交互に着磁された磁気シートを形成し、磁気シートからの磁界の変化を磁気抵抗素子で検出することによって、移動体の移動量や位置を検出するようにしている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１５−２００５４６号公報

上記した従来の磁気抵抗素子においては、合金薄膜をスパッタリングして形成しているため、生産性を向上させることが困難であった。

さらに、モールド樹脂、ボンディングワイヤ等を別途必要とし、また、全体構造も複雑
であった。

本開示は上記従来の課題を解決するもので、生産性を向上させることが可能な磁気抵抗素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

第１の態様に係る磁気抵抗素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の電極と、前記絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記一対の電極間に設けられた異方性磁気抵抗層と、前記異方性磁気抵抗層を覆う保護膜と、前記一対の電極と電気的に接続されるように前記絶縁基板の上面から端面、下面にかけて設けられた一対の端面電極と、前記一対の端面電極の表面に設けられためっき層とを備えている。

第２の態様に係る磁気抵抗素子では、第１の態様において、前記異方性磁気抵抗層にトリミング溝が設けられている。

第３の態様に係る磁気抵抗素子では、第１の態様において、絶縁基板がアルミナで構成されている。

第４の態様に係る磁気抵抗素子の製造方法は、絶縁基板の上面の両端部に一対の電極を形成し、前記絶縁基板の上面において前記一対の電極間に異方性磁気抵抗層を形成する工程と、前記異方性磁気抵抗層を覆うように保護膜を形成する工程と、前記一対の電極と電気的に接続されるように前記絶縁基板の上面から端面、下面にかけて一対の端面電極を形成する工程と、前記一対の端面電極の表面にめっき層を形成する工程とを備え、前記異方性磁気抵抗層は、異方性磁気抵抗材料と樹脂とを混合させた厚膜材料を印刷することによって形成されている。

本開示の磁気抵抗素子は、絶縁基板に異方性磁気抵抗層を印刷によって形成し、さらに、モールド樹脂、ボンディングワイヤ等が不要となるため、生産性を向上させることが可能になるという優れた効果を奏する。

本開示の一実施の形態における磁気抵抗素子の断面図同磁気抵抗素子の主要部の上面図従来の磁気抵抗素子の断面図

図１は本開示の一実施の形態における磁気抵抗素子の断面図、図２は同磁気抵抗素子の主要部の上面図である。

本開示の一実施の形態における磁気抵抗素子は、図１、図２に示すように、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面の両端部に設けられた一対の電極１２と、絶縁基板１１の上面に設けられ、かつ一対の電極１２間に形成された異方性磁気抵抗層１３と、異方性磁気抵抗層１３に設けられたトリミング溝１４と、異方性磁気抵抗層１３を覆う保護膜１５とを備えている。

また、一対の電極１２と電気的に接続されるように絶縁基板１１の上面から端面、下面にかけて一体的に設けられた一対の端面電極１６と、一対の電極１２の一部と一対の端面電極１６の表面に形成されためっき層１７とを備えた構成としている。

なお、図２では、一対の端面電極１６、めっき層１７を省略している。

上記構成において、前記絶縁基板１１は、Ａｌ₂Ｏ₃を９６％〜９９％含有するアルミナで構成され、上面と上面に対向する下面とを有する。また、その形状は矩形状（上面視にて長方形）となっている。

なお、絶縁基板１１として、アルミナで構成された基体にガラスグレーズ層を積層したものを使用してもよい。

また、前記一対の電極１２は、絶縁基板１１の上面の両端部に設けられ、銀等の金属を有する厚膜材料を印刷、焼成することによって形成されている。なお、一対の電極１２の上面に一対の再上面電極（図示せず）を設けてもよく、絶縁基板１１の下面（裏面）の両端部に一対の裏面電極（図示せず）を設けてもよい。

さらに、前記異方性磁気抵抗層１３は、絶縁基板１１の上面において直接、一対の上面電極１２間に、ＮｉＦｅ等の異方性磁気抵抗材料と樹脂とを混合させた厚膜材料を印刷した後、焼成することによって形成され、一対の電極１２と接続されている。また、異方性磁気抵抗層１３は上面視で矩形状となっており、その膜厚は１０ｎｍ〜１０μｍとなっている。

なお、図１では、異方性磁気抵抗層１３の両端部が一対の電極１２の両端部の上面に形成されているが、一対の電極１２の両端部の下面に形成してもよい。

この異方性磁気抵抗層１３には、トリミング溝１４が、レーザ照射することによって形成されている。トリミング溝１４は、異方性磁気抵抗層１３の一対の電極１２が形成されていない一側辺にＬ字状に設けられている。トリミング溝１４によって異方性磁気抵抗層１３の初期抵抗値を所定の値にする。なお、トリミング溝１４の形状は、Ｌ字状に限定されるものではない。

前記保護膜１５は、異方性磁気抵抗層１３の全体と一対の電極１２の一部を覆い、エポキシ樹脂で構成されている。保護膜１５と異方性磁気抵抗層１３の間にガラス層を設けてもよい。

前記一対の端面電極１６は、絶縁基板１１の両端面および上面、下面に一体的に設けられ、保護膜１５から露出した一対の電極１２の上面と電気的に接続されるように、Ａｇと樹脂からなる材料を印刷することによって形成される。なお、金属材料をスパッタすることにより形成してもよい。

さらに、一対の電極１２の一部と一対の端面電極１６の表面には、Ｎｉめっき層、Ｓｎめっき層からなるめっき層１７が形成されている。このとき、めっき層１７は保護膜１５と接している。なお、Ｎｉめっき層の下層にＣｕめっき層があってもよい。

上記の構成の磁気抵抗素子は、その下方に位置する実装用基板にめっき層１７を介して実装され、磁気抵抗素子に実装用基板を介してＩＣチップが接続される。

ここで、異方性磁気抵抗層１３は、電流方向に対して垂直方向に外部から磁界が印加された場合、磁界の強さに応じて抵抗値が低下する。

すなわち、磁気抵抗素子に外部から印加される磁界が変化すると、磁気抵抗素子の抵抗値が変化し、この磁気抵抗素子からの出力信号（抵抗値変化）をＩＣチップによって電気
的に処理する。そして、ＩＣチップによる検出結果を外部装置の制御装置などへ出力する。

上記したように本一実施の形態においては、異方性磁気抵抗層１３を絶縁基板１１に印刷することによって磁気抵抗素子を形成し、さらに、モールド樹脂、ボンディングワイヤ等が不要となるため、生産性を向上させることが可能になるという効果が得られる。

すなわち、異方性磁気抵抗層１３を形成するとき、スパッタリング、エッチングを用いると費用、工数が増加してしまうが、印刷工法を用いれば、費用、工数を低減でき、生産性が向上する。この印刷工法は、チップ抵抗器等を製造する際に広く用いられており、その使用は容易、安価で、方法も比較的単純である。

さらに、絶縁基板１１の下面に一対の端面電極１６とその表面のめっき層１７があるため、磁気抵抗素子の下方に位置する実装用基板に、そのまま面実装できる。したがって、モールド樹脂、ボンディングワイヤ等は不要となり、費用、工数を低減できる。

また、絶縁基板１１にアルミナを使用しているため、上記のような構造にすることができ、これにより、面実装が可能になる。絶縁基板１１にシリコンを使用した場合は面実装できない。

そして、この磁気抵抗素子は、外部磁界の変化が分かればよい場合、すなわち、所定の値以上に抵抗値が変化したことのみを検知したい場合に使用できる。

このように、対象物の移動距離や速さ、位置等の精密な検知は不要な場合は、費用、工数をかける必要はないため、上記の構造が有効である。さらに、異方性磁気抵抗層１３をフルブリッジに形成しなくてもよいため、小型化も可能である。

本発明に係る磁気抵抗素子およびその製造方法は、生産性を向上させることが可能になるという効果を有するものであり、特に、磁界が印加されると電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子等において有用となる。

１１絶縁基板
１２一対の電極
１３異方性磁気抵抗層
１４トリミング溝
１５保護膜
１６一対の端面電極
１７めっき層

Claims

絶縁基板と、前記絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の電極と、前記絶縁基板の上面に設けられ、かつ前記一対の電極間に設けられた異方性磁気抵抗層と、前記異方性磁気抵抗層を覆う保護膜と、前記一対の電極と電気的に接続されるように前記絶縁基板の上面から端面、下面にかけて設けられた一対の端面電極と、前記一対の端面電極の表面に設けられためっき層とを備えている磁気抵抗素子。
前記異方性磁気抵抗層にトリミング溝が設けられている請求項１に記載の磁気抵抗素子。
絶縁基板がアルミナで構成されている請求項１に記載の磁気抵抗素子。
絶縁基板の上面の両端部に一対の電極を形成し、前記絶縁基板の上面において前記一対の電極間に異方性磁気抵抗層を形成する工程と、前記異方性磁気抵抗層を覆うように保護膜を形成する工程と、前記一対の電極と電気的に接続されるように前記絶縁基板の上面から端面、下面にかけて一対の端面電極を形成する工程と、前記一対の端面電極の表面にめっき層を形成する工程とを備え、前記異方性磁気抵抗層は、異方性磁気抵抗材料と樹脂とを混合させた厚膜材料を印刷することによって形成されている磁気抵抗素子の製造方法。