JP2668252B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非接触式の変位センサ等として使用される磁
気センサの改良に関する。

（従来の技術） 各種OA機器、家電機器等々において可動部分の位置を
検知し、検知した情報を電気信号に変換するセンサとし
て、磁気抵抗素子を用いた非接触式の変位センサが知ら
れている。

第２図（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は従来の非接触変位セ
ンサとしての磁気抵抗素子の一例であり、アルミナ、ガ
ラス等の基板１上には互いに直列接続された受感部２、
３が隣接して一体化固定されるとともに各受感部２、３
の各外側端部及び中間の接続部には夫々第１乃至第３の
リード端子４、５、６が接続されている。各受感部素子
（象限素子）２、３は例えばIn−Sb薄膜ラスタープレー
ト形磁気抵抗素子であり、その磁気的特性を同一に設定
されている。

２つの受感部素子２、３に対して夫々大きさの異なる
磁界が加えられると、電気的中点が移動する。そして磁
極の直下に位置する受感部素子２、３部分の抵抗だけが
磁気抵抗効果によって増加する。この性質を利用して、
固定された受感部素子に対して磁石７を非接触状態でｘ
方向へ移動自在に配置することによって磁石７の移動を
受感部素子２、３と磁石７との相対変位として検出する
ことができる。

また、第３図（ａ）は従来の磁気センサにおける受感
部素子２周辺の断面図であり、基板１上の電極パターン
10上に受感部素子２を固着するとともに、電極パターン
10に対してハンダ11によってリード端子４を固着し、さ
らにガラス薄板等の保護板12で全面を覆って樹脂接着剤
等によって固着している。しかしながら、このような保
護板の構成であると、受感部素子２及び半田付け部11に
対して保護板12を密着させることが困難であり、保護板
12下方に形成される間隙から外気が侵入し易いため、湿
気による素子の酸化を防ぐことができなかった。また、
各リード端子４、５、６は半田付けによって固定されて
はいるが、半田付けでは充分な強度を得ることが出来な
かった。

第３図（ｂ）は素子２上面だけを保護板12によって覆
う一方、半田付け部11をエポキシ樹脂13で被覆してい
る。このため、半田付け部11における接触強度を向上す
ることができる。しかしながら、この場合も湿気の侵入
による素子２の酸化を防止することが出来ないばかり
か、また、各リード端子４、５、６は半田付けによって
固定されてはいるが、実際に端子の接触強度を担うのは
接着剤13であるため、大きな端子強度を必要とする用途
には不向きであった。

また、上記いずれの実施例においても基板１上から素
子等が突出しているため、センサの全体厚が増加して小
型化に対する障害となっている。

さらに、一対の受感素子２、３の配列位置決めに際し
ては、基準となるものが存していないため、磁石７の移
動方向ｘに沿って正確に配列することが困難であった。

（発明の目的） 本発明は上記に鑑みてなされたものであり、全体厚を
薄くするとともに、耐湿性を向上させることができる磁
気センサを提供することを目的としている。

（発明の概要） 本発明は上記目的を達成する為、磁気抵抗効果を有し
た受感部素子を用いた磁気センサにおいて、前記受感部
素子は、上面にパターン配線を備えたプリント基板上に
形成された凹所内に位置決めされるとともに、該プリン
ト基板上面のパターン配線から該凹所内壁にかけて密着
して配設されたリード端子を介して外部と接続され、更
に該凹所内の該受感部素子上には耐湿効果を有した充填
剤を積層充填してなり、前記プリント基板はモールド成
型により成型されるものであり、前記凹所は、前記プリ
ント基板をモールド成型する際に同時に成型されるもの
であって、前記受感部素子を嵌合可能な所定深さと所定
の径を有した凹所本体と、該凹所本体の下端から下方へ
向けて連続形成されたすり鉢状のすり鉢部とから成るこ
とを特徴としている。

また、請求項１において、上記プリント基板上面に温
度補償用のサーミスタを実装して受感部素子と接続する
ことにより、受感部素子への流入電流を周辺温度の変化
に対応して増減変動させて受感部素子の温度による特性
変動を防止するようにしたことを特徴としている。

（実施例） 以下、本発明の磁気センサを添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例の構成を
示す平面図及びＡ−Ａ断面図であり、この磁気センサは
プリント基板20と、基板20上に形成された凹所21と、凹
所21内底面に収納された磁気センサチップ（受感部素
子）22と、このセンサチップ22上面から凹所21内壁を経
て基板20上面に配線されたリード端子23a、23b、23c
と、凹所21内に充填されてセンサチップ22上を被覆する
シリコン等の耐湿剤25と、耐湿剤（充填剤）25上及び凹
所周縁に積層されて凹所開口部全体を密封するエポキシ
樹脂封止剤（充填剤）26とを有する。プリント基板20上
には各リード端子23a、23b、23cに接続されるパターン
配線27a、27b、27cがアートワークによって形成されて
いる。各リード端子23a、23b、23cと各パターン配線27
a、27b、27cとの接続は、半田28付けによって行われ
る。

各パターン配線27a、27b、27cの端部には夫々スルー
ホール30が形成されている。このスルーホール30を介し
てプリント基板20の裏面の電極32と接続される。

各リード端子23a、23b、23cは、図示のように基板20
上面から凹所21内に入り込むところにおいて直角に屈曲
し、凹所21内壁に密着しながら素子22に接続される。こ
のため、リード端子を介した外部からの機械的力等によ
って素子22に浮きや傾き等が発生することを防止するこ
とができる。

プリント基板に凹所21を形成する手段としては、NC、
ルーター、ボール盤等々いずれの手段であってもよい。

凹所21の形状としては、円筒形が最も簡単であるが、
いかなる形状であっても差し支えない。また素子を埋め
込む深さも種々設定可能であり、感度を低下させない程
度であれば自由に設定できる。

センサチップ22としては、半導体磁気抵抗素子、強度
性体磁気抵抗素子、各種ホール素子等々を適用可能であ
る。

なお、耐湿剤25として封止効果を有するものがあれば
封止剤26を省略することができ、封止剤26として耐湿性
を有したものを用いる場合には、耐湿剤を省略すること
ができる。なお、請求の範囲に於て耐湿効果を有した充
填剤とは、封止効果を有した耐湿剤と、耐湿効果を有し
た封止剤を含む概念である。

以上のような構成を有した磁気センサの加工手順を説
明する。例えば、２×5mmのサイズのセンサチップ22を
使用する場合には、厚さ1.6mmで、20×10mmの面積のプ
リント基板20の所定の位置にルーター等の加工具を使用
して例えば深さ0.5mm、幅2mm、長さ5mmの凹所21を形成
する。この凹所の形状及び形成方向を所定にすることに
よってセンサチップ22のｘ、ｙ方向の位置精度を高度に
することができる。

このようにして作成された磁気センサは、センサチッ
プ22が凹所底部に位置するとともにその上面は耐湿剤2
5、エポキシ樹脂26によって順次積層被覆されているの
で充分な耐湿性を得ることができる。

また、センサチップ22、耐湿剤25、エポキシ樹脂26
は、プリント基板20と面一か、或は僅かしか突出しない
ので、センサ全体の厚を必要最小限にまで小型化するこ
とができる。このため各種小型機器に適用し易い利点を
有する。

凹所の形状、方向をｘ、ｙ方向の対して正確に設定し
ておくことによって、凹所内に装着されるセンサチップ
の位置精度を高度にすることができる。換言すれば、セ
ンサチップの位置精度は凹所内に埋め込むだけで確保さ
れる。

センサチップ22がプリント基板20と一体の構成である
ため、基板20上のパターン配線27a、27b、27cをアート
ワークによって任意に形成することによって、外部回路
に対して磁気センサを接続する位置の選択範囲が広が
り、回路設計の自由度を増すことができる。

本発明の磁気センサのリード端子は全体として基板20
表面及び凹所21内壁に密着しており、従来の磁気センサ
のリード端子のように基板から遊端状に突出した部分が
存在しないため、充分な端子強度を有する。このため、
適用可能な機器の種類が大幅に広がり、市場性を拡大す
ることができる。

プリント基板にスルーホール30を形成することによっ
てプリント基板の裏面からリード線を導出することがで
きるため、この磁気センを一つの独立した部品とするこ
とができる。独立した部品とした結果、ハイブリッドIC
に搭載する電子部品として使用することができる。

次に第４図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施例
の構成を示す平面図及び断面図であり、前記第１の実施
例と同一の部分は同一の符号で表し重複した説明は省略
する。上記第１の実施例においては凹所21底面を平面状
に加工しているのに対して、第２の実施例では底面をす
り鉢状（或は円錐状）に構成している点において相違し
ている。また、第２の実施例の凹所21は平面形状が円形
である構成においても相違している。

凹所21の底面の加工精度は、センサチップ22の取付位
置精度に影響を及ぼすため、前記第１の実施例のような
平坦な底面を有した凹所21を簡易な工作機械を用いて形
成することは難しい。例えば、エンドミル等の加工手段
によって凹所底面を平坦に加工する場合、ドリルの摩耗
の進行によって凹所底面コーナー部の曲面化が甚だしく
なる。特に、磁気センサのうちでも変位を検出する用途
のものにおいては、ｘ−ｙ−ｚ軸に対する公差を厳密に
設定して素子の取付精度を向上させる必要があるため、
上記のような加工精度の低下は磁気センサの性能を著し
く低下させる原因となる。

この第２の実施例は、簡単な加工手段を用いた精度の
低い加工により凹所21を形成することによって、設置さ
れるセンサチップの位置精度を向上させるこちができる
磁気センサを提供することを目的としている。

第５図（ａ）及び（ｂ）は第４図（ｂ）の一部拡大図
及びセンサチップの設置状態を示す平面図であり、凹所
21はストレートな壁面から成る凹所本体（上部凹所）21
aと、凹所本体21aの下方にすり鉢状に形成されたすり鉢
部（下部凹所）21bとから構成され、凹所本体21aの上端
から下端部までの距離ｉを一定に設定するとともに、凹
所本体21aの直径ｄをセンサチップ22の４つの角部が凹
所本体の壁面に線接触して係止されるように寸法設定し
ている。換言すれば、センサチップ22の底面が凹所本内
21aとすり鉢部21bとの境界線に沿って定置されるうに凹
所の直径ｄを設定することによってセンサチップのｚ−
ｙ方向位置決めを適確に行うことができるとともに、凹
所本体の深さｉを一定に設定することによってセンサチ
ップ22の設置深さ（ｚ軸方向位置）を一定にすることが
できる。

第４図（ａ）（ｂ）における符号31、32はプリント基
板20を外部装置に精度良く取り付けるためのガイド孔で
ある。

このように本発明の第２の実施例によれば、ストレー
トな壁面を有する凹所本体21aの深さと、直径の精度さ
え厳密に設定することができれば、凹所底面を平坦に加
工することなく、適当なテーパーを有したすり鉢状に形
成することによって、センサチップ22の適正な位置決め
精度を得ることができる。つまり、簡単な加工手段を用
いた切削によって凹所形成が可能となる。

また、直方体形状のセンサチップ22の４つの角部にて
凹所本体21aの内壁と線接触するとともに、センサチッ
プ底面はすり鉢部21bとの境界部において係止されるた
め、センサチップ全体を水平に保つことができる。

第２の実施例の磁気センサを製造する工程は、例えば
まず片面銅箔プリント板に配線パターンをエッチングに
より形成してから所定の寸法に型抜きする。次にこのプ
リント板上の所定位置に凹所21（21a,21b）を所定の深
さ及び所定の直径で形成する。次いでセンサチップ22を
凹所21内に定置してからパターン配線27a,27b,27cとセ
ンサチップ22とをリード端子23a、23b,23cを介して接続
し、最後にシリコン等の耐湿剤25とエポキシ樹脂封止剤
26とを順次充填する。

なお、受感部素子22としては半導体磁気抵抗素子、強
磁性体磁気抵抗素子のいずれでもよい。素子の厚み等の
条件に応じてプリント基板20の厚さ及び凹所21の深さは
変更可能である。プリント基板の材質にも限定はない
が、熱膨張率と耐湿性の点で優れたものが好ましい。

また、プリント基板として両面銅箔板を用い、スルー
ホールによって裏面に外部回路との接続用ランドを作製
することもできる。

凹所21の平面形状は上記第２の実施例のように円形で
なくてもよく、第１の実施例のように楕円形に近い形状
にしてもよい。

センサチップ22の形状は凹所の形状にあわせて種々変
更可能であり、また角部を曲面状に面取りして凹所壁面
と面接触するようにしてもよい。

更に第６図に示すように受感部近傍に温度補償用のサ
ーミスタ40を実装することによって、サーミスタ40の温
度補償作用によって受感部素子への流入電流を周辺温度
の変化に対応して増減変動させて、受感部素子の温度に
よる特性変動を防止することができる。

第７図（ａ）（ｂ）は凹所形状の変形例であり、上部
凹所21aとしてチップ22を適確に係止することができる
形状のものが形成されていれば、その下方に形成される
下部凹所21bの形状はすり鉢状であろうとなかろうと問
題はない。要は上部凹所21aを形成するためのドリルの
部分さえ精度良い形状を有してさえいれば、下部凹所21
bを形成するためのドリル部分の形状は（下部凹所より
も狭幅であれば）如何なるものであってもよい。

第７図（ａ）は上部凹所21aと下部凹所21bとの境界に
段差（チップ係止用段差）21cを設けて下部凹所をすり
鉢状空所にしたものであり、（ｂ）は下部凹所を矩形の
空所にしたものである。

なお、下部凹所21bは、空所とすることが好ましい
が、チップ22の位置決め精度を害さない範囲で、流動性
を有し且つ充填後固化する充填剤等を充填することは差
し支えない。

次に上記のように凹所21の平面形状を円形にした場合
に問題となるのは、円形凹所の直径を長方形のセンサチ
ップ22の対角線の長さと同等に設定することが必要とな
ることである。そして、第５図（ｂ）第６図に示すよう
に四角形のセンサチップ22は４つの角部で円形の凹所の
内壁と接しているだけであり、センサチップの側壁と凹
所の内壁との間には大きな空所が形成されている。つま
り、センサチップ22の収納のために必要なスペースを越
えて不要な空所が凹所内に形成され、その結果基板20の
形状が大型化している。また、センサチップ22が凹所内
において回転し易くなるため周方向の位置ずれを起こし
易く、位置ずれを起こした状態でリード端子23a,23b,23
cと接続すると、磁気センサとしての適正な機能を喪失
する結果となる。更に基板の製造に際して工具を使って
基板に凹所を形成する工程が必須となるため工程数が増
大する。

このような問題点を解消するため、本発明の第３の実
施例は収納されるセンサチップの平面形状と整合する平
面形状を有した凹所を形成した点に特徴を有し、この凹
所は基板をモールド成型する際に同時形成するようにし
たものである。

即ち第８図（ａ）及び（ｂ）は本考案の第３の実施例
の平面図及びＣ−Ｃ断面図であり、長方形の平面形状を
有するセンサチップ22を内周壁に密着して収納させるこ
とができる凹所21を有した基板（スーパーエンプラ基
板）20をモールド成型によって形成した構成において前
記第２の実施例と相違している。

第９図（ａ）（ｂ）は基板20の構成を示す平面図及び
断面図であり、この基板20はエポキシ樹脂等から構成す
る。こうして得られた基板20の上面に一様に導電性金属
膜（銅箔等）を形成してからリード端子23a,23b,23cに
相当する部分を除く金属膜をエッチング等により除去す
ることによって配線パターンを形成する。

基板20の凹所21底部にセンサチップ22を載置する際に
は凹所21底面とセンサチップ22との接合面をエポキシ樹
脂製接着剤等によって接着してから（第10図（ａ）
（ｂ））、各リード端子23a,23b,23cとセンサチップ22
上の各電極部とをハンダ等の接続導体50によって接続す
る。

その後第11図（ａ）（ｂ）に示すように凹所内部から
その周縁にかけて封止用エポキシ樹脂剤26を充填し、凹
所内部を密封する。

次に第12図（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第３の
実施例の変形例の基板の平面図、側部断面図及び完成品
の側部断面図であり、凹所21の前方縁に段差部55を形成
した構成において前記例と相違している。この段差部55
は、凹所21内にセンサチップ22を収納したときに段差面
55とセンサチップ上面とが面一になるようにその形成高
さを設定する。段差部55を形成してリード端子23a,23b,
23cの端部（凹所側端部）を段差部55まで延出させるこ
とによって、各リード端子の該端部をチップセンサ21の
直近に位置させることができる。

互いに近接配置されたリード端子の端部とチップセン
サ21との電気的接続はワイヤボンディング60によって実
現することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明の磁気センサによれば、全体厚を
薄くするとともに、耐湿性を向上させることができ、さ
らに受感部素子の位置精度を向上することができる。加
工工程も容易であるので、コスト的にも有利である。

また、上記第２の実施例によれば、凹所の加工を簡単
化しながらも、受感部素子の位置精度を向上することが
でき、磁気センの信頼性をさらに向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の磁気センサの一実施
例を示す平面図及びＡ−Ａ断面図、第２図（ａ）（ｂ）
及び（ｃ）は従来の磁気センサの構成を示す平面図、側
面図及び斜視図、第３図（ａ）及び（ｂ）は夫々従来の
磁気センサにおける耐湿構造を示す断面図、第４図
（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施例の構成を示す
平面図及び断面図、第５図（ａ）及び（ｂ）は第２の実
施例の一部拡大図及び平面図、第６図は変形実施例の説
明図、第７図（ａ）及び（ｂ）は本考案の変形例の説明
図、第８図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施例の
平面図及びＣ−Ｃ断面図、第９図（ａ）及び（ｂ）は基
板自体の構成を示す平面図及び断面図、第10図（ａ）及
び（ｂ）はセンサチップを凹所に装着した状態を示す平
面図及び断面図、第11図（ａ）及び（ｂ）は封止剤を充
填した状態を示す平面図及び断面図、第12図（ａ）
（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第３の実施例の変形例の基
板の平面図、側部断面図及び完成品の側部断面図であ
る。 20……プリント基板、21……凹所 21a……凹所本体、21b……すり鉢部 22……磁気センサチップ（受感部素子） 23a、23b,23c……リード端子 25……耐湿剤、26……封止剤 27a,27b,27c……パターン配線 28……半田付け部、30……スルーホール 40……サーミスタ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気抵抗効果を有した受感部素子を用いた
   磁気センサにおいて、 前記受感部素子は、上面にパターン配線を備えたプリン
   ト基板上に形成された凹所内に位置決めされるととも
   に、該プリント基板上面のパターン配線から該凹所内壁
   にかけて密着して配設されたリード端子を介して外部と
   接続され、更に該凹所内の該受感部素子上には耐湿効果
   を有した充填剤を積層充填してなり、 前記プリント基板はモールド成型により成型されるもの
   であり、 前記凹所は、前記プリント基板をモールド成型する際に
   同時に成型されるものであって、前記受感部素子を嵌合
   可能な所定深さと所定の径を有した凹所本体と、該凹所
   本体の下端から下方へ向けて連続形成されたすり鉢状の
   すり鉢部とから成ることを特徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】請求項第１項記載の磁気センサにおいて、
   上記プリント基板上面に温度補償用のサーミスタを実装
   して受感部素子と接続することにより、受感部素子への
   流入電流を周辺温度の変化に対応して増減変動させて受
   感部素子の温度による特性変動を防止するようにしたこ
   とを特徴とする磁気センサ。