JP2963208B2

JP2963208B2 - 磁気抵抗効果型磁気センサの製造方法

Info

Publication number: JP2963208B2
Application number: JP2415436A
Authority: JP
Inventors: 里丘石山; 孝太郎小林
Original assignee: Mitsubishi Steel KK
Current assignee: Mitsubishi Steel KK
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JPH04232880A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気抵抗効果型磁気
センサの製造方法、殊に、磁気型エンコーダに用いるの
に好適な磁気抵抗効果型磁気センサの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気抵抗効果型磁気センサとして
は、例えば特公昭５４−４１３３５号、特公昭５７−５
０６７号等や、図１６に示されるようなものがある。２
が磁気抵抗効果型磁気センサとしての検出ヘッドであ
り、検出部４とリード部５とから構成されている。検出
部４は、ガラスの基板１０と、例えばパーマロイのよう
な磁気抵抗効果を有する素材による薄膜層（これは図示
せぬ絶縁ラインにて数本の電流通路となる）１１と、該
薄膜層（電流通路）１１の端子部１６以外の部分を覆う
ポリエーテルアミドのような合成樹脂等の保護層１２
と、から形成されている。すなわち、予め端子部１６付
近をマスクした状態で保護層１２を設けたものであり、
端子部１６及び端子部１６周辺の基板１０の表面だけが
露出した状態となっている。そして、この端子部１６の
上に、リード部５の電流通路２５の端子部４０を載せ、
上から半田４１を施して接続する。最後にこの半田４１
をエポキシ樹脂による被覆層４２にて覆い、接続部分の
酸化や変質を防止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の技術にあっては、被覆層（エポキシ樹脂）４２
と保護層（ポリエーテルアミド）１２との間に微細に隙
間が生じ易く、この隙間から結露等による水分が侵入
し、検出部４の薄膜層（電流通路）１１を部分的に錆び
させるおそれがあった。このような微細な隙間は、被覆
層（エポキシ樹脂）４２と保護層（ポリエーテルアミ
ド）１２との熱膨張率の違いから発生していたものであ
り、検出ヘッド２の性能に悪影響を与えることとなる。
すなわち、磁気抵抗効果素子は微妙な抵抗変化により磁
気を検出するものであるため、わずかな水分も嫌うため
である。

【０００４】この発明はこのような従来技術に着目して
なされたものであり、防水性に優れた磁気抵抗効果型磁
気センサの製造方法を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る磁気抵抗
効果型磁気センサの製造方法は、上記の目的を達成する
ために、基板上に磁気抵抗効果を有する薄膜層を形成す
ると共に該薄膜層にジグザク状の絶縁ラインを彫設して
素子形成用の電流通路を設け、且つ該薄膜層を合成樹脂
製の保護層で被覆した検出部と、該検出部の電流通路に
接続される電流通路を有するリード部と、から成る磁気
抵抗効果型磁気センサの製造方法において、上記検出部
の薄膜層を保護層にて全面的に覆うと共に、該保護層の
端子部に対応する部分の一部を除去し、該保護層の除去
部に半田を施し、該半田の上にリード部側の電流通路の
端子部を重ね合わせて加熱し、検出部とリード部の端子
部同士を接続したものである。

【０００６】

【実施例】以下、この実施例を説明する。説明の都合
上、製造方法の説明の前に、図９〜図１５を用いて磁気
抵抗効果型磁気センサ自体の説明を先に行う。この実施
例は、図１３に示すような構成のリニアエンコーダ１に
用いた例で、リニアエンコーダ１は、磁気抵抗効果型磁
気センサである検出ヘッド２及び丸棒状の磁気媒体３よ
り形成されている。また、検出ヘッド２は、図１２に示
すような検出部４と、この検出部４を図外の制御部に接
続するためのリード部５を備えており、検出部４には、
磁気媒体３に検出部４を沿わせて移動させるためのガイ
ド筒６が接続されている。そして、所定の間隔で多数の
磁化部７が着磁された前記磁気媒体３（図１４）に沿っ
て移動しつつ、磁化部７の磁気を検知することにより所
定の信号を出力するようになっている。尚、磁気媒体３
の磁化部７は、図１５に示すように、垂直着磁方式で着
磁されている。

【０００７】検出部４は、図１１に示すように、ガラス
の基板１０に、例えばパーマロイのような磁気抵抗効果
を有する素材による薄膜層１１を１μ程度の厚みに形成
し、さらに、この薄膜層１１を、例えばポリエーテルア
ミドのような合成樹脂等の保護層１２で被覆してなるも
ので、薄膜層１１には、レーザ加工で微細な絶縁ライン
１３を彫設することにより、図１０に示すようなジグザ
グ状のパターンの電流通路１４（１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ）を有する３個の素子１５（１５Ａ、１５Ｂ、１５
Ｃ）が形成され、また、各素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ
の電流通路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを対応する端子部１
６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）に接続するリード路１７
（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）が形成され、さらに、これ
らの周囲に十分な面積を持ったグランド１８が形成され
ている。

【０００８】このように、各素子１５の周囲に広い面積
を持ったグランド１８を形成したのは、一つには、ノイ
ズ対策であり、また一つには、後述する定電流構造にお
いて特有の問題であるグランドの電流容量確保である。
すなわち、広い面積で同電位帯を形成するグランド１８
を設けることにより、外部からのノイズによる誘導電流
を素子１５に影響させずに排除でき、耐ノイズ性がよく
なる。このために、各素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの端
末部１９ａ、１９ｂ、１９ｃがグランド１８に対し直接
的に開放する状態とされている。また、定電流構造の場
合には比較的多めの電流が常に一定に流れるので、グラ
ンドの腐食を招き易くなるが、広い面積のグランド１８
とすることにより、これを有効に防止できる。このよう
なグランド１８は、３個の素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ
それぞれの電流通路１４ａ、１４ｂ、１４ｃにおける最
小幅部分における幅Ｗｓの合計３Ｗｓに対し、その主な
電流路となる部分の幅ＷｇがＷｇ≧（３Ｗｓ）²となる
ような関係にあるのが好ましい。また、図１２に示す如
く、リード部５にも、検出部４の電流通路１４（１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ）にそれぞれ対応する電流通路２５
（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）が設けられていると共に、
グランド１８に対応するグランド２６も設けられてい
る。そして、このリード部５におけるグランド２６の主
な電流路となる部分の幅Ｗｇも検出部４のそれと同じサ
イズとなっている。

【０００９】また、グランド１８の３方の周囲には、図
１０及び図１１に示すように、連続した細い除去溝２１
が形成され、この除去溝２１内に保護層１２が入り込む
ようにされている。このようにしたのは、薄膜層１１へ
の水分の侵入をより確実に防止するためである。すなわ
ち、薄膜層１１の端面が外部に露出しているとそこから
水分が侵入して薄膜層１１を腐食させたりその絶縁性を
低下させたりするので、これを防ぐために薄膜層１１の
端面も確実に保護層１２あるいは他の適宜な合成樹脂で
被覆する必要がある。ところが、合成樹脂を非常に幅の
狭い端面に正確にのせることは意外に難しく、十分な被
覆が必ずしも得られないが、前記の如き除去溝２１に保
護層１２を入り込ませる手法によれば、確実な被覆を簡
単に行え、薄膜層１１への水分の侵入をより確実に防止
できるものである。

【００１０】さらに、素子１５Ａはグランド１８に臨む
外側の電流通路１４ａと、その内側の電流通路１４ｂと
で形成されており、その外側の電流通路１４ａに対応す
るリード路１７の始端部分であるリード路接続端２２ａ
とリード路１７ａとの接続連接部分において絶縁ライン
１３が直角に外側に膨れるようにパターン形成されてい
る。これは、素子１５Ａのジグザグ状のパターンを形成
する部分の絶縁ライン１３をそのまま延長してリード路
を形成すると、結果として素子１５Ａの抵抗が他の素子
１５Ｂ、１５Ｃの抵抗より大きくなってしまうので、こ
れを避け、各素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの抵抗値を揃
えるためである。

【００１１】３個の素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃには、
図９に示すように、それぞれ、一端側に定電流回路２
３、２３、２３が接続されると共に、他端側が共通して
グランド１８に接続され、常に一定の電流ｉが流れるよ
うにされており、それぞれの両端の電圧変化を磁気検出
情報として出力するようになっている。このように、定
電流回路２３により一定の電流ｉを流し、素子の両端電
圧の変化により磁気検出を行うようにすることにより、
温度上昇による磁気抵抗効果率の減少を補償することが
でき、従来のものが有効使用可能であった温度雰囲気よ
り高い高温度雰囲気でも有効な出力を得られるようにな
る。この点を詳述すると以下の通りである。

【００１２】前述のように、素子の磁気抵抗効果率Ｓは
温度上昇により減少し、他方、素子の固有抵抗、つまり
ある温度Ｔの雰囲気中で磁場を受けていない状態の素子
の抵抗ＲT は温度上昇により増加することが分かってい
る。この磁気抵抗効果率Ｓの減少率Ｋｓ及び固有抵抗Ｒ
T の増加率ＫT についてデータを取ってみたところ、Ｋ
ｓ＝−0.２２３％／℃でありＫT ＝0.２２１％／℃であ
ることが分かった。そして、この事実の発見こそが、前
述のような構成による磁気抵抗効果率についての温度補
償を導いたものである。

【００１３】すなわち、ある温度Ｔの雰囲気中である磁
場Ｈを受けている素子の抵抗Ｒ(TH)は、Ｒ(TH)＝Ｒ₀＋ΔＲT ＋ΔＲH ＝ＲT ＋ΔＲH である。（Ｒ₀；素子の基準抵抗、つまり磁場０の基準
温度雰囲気中での素子の抵抗、ΔＲT ；温度上昇による
素子の抵抗増加量、ΔＲH ；磁気抵抗効果による素子の
抵抗増加量、ＲT ；ある温度Ｔの雰囲気中での素子の固
有抵抗）したがって、素子の両端に掛かる電圧Ｖ(TH)
は、Ｖ(TH)＝Ｒ(TH)・ｉ＝（ＲT ＋ΔＲH ）・ｉであり、感磁出力ΔＶ(TH)は、 ΔＶ(TH)＝ΔＲH ・ｉとなる。ここで、感磁出力ΔＶ(TH)の基になるΔＲH は、 ΔＲH ＝Ｓ・ＲT ＝Ｓ₀（１＋Ｋｓ・Ｔ）・Ｒ₀（１＋ＫT ・Ｔ）＝Ｓ₀・Ｒ₀（１＋Ｋｓ・Ｔ）（１＋ＫT ・Ｔ）＝Ｓ₀・Ｒ₀（１＋Ｋｓ・Ｔ＋ＫT ・Ｔ＋Ｋｓ・ＫT ・Ｔ²）（Ｓ₀；基準温度雰囲気中での素子の磁気抵抗効果率）
であり、Ｋｓ・ＫT ・Ｔ²は二乗項であり無視し得るか
ら結局、 ΔＲH ＝Ｓ₀・Ｒ₀（１＋（Ｋｓ＋ＫT ）Ｔ）となり、前述のようにＫｓ≒−ＫT であるから結局、 ΔＲH ＝Ｓ₀・Ｒ₀ となり、ΔＲH は温度に依らないことになり、したがっ
て、感磁出力ΔＶ(TH)も温度の影響を受けないことにな
る。

【００１４】このことの意味は、前述の特公昭５７‐５
０６７号における出力と比較することでより明確にな
る。すなわち、特公昭５７‐５０６７号では、として出力ΔＶを得ている。ここで、この式中の“Δ
ρ”が前述の本発明におけるΔＲH と対応し、“Δρ”
は前述したのと同様の理由により温度の影響をうけない
が、磁界を加えない場合の抵抗つまり固有抵抗ρ₀が温
度Ｔにおいてρ₀（T ）＝ρ₀（１＋ＫT ・Ｔ）と増大
し、この結果、出力ΔＶが小さくなってしまい、本発明
におけるような温度補償効果が得られない。

【００１５】３個の素子１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの内の
２個の素子１５Ａ、１５Ｂが磁気検出用であり、この２
個の素子１５Ａ、１５Ｂは、交互にそのジグザグパター
ンが入り組み合う状態にされており、前述の磁気媒体３
の着磁パターンに対し、半ピッチずれた状態に組み合わ
されている。これは、エンコーダにおいてよく用いられ
る手法で、どちらが先に出力するかにより検出ヘッド２
の動きの方向を判別するためのものである。したがっ
て、２個の素子１５Ａ、１５Ｂは、図９に示すように、
それぞれ別々に出力されている。

【００１６】ここで、各素子１５Ａ、１５Ｂの長さＬ
は、磁気媒体３の直径ｄに対し１〜1.５倍になるように
形成されている。これは、各素子１５Ａ、１５Ｂの感磁
能力を最大にする範囲として、丸棒状の磁気媒体３につ
いて経験的に得られた値である。すなわち、一般に、素
子１５の感磁能力は、その長さＬが磁気媒体３における
磁化部７の磁界幅と一定の関係にある場合に最大となる
もので、この関係は、磁気媒体が角棒状であってその着
磁部が直線的に形成されている場合には容易に計算によ
り求めることができる。しかし、丸棒状の磁気媒体３に
ついては簡単な計算手法がなく、種々の長さの素子を作
って実験を繰り返した結果、前記のような関係において
感磁能力が最大となることを見出し得たものである。

【００１７】残る素子１５Ｃは、エンコーダに使用する
場合について要求されるデジタル波形の出力を得易くす
るための温度補償用で、素子１５Ａ、１５Ｂと同一の固
有抵抗となるように形成されると共に、素子１５Ａ、１
５Ｂと出来るだけ同一の温度雰囲気にあるように２個の
素子１５Ａ、１５Ｂに出来るだけ近接させて設けられて
いる。この素子１５Ｃが行う前記温度補償は、磁気検出
用の素子１５Ａ、１５Ｂの出力とこの素子１５Ｃの出力
との差を取ることにより、磁気検出用の素子１５Ａ、１
５Ｂの前記固有抵抗（ＲT ＝Ｒ₀＋ΔＲT ）における温
度要素ΔＲT を複雑な計算処理等を行わずに除去するこ
とである。

【００１８】すなわち、素子１５Ａ（１５Ｂ）の出力Ｖ
(TH)と素子１５Ｃの出力Ｖ(T) の差を取ると、Ｖ(TH)−Ｖ(T) ＝（Ｒ₀＋ΔＲT ＋ΔＲH ）・ｉ−（Ｒ₀＋ΔＲT ）・ｉ＝ｉ（Ｒ₀＋ΔＲT ＋ΔＲH −Ｒ₀−ΔＲT ）＝ｉ・ΔＲH となり、ΔＲT が出力から除去、つまり補償されて、磁
気による抵抗変化成分であるΔＲｈだけが得られる。そ
して、これにより素子で得られるアナログ波形をデジタ
ル波形に変換する処理が行い易くなるものである。つま
り、ΔＲH の値が例えばＲ₀に対し２％程度であるのに
対し、ΔＲTも場合によってはＲ₀に対し２％近くな
り、この結果、アナログ波形をデジタル波形に変換する
際の基準値が大きく変動してしまうことになるが、予
め、ΔＲT を前記のように補償しておけば、これを避け
ることができると言うことである。

【００１９】次に、上記説明した磁気抵抗効果型磁気セ
ンサ２の製造方法を説明する。図１及び図２は、この発
明による製造方法によりつくられた磁気抵抗効果型磁気
センサ（検出ヘッド）２の検出部５とリード部５の接続
部を示すものである。この磁気抵抗効果型磁気センサ２
を製造する工程を図３〜図７に示したので、以下順に説
明する。尚、図中絶縁ライン１３や除去溝２１の図示は
省略してある。

【００２０】第一工程（図３参照）検出部４には前述のように基板１０の表面に電流通路
（薄膜層）１４が形成されており、この電流通路１４の
全面に保護層１２を施す。

【００２１】第二工程（図３・図４参照）電流通路１４の端子部１６に、上からレーザ光線Ｙを照
射し、所定長さＸだけ直線上に移動させる。そうするこ
とにより、検出部４側における電流通路１４の端子部１
６に対応する部分には、細幅で所定長さＸの直線状除去
部１５が形成される。この際、保護層１２だけを除去で
きれば好ましいが、高エネルギーのレーザ光線Ｙを採用
している関係上、どうしても端子部１６まで除去されて
しまう。しかしこのように端子部１６まで除去されたと
しても電気的性能上何ら問題となることはない。

【００２２】第三工程（図５参照）そして、レーザ光線Ｙにて形成した除去部４３に半田４
１を施す。半田４１はリード部５との接続に用いられる
ものであり、除去部４３内へ十分に入れておく。そし
て、この半田４３を施した検出部４を、位置決め用とし
て用意されている一対の治具４４、４５のうちの、一方
の治具４４にセットする。この一対の治具４４、４５
は、固定状態とされた一方の治具４４に対して、他方の
治具４５が正確に移動して位置決めを行なえるものであ
り、両者のセンターは合致したままズレることはない。
次に、検出部４の電流通路１４の端子部１６上に、リー
ド部５の電流通路２５の端子部４０を正確に載せる手順
を説明する。リード部５の左右両側には、一対の位置決
め用の孔４６が設けられており、この孔４６を用いてリ
ード部５を検出部４に対して正確に取付けることができ
る。すなわち、この他方の治具４５にはピン４７が立設
されており、このピン４７をリード部５の孔４６へ挿通
させた状態で、リード部５を他方の治具４５上にセット
する。そして、リード部５を載せたまま、この他方の治
具４５を一方の治具４４に対して正確に移動させ、検出
部４側における電流通路１４の端子部１６（１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ）の上に、リード部５側における電流通路
２５の端子部４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）を正確に
合致させた状態で載せることができる（図１２参照）。

【００２３】第四工程（図６参照）検出部５の上にリード部５を正確に載せたら、リード部
５の上から半田コテ４８を押し当てて半田４１を加熱す
る。そして、溶融した半田４１により検出部４側の端子
部１６とリード部５側の端子部４０とを接合する。この
際、検出部４側の端子部１６は、除去部４３における端
面（端子部１６の厚さに相当する部分）でしか半田４１
と接触していないが、導通性能上で特に問題はなく、磁
気抵抗効果型磁気センサ２の電気的性能が低下すること
はない。

【００２４】以上の第一工程〜第四工程から製造した磁
気抵抗効果型磁気センサ２の接続部分は、前述の図１と
図２に表されているが、検出部４側の端子部１６（電流
通路１４）は全て保護膜１２或いは半田４１にて覆われ
るため、水が侵入して端子部１６に至るおそれはない。
つまり、端子部１６と保護層１２、端子部１６と半田４
１との接合は両方とも強力な接合力で密着しているの
で、水が侵入するような微細な隙間が生じ得ないもので
ある。尚、以上の説明において、除去部４３を形成する
ためにレーザ光線Ｙを採用したが、これに限定されず、
その他の機械的手段により同等の除去部４３を形成する
ようにしてもよい。例えば、幅の細い半田コテを用い
て、保護層１２だけを引っ掻くように除去しても良い。
更に、半田４１を溶かす加熱手段にしても半田コテ４８
に限定されず、半田４１を確実に溶かすことができれば
どのような手段を採用してもよい。

【００２５】図８はこの発明の別の実施例を示す図であ
る。この実施例では、レーザ光線による除去部４９をジ
クザク波形状にしたものである。先の実施例のように単
なる直線状にする場合と比べて、半田と端子部４９との
接触面積が増大するため、導通性能の面で有利となる。
尚、直線状や波形状の他に、直線を複数本平行に設けた
平行多線状の除去部を形成したり、或いは点状に多く設
けた多孔状の除去部を形成することも自由である。その
他の構成及び作用効果については、先の実施例と同様に
つき、重複説明を省略する。

【００２６】

【発明の効果】この発明に係る磁気抵抗効果型磁気セン
サの製造方法は、以上説明してきた如き内容のものであ
って、検出部の薄膜層を保護層にて全面的に覆うと共
に、該保護層の端子部に対応する部分の一部を除去し、
該保護層の除去部に半田を施し、該半田の上にリード部
側の電流通路の端子部を重ね合わせて加熱し、検出部と
リード部の端子部同士を接続したので、電流通路の端子
部が半田及び保護層にて確実に覆われることとなるた
め、結露等により発生した水が侵入して電流通路に至る
おそれはない。従って、磁気抵抗効果型磁気センサの性
能に悪影響を及ぼす電流通路の錆発生を未然に防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る製造方法により製造
した磁気抵抗効果型磁気センサの検出部とリード部との
接続部分を断面図である。

【図２】図１中矢示ＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図である。

【図３】第一工程を示す基板の断面図である。

【図４】第二工程を示す基板の断面図である。

【図５】第三工程を示す基板の断面図である。

【図６】第四工程を示す基板の断面図である。

【図７】除去部の形状を示す平面図である。

【図８】別の実施例に係る除去部の形状を示す平面図で
ある。

【図９】この発明の一実施例による磁気抵抗効果型磁気
センサの回路図である。

【図１０】検出部の平面である。

【図１１】図１０中のＳＡ−ＳＡに沿う断面図である。

【図１２】検出ヘッドにおける検出部とリード部の関係
を示す斜視図である。

【図１３】この発明による磁気抵抗効果型磁気センサを
用いたリニアエンコーダの斜視図である。

【図１４】磁気媒体の平面図である。

【図１５】磁気媒体の側面図である。

【図１６】従来例を示す図１相当の断面図である。

【符号の説明】

２検出ヘッド（磁気抵抗効果型磁気センサ）３丸棒状の磁気媒体４検出部５リード部７磁化部１０基板１１薄膜層１２保護層１３絶縁ライン１４検出部側の電流通路１５素子１６検出部側の電流通路の端子部２５リード部側の電流通路４０リード部側の電流通路の端子部４３、４９除去部４４、４５治具４１半田４６位置決め用の孔４７ピン４８半田コテ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に磁気抵抗効果を有する薄膜層を
形成すると共に該薄膜層にジグザク状の絶縁ラインを彫
設して素子形成用の電流通路を設け、且つ該薄膜層を合
成樹脂製の保護層で被覆した検出部と、該検出部の電流
通路に接続される電流通路を有するリード部と、から成
る磁気抵抗効果型磁気センサの製造方法において、上記
検出部の薄膜層を保護層にて全面的に覆うと共に、該保
護層の端子部に対応する部分の一部を除去し、該保護層
の除去部に半田を施し、該半田の上にリード部側の電流
通路の端子部を重ね合わせて加熱し、検出部とリード部
の端子部同士を接続することを特徴とする磁気抵抗効果
型磁気センサの製造方法。