JP3314548B2 - 磁気検出器 - Google Patents

磁気検出器

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JP3314548B2 JP22130994A JP22130994A JP3314548B2 JP 3314548 B2 JP3314548 B2 JP 3314548B2 JP 22130994 A JP22130994 A JP 22130994A JP 22130994 A JP22130994 A JP 22130994A JP 3314548 B2 JP3314548 B2 JP 3314548B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気を感じて電気抵抗
値を変化させる磁気抵抗素子を利用した磁気検出器に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】InSb,InSb−NiSb,InA
s等のキャリヤ移動度が高い半導体、またはNi−C
o,Ni−Fe,Ni−Fe−Co等の強磁性体は、磁
界を作用させたとき抵抗値が変化するという性質を有し
ており、上記のような磁気抵抗素子の性質を利用したも
のが、磁気検出器である。
【0003】一般的な磁気検出器の構造は、図5の概略
断面図に示すように構成されている。図中31は、磁気
抵抗素子チップでその表面(図面上の35の矢印の直
下)に磁気感知部がある。32は、磁気抵抗素子チップ
31の電気信号の取り出し部(リード取り出し)であ
る。33は、永久磁石のバイアス磁石、34は、電磁シ
ールドを兼ねた金属製の保護ケースである。
【0004】磁気抵抗素子チップ31上の保護ケース3
4の表面を、被検出の磁気材(例えば紙幣など)が圧接
移動する。圧接により保護ケース34がたわむこともあ
るので、磁気抵抗素子チップ31と、保護ケース34間
には、エアーギャップ(空隙)35が設けられ、磁気抵
抗素子チップ31の応力歪みによる雑音の発生(今後、
ピエゾノイズと呼ぶ)を防いでいる。またこのエアーギ
ャップは保護ケース34と磁気抵抗素子チップ31の電
気信号の取り出し部32との絶縁をも兼ねている。
【0005】従来のエアーギャップ35及び磁気抵抗素
子チップ31の電気信号の取り出し部を、さらに拡大し
た詳細断面図を二例、図6,7に示す。
【0006】図6は、磁気抵抗素子チップ31からの電
気信号の取り出し部にリードフレーム36を用いた構成
である。磁気抵抗素子チップ31を樹脂製のホルダー3
7に接着固定し、金属板性リードフレーム36にはんだ
接合し、金属製の外部端子39への接続をはんだ接合で
行って、磁気抵抗素子チップ31からの電気信号の取り
出しをしている。エアーギャップ35の確保は、ホルダ
ーに突起38を設け保護ケース34に突起38を当てる
ことで行っている。突起38は、磁気抵抗素子チップ3
1の固定領域及びリードフレーム36の占有領域以上の
高さに設定している。
【0007】図7は、磁気抵抗素子チップ31からの電
気信号の取り出し部にワイヤーボンディングのワイヤー
41を用いた構成である。磁気抵抗素子チップ31を固
定配線基板42に接着固定してワイヤー41により、磁
気抵抗素子チップ31からの電気信号の取り出しを固定
配線基板42にボンディング接続し、固定配線基板42
よりスルーホールを通じて金属外部端子39への接続を
半田付け等で行っている。エアーギャップ35の確保
は、固定配線基板42の周辺に絶縁性のスペイサー43
をワイヤー41領域以上に高く設け接着固定し、保護ケ
ース34にスペイサー43を当てることにより行ってい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、エアー
ギャップ35は、磁気抵抗素子チップ31への応力によ
るピエゾノイズを防ぐと共に保護ケース34と磁気抵抗
素子チップ31の電気信号の取り出し部との絶縁対策の
ために必要である。一方、最近の、検出する磁気材の微
量変位や検出感度向上の要求に対処するためには、被検
出体と磁気検知部とを極力近づけて、ギャップ量を小さ
く安定に形成する必要がある。
【0009】図6のホルダー突起によるエアーギャップ
設定の場合は、エアーギャップの寸法は、磁気抵抗素子
チップ31のホルダー接着固定層の厚み、磁気抵抗素子
チップ31自身の厚み、リードフレーム36の厚み、磁
気抵抗素子チップ31とリードフレーム36の接着はん
だ層の厚みをホルダー突起寸法から差し引いた量とな
る。各構成材料の厚みにはバラツキがあり、接着、はん
だ付けの工法上も厚みバラツキが発生し、これらの累積
したバラツキがエアーギャップ寸法の寸法精度となるの
で、寸法精度を良くすることが難しい。
【0010】一般に磁気抵抗素子チップ31の厚みは約
0.6mmぐらいで精度の良いものでも±0.05mmの寸
法許容差があり、リードフレームの厚みは0.15mmで
精度の良いものでも±0.03mmの寸法許容差がある。
またホルダーの樹脂は±0.05mmの許容差が必要であ
るし、接着、はんだ付けについても厳しい管理としても
各±0.05mmの許容差が必要であろう。これらを累積
して、±0.23mmのエアーギャップ寸法バラツキが生
じる。またエアーギャップ寸法自体の値としては前記バ
ラツキに加えてリードフレームの厚み分0.15mmが必
要となり、0.38mm以上必要となってしまう。
【0011】図7のスペイサーによるエアーギャップ設
定の場合も同じように、エアーギャップの寸法は、磁気
抵抗素子チップ31と固定配線基板との接着厚み、磁気
抵抗素子チップ31自身の厚みを、スペイサー厚みから
差し引いた量となり、各構成材料、工法での厚みバラツ
キの累積を小さくすることは難しい。即ち図6で計算し
た先の従来例とあまり変わらない値となってしまう。
【0012】本発明は上記課題を解消し、エアーギャッ
プの寸法精度を高精度とし、しかも、エアーギャップ寸
法自体を小さくすることにより、安定した高感度の磁気
検出器を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の磁気検出器は、表面上に磁気検知膜を有す
る磁気抵抗素子チップと、前記磁気抵抗素子チップを収
納固定するためのホルダーと、前記磁気抵抗素子チップ
および前記ホルダーの表面上にまたがって形成された取
り出しリードと、前記磁気抵抗素子チップを保護するた
めの保護ケースと、一方の表面に前記取り出しリードが
接着されるとともに他方の表面が前記保護ケースの内面
と接するように設けられた絶縁層とを備え、前記磁気検
知膜上に前記絶縁層および前記取り出しリードが配置さ
れないように構成することにより前記磁気検知膜と前記
保護ケースとの間にエアーギャップを形成したものであ
る。
【0014】
【作用】上記構成によると、エアーギャップ寸法は絶縁
フィルム厚みと取り出しリード厚となる。両者とも従来
より非常に薄いものである。
【0015】そこで、従来のような磁気抵抗素子チップ
自身の厚み、接着厚み、ホルダー又はスペイサーの厚み
等の部品厚みバラツキ、加工厚みバラツキの発生が非常
に小さくなり、また、工法も簡単になり、エアーギャッ
プを安定にしかも薄く規制できるので、安定した高感度
の磁気検出器を提供することが出来る。
【0016】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例について図1に基
づき説明する。図1は本発明の一実施例の磁気検出器の
断面図である。図中の1は、その表面に、InSb,I
nSb−NiSb,InAs等のキャリヤ移動度が高い
半導体またはNi−Co,Ni−Fe,Ni−Fe−C
o等の強磁性体磁気抵抗部11と厚み約1〜2μmの金
で出来たリード取り出し電極部を形成した0.6mm厚み
のガラスチップである。この構成は、従来例の説明での
磁気抵抗素子チップ31と同様である。
【0017】2は、取り出しリード13をポリイミド等
の絶縁層8の表面に形成したフィルムである。磁気抵抗
素子チップ1上のポリイミド等の絶縁層は除去されてい
る。18は、上記の除去された絶縁層領域でありデバイ
スホールと呼び、このデバイスホールがエアーギャップ
空間となる。磁気抵抗素子チップ1の電極と電極取り出
しリードとの接続は、このデバイスホール内にてチップ
の電極とリードを重ね合わせ、高温に保ったヒーター棒
の先端を当てて加熱する工程にて形成される。10は、
電極取り出しリードのアウト端子部であり、金属棒状の
外部端子4にはんだ付けされている。
【0018】3は、磁気抵抗素子チップ1、フィルム
2、外部端子4等を固定するホルダーであり、チップ全
体が挿入される穴部を持っている。13はフィルム2と
の接着固定部であり、接着剤で固定されている。16は
磁気抵抗素子チップ1との接着固定部であり接着樹脂で
固定されている。5は、磁気抵抗素子にバイアス磁界を
かけるためのフェライト焼結体のバイアス磁石であり、
磁気抵抗素子チップ1の固定と反対面のホルダーに接着
固定されている。6は、ステンレス製の保護ケースであ
り、フィルム2のフィルム面とぴったり接触している。
7は、保護ケース内の密閉封止材であり、外部端子4や
ホルダー3等の固定もかねている。
【0019】本実施例の磁気抵抗素子チップとフィルム
2の拡大断面図を図2(a)に、平面図を図2(b)に
示す。図中の一点鎖線で示すところが磁気抵抗素子チッ
プ1であり、その磁気検知部は11の部分である。磁気
検知部11の上のデバイスホール18の一部には、磁気
抵抗素子チップ1と接続するため取り出しリードの一部
が12のように突出している。またフィルムの構成は、 絶縁層8:25μm(または50μm)のポリイミド、 接着層9:10μmの接着剤、 取り出しリード10:30μmの銅箔、 であり総厚み65μm±10μm(または90μm±1
0μm)である。
【0020】この構造にすると、エアーギャップはこの
フィルム2の総厚みと等しいことになる。即ちエアーギ
ャップも65μm(0.065mm)となり従来より非常
に小さく、またそのバラツキも±10μm(0.01m
m)と、非常に精度の良いものになる。
【0021】実際にこの構造で磁気検出器の作成を行っ
たところ、試料数N=100での実装厚は、絶縁層が2
5μmのもので、エアーギャップは58〜84μmの範
囲、絶縁層が50μmのもので、エアーギャップは82
〜108μmの範囲であった。以上より、実際にエアー
ギャップ量を安定に且つ小さく形成することが出来たと
いえる。又、保護ケースとのショート発生も無く、検出
物の圧接移動検出特性試験でのピエゾノイズ発生もみら
れなかった。
【0022】エアーギャップの値がフィルム総厚みより
やや大きい値となっているのは、磁気抵抗素子チップ1
と接続するため取り出しリードの一部12との接続箇所
での全電極の厚みや、その表面の一部に形成されたパッ
シベーション膜等の影響が出ていると思われる。
【0023】尚、本実施例では、小片のフレキ基板をフ
ィルムとして用いたが、多数取りの出来るTABフィル
ムを用いても、同等の効果が得られると共に生産性が向
上する。
【0024】しかも、取り出しリードの接合部付近にフ
ィルム2の絶縁層8が無く、接合部が完全に露出してい
るので、接合部の洗浄、検査、修理等が簡単に信頼性良
くできる長所がある。
【0025】また、接着層9なしのフィルム基板2を使
用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0026】(実施例2)本発明の第2の実施例の磁気
抵抗素子チップとフィルム2の拡大断面図を図3(a)
に、平面図を図3(b)に示す。本実施例は、第1の実
施例とほぼ同じ構成であるが、図3(b)の一点鎖線で
示されるごとく、フィルム2のデバイスホールサイズよ
りも磁気抵抗素子チップ1のサイズが大きい構成のもの
である。
【0027】このように構成し、磁気抵抗素子チップ1
を裏側から押して金属のケース6にフィルムが圧接する
ように組み込むと、エアーギャップは図3(b)中の8
aの箇所のフィルムの厚みと全く同じ値となる。磁気抵
抗素子チップはガラス製でほぼ剛体であり、実施例1で
言及したリードの一部12との接合箇所での膨らみは、
押されたことでわずかに変形し、磁気抵抗素子チップが
8a部分に当たった状態で寸法が安定するためである。
即ち、接合箇所での歪み等によるバラツキを排除できる
メリットがある。
【0028】実際にこの構造で磁気検出器の作成を行っ
たところ、試料数N=100での実装厚は、絶縁層が2
5μmのもので、エアーギャップは63〜78μmの範
囲、絶縁層が50μmのもので、エアーギャップは87
〜102μmの範囲であり、第1の実施例よりさらにエ
アーギャップ量を安定に尚小さく形成することが出来
た。これは、磁気抵抗素子チップ1がフィルム2に直接
接触するためである。又、保護ケースとのショート発生
も無かった。検出物の圧接移動検出特性については若干
のピエゾノイズ発生が見られたが検出性への影響にはい
たっていない。
【0029】(実施例3)本発明の第3の実施例の磁気
抵抗素子チップとフィルム2の拡大断面図を図4(a)
に、平面図を図4(b)に示す。本実施例は、第1の実
施例とほぼ同じ構成であるが、図4(b)の一点鎖線で
示されるごとく、磁気抵抗素子チップ1の一部がフィル
ムの絶縁層に8bの位置で接している構成のものであ
る。
【0030】このように構成し、磁気抵抗素子チップ1
を裏側から押して金属のケース6にフィルムが圧接する
ように組み込むと、エアーギャップは図4(b)中の8
bの箇所のフィルムの厚みと全く同じ値となる。これは
実施例2での寸法の決まるメカニズムとほぼ同様であ
る。実施例2では、寸法が絶縁層8と接着層9と取り出
しリード13との総厚みのバラツキに依存するが、本実
施例では絶縁層8のみの厚みバラツキに依存するため、
さらに精度が上がる。また、勿論エアーギャップ自身も
小さくなる。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明の構成によれば、エ
アーギャップを小さく精度良くしかも簡単な工法で形成
することが出来、これにより、磁気信号の微量変位を感
度良く検出できる磁気検出器を提供することができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の磁気検出器の概略断面
【図2】本発明の第1の実施例の磁気抵抗素子チップと
フィルムの拡大断面図
【図3】本発明の第2の実施例の磁気抵抗素子チップと
フィルムの拡大断面図
【図4】本発明の第3の実施例の磁気抵抗素子チップと
フィルムの拡大断面図
【図5】従来の磁気検出器を示す概略断面図
【図6】従来の第1のエアーギャップ形成部分の拡大断
面図
【図7】従来の第2のエアーギャップ形成部分の拡大断
面図
【符号の説明】
1 磁気抵抗素子チップ 2 フィルム 6 保護ケース 8 絶縁層 13 取り出しリード 18 デバイスホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉増 敬三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−201184(JP,A) 特開 平3−283477(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/04 - 33/09 H01L 43/02 - 43/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面上に磁気検知膜を有する磁気抵抗素
    子チップと、前記磁気抵抗素子チップを収納固定するた
    めのホルダーと、前記磁気抵抗素子チップおよび前記ホ
    ルダーの表面上にまたがって形成された取り出しリード
    と、前記磁気抵抗素子チップを保護するための保護ケー
    スと、一方の表面に前記取り出しリードが接着されると
    ともに他方の表面が前記保護ケースの内面と接するよう
    に設けられた絶縁層とを備え、前記磁気検知膜上に前記
    絶縁層および前記取り出しリードが配置されないように
    構成することにより前記磁気検知膜と前記保護ケースと
    の間にエアーギャップを形成したことを特徴とする磁気
    検出器。
  2. 【請求項2】 磁気抵抗素子チップ上に絶縁層が配置さ
    れないように構成したことを特徴とする請求項1記載の
    磁気検出器。
  3. 【請求項3】 磁気抵抗素子チップ上に絶縁層の一部が
    配置されるように構成したことを特徴とする請求項1記
    載の磁気検出器。
  4. 【請求項4】 磁気抵抗素子チップ上に絶縁層の一部が
    直接接するように構成したことを特徴とする請求項1記
    載の磁気検出器。
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CA2869294A1 (en) 2012-04-09 2013-10-17 Mitsubishi Electric Corporation Magnetic sensor

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