JP4221578B2

JP4221578B2 - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP4221578B2
Application number: JP2003096379A
Authority: JP
Inventors: 和好角谷; 重幸山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004301743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いた磁気検出装置に関し、例えば、磁性材料からなる部材の回転等を検出する回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば車両用のシャフト等の回転を検出するための装置として、磁気抵抗素子を用いて回転を検出する回転検出装置が用いられている。
【０００３】
従来の回転検出装置を図１０及び図１１に示す（特許文献１参照）。
【０００４】
図に示すように、従来の回転検出装置９０は、例えば磁性材料から成る多数の歯車９２を有するギヤ９１に対向して配置され、ギヤの回転を検出するために使用されている。回転検出装置９０は、歯車の端面に対してそれぞれ４５°の角度をもって配置された磁気抵抗素子９３，９４を備えるセンサチップ（ＭＲＥ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＥｌｅｍｅｎｔ）チップ）９５を有している。センサチップ９５は、長方形の棒状に形成されたモールド材９６によりモールドされ、円柱形状のバイアス磁石９７の中央部に設けられた長方形状の貫通孔に挿入固定されている。なお、右端部には所要数のリード９８が引き出されている。
【０００５】
すなわち、従来の回転等を検出する磁気検出装置は、センサチップを一旦モールドＩＣに成形し、磁気バイアス用中空永久磁石と組付けることで検出対象である回転体の回転を検出するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１０２２６８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁気検出装置の検出感度は、センサチップと永久磁石との位置関係に影響されるから、従来のものでは、各部品の位置精度（例えば、リードフレームへのダイボンディングやモールド成形時の合わせ精度、永久磁石とモールドＩＣの組付け精度等）を厳しく管理する必要があった。
【０００８】
また外部へ信号を取り出すには、専用コネクタとの接続が必要であった。
【０００９】
さらに、接合個所が増えることで信頼性の面でリスクが増えるという問題もあった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、センサをＩＣモールドに成形せず、バイアス用永久磁石に直接固定するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、位置精度を上げることができ、部品点数を少なくすることができ、信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、バイアス用磁石を、断面略Ｕ字形状に形成すれば、センサを側壁とに近接配置することができ、さらに感度を向上させることができる。
【００１３】
また、バイアス用磁石は、信号伝達用端子を備えることができ、専用コネクタを省略することができる。信号伝達用端子はバイアス用磁石にインサート成形により容易に形成することができる。
【００１４】
さらに、センサは、信号伝達用端子に接続配置されることができる。また、信号伝達用端子間には電子部品が接続配置される。
【００１５】
さらに、バイアス用磁石に凹部を設け、この凹部にセンサを配置してセンサの上面を端子上面とほぼ同じ高さにすると、ワイヤボンディングの性能を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態である磁気検出装置の概略を示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１９】
本実施形態の磁気検出装置は、ＭＲＥチップ１が、信号出力端子３ａ，３ｂ，３ｃを備えたバイアス用永久磁石４に直接固定されているものである。
【００２０】
本例のＭＲＥチップ１には、それぞれ中心軸に対して４５°傾いた２本の磁気抵抗素子２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄからなるセンサが２対配置され、差動動作が可能なように構成されている。もちろん、差動動作させない場合は、１対の磁気抵抗素子を配置すればよい。
【００２１】
バイアス用永久磁石であるフェライトマグネット４は、断面略Ｕ字状に形成され、Ｕ字状の底部には、端子３ａ，３ｂ，３ｃがインサート成形されている。そして、本例では、フェライトマグネット４の底部に設けられた端子３ｂに接続する電極上に、ＭＲＥチップ１が導電性接着剤で接着固定されている。すなわち、ＭＲＥチップ１は、フェライトマグネット４にベアチップ実装されている。フェライトマグネット４は、ＭＲＥチップ１のケースとしての役割も果たしている。
【００２２】
さらに、ＭＲＥチップ１は、ワイヤボンディングにより端子３ａ，３ｂ，３ｃに接続されている。また、保護用チップコンデンサ５ａ，５ｂが端子３ａ，３ｂ及び３ｂ，３ｃ間に配置されている。
【００２３】
本実施形態の製造は次のようにして行われる。
【００２４】
まず、Ｕ字状のフェライトマグネット４に、インサート成形等を利用して、外部への信号伝達用の端子３ａ，３ｂ，３ｃ（例えば０．６４コネクタ端子）を形成する。次に、ＭＲＥチップ１は端子３ｂに接続する電極上に導電性接着剤で接着固定され、同時にチップコンデンサ５ａ，５ｂが、それぞれ端子３ａ，３ｂ及び端子３ｂ，３ｃ間に導電性接着剤で接着固定される。その後、ＭＲＥチップ１と端子３ａ，３ｂ，３ｃとをワイヤボンディング接続し、全体を保護材でオーバーコートする。
【００２５】
このように、フェライトマグネット４へＭＲＥチップ１を直接実装することでＭＲＥチップ１をフェライトマグネット４上に精度良く搭載することができ、センサとバイアス用マグネットとの位置ずれを少なくできる。また他の部品を介して組付けるものではないから、他の部品との位置ずれの影響を受けることもない。
【００２６】
従来はＩＣモールド中に保護用チップコンデンサを導電性接着剤により接着固定していたので、ワイヤボンディング時に外力によってこの導電性接着剤の剥離が懸念されることから、ＭＲＥチップの接着とコンデンサの接着とを別々の工程で行っていた。しかしながら、本例の場合、センサチップ１を搭載する筐体となるのはフェライト４で、フェライト４は剛性があり熱的変形にも強いので、ＭＲＥチップ１とコンデンサ５ａ，５ｂの接着固定を同時に行うことができる。また、外部出力端子３ａ，３ｂ，３ｃがフェライトに直接形成されているので、従来のようなモールドＩＣと外部端子との接合は必要がない。
【００２７】
図２は、本実施形態の磁気検出装置が、実際の組立体に組み込まれた状態を示す断面図である。図１と共通する部材には同一の符号を付した。この組立体は、第１〜第３のケース１０，２０，３０からなっている。第３のケース３０が、本例のＭＲＥチップ１を直接搭載したフェライトマグネット４である。この第３のケース３０が、第１のケース１０で保護され、さらに第２のケース２０が第１のケース１０と一体的に第３のケース３０を保護している。第１〜第３のケース１０〜３０で構成される組立体は公知のもので、本例のものは、従来のものと同様の組立工程により組み立てられるものである。
【００２８】
また、従来のＩＣモールドに代わり、本例を第３のケース３０として標準形状とすることで、コストダウンを実現できる。なお、第２のケース２０は成形加工を行うことなく、防水コネクタで封止することにより、別に形成された第２のケース２０を用いて、第３のケース３０及び第１のケース１０を第２のケース２０に圧入して組み立てることも可能である。
【００２９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態を示す。図１に示した第１の実施形態と共通する部材には、同一の符号を付した。図３（ａ）は、磁気検出装置の第２の実施形態の概略を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００３０】
本実施形態の磁気検出装置では、フェライトマグネット４のＭＲＥチップ搭載面が一段落とし込みになっている。すなわち、フェライトマグネット４のＵ字状底部に凹部６が設けられ、図３（ｃ）に示されているように、ＭＲＥチップ１が、凹部６に配設され、ＭＲＥチップの上面が端子３ａ，３ｃ，３ｄの高さとほぼ同じ高さにされている。また、ＭＲＥチップの下面に伸びる端子３ｂに代えて、端子３ａ及び３ｃと同様の端子３ｄを備えている。第１の実施形態では、ＭＲＥチップ１は、フェライトマグネット４の底部に設けられた端子３ｂに接続する電極上に接着固定されていたが、本実施形態では、ＭＲＥチップ１は、他の部材を介することなく、フェライトマグネット４の凹部６に接着固定されることになる。
【００３１】
本実施形態では、ＭＲＥチップ１の上面が、端子３ａ，３ｂ，３ｃの上面とほぼ同じ高さにそろえられているので、ワイヤボンディング工程が容易で、ボンディング後のワイヤループが緩やかになるため寿命が長くなる他、ワイヤタッチ等の発生を防ぐことができる効果を奏する。なお、本例では、ＭＲＥチップ１の上面を端子３ａ，３ｂ，３ｃ上面とほぼ同じ高さとしたが、凹部６にＭＲＥチップを配置すれば、ＭＲＥチップの高さが抑えられるという効果を有するので、場合によってはほぼ同じ高さとすることなく使用することもあり得る。
【００３２】
図４は、本発明と磁気的作用において同等な先行例によるセンサ検出感度を示すグラフである。横軸は、被測定対象であるギヤの回転角を示し、縦軸は、出力電圧を示す。この先行例は、従来の円筒形のバイアス用マグネットを長手方向に沿って切断して形成したＵ字状マグネットに従来のＩＣモールドしたＭＲＥチップを搭載したものである。図から明らかなように、先行例の出力電圧は、従来のものと同等な出力が得られることがわかる。
【００３３】
次に、磁気抵抗素子センサの検出感度について、本発明の作用効果を説明する。
【００３４】
磁気抵抗素子を用いるＭＲＥチップの検出感度は、ＭＲＥチップとマグネットとの位置関係に大きく影響を受ける。図５及び図６は、磁気シミュレーションによる、ＭＲＥチップとマグネットとの相対的な位置ずれとギヤ回転検出時の角度のずれを表わす図である。
【００３５】
図５は、左右に配置されている２対のセンサの中心軸を基準として、ＭＲＥチップが横方向すなわち左右にずれた場合の、ギヤ回転角度とセンサ感度との関係を示すもので、中心位置に配置されていてずれがない場合と、左右に０．０５ｍｍ及び０．１ｍｍずれた場合の感度がプロットされている。明らかに、ずれが大きくなると、ギヤの角度のずれも大きくなる。ギヤ−センサ間距離０．５ｍｍ時右方向に０．１ｍｍずれた場合、センサ感度「０」の点は、１５．９７°から１５．５８°程度にずれ、約０．４°のずれがでることが分る。
【００３６】
図６は、２対のセンサの前後方向の中点を基準として、ＭＲＥチップが縦方向すなわち前後にずれた場合の、ギヤ回転角度とセンサ感度との関係を示す。基準位置に配置されていてずれがない場合と、前後に０．０５ｍｍ及び０．１ｍｍずれた場合の感度がプロットされている。この場合も、ずれが大きくなると、ギヤの角度のずれも大きくなる。ギヤ−センサ間距離１．５ｍｍ時前方向に０．１ｍｍずれた場合、センサ感度「０」の点は、１５．１５°から１４．３６°程度にずれ、約０．８°のずれがでる。
【００３７】
従来のものは、先に説明した構造によって、前後左右に少なくとも０．１５ｍｍのずれは避けられなかった。
【００３８】
次に、ＭＲＥチップを直接マグネットに搭載した本例の試作品についてみると、図７にしめすような結果が得られた。
【００３９】
２ロット分の４３個の試作品を対象に、実装精度を左右方向及び前後方向で測定したものである。図の白抜きの棒グラフは、横軸に示したチップマウント位置のずれ量だけ左右方向にずれて配置されたＭＲＥチップの個数を示し、斜線の棒グラフは、同様にその位置ずれ量だけ前後にずれて配置されたＭＲＥチップの個数を示す。左右方向のずれの平均値は、−２．２６μｍであり、３σは、４６．５μｍであり、前後方向のずれの平均値は、１４．５μｍで、３σは、４０．５μｍであった。
【００４０】
これによれば、本例のものの実装精度は、−５０μｍから＋５０μｍの範囲すなわち−０．０５ｍｍから＋０．０５ｍｍにあるということができ、左右及び前後方向の実装精度が従来のものより格段に向上したことがわかる。
【００４１】
ところで、図８は、ＭＲＥチップ７１のＩＣモールド７２を行った後、円筒形の永久磁石７３に挿入して形成された従来の磁気検出器の、永久磁石とＭＲＥチップとの関係を説明する図である。
【００４２】
従来のものは、図に示すように、ＭＲＥチップ７１を一旦ＩＣモールド７２にする必要から、ＭＲＥチップ７１からの引き出し電極を配置するスペースＤがＭＲＥチップ７１と永久磁石７３との間に存在していた。したがって、１対の磁気抵抗素子の中心から永久磁石までの距離Ｌは、少なくとも２ｍｍ取らなければならず、これにより十分センサ感度を上げることができなかった。
【００４３】
ところが、本発明によれば、ＩＣモールドを行わない関係上、ＩＣモールドによる制約はなくなり、１対の磁気抵抗素子の中心から永久磁石（Ｕ字形状の壁）までの距離Ｌは、約１ｍｍ程度に接近させることができる。この距離は、永久磁石にＭＲＥチップをマウントさせるためのマウントツールにより決定されるもので、原理的にはさらに小さくすることも可能である。
【００４４】
図９に、磁気シミュレーションにより得た、ＭＲＥチップと永久磁石間の距離Ｌによるセンサ感度の相違を示す。ＭＲＥチップと永久磁石間の距離Ｌが２ｍｍ、１．５ｍｍ及び１ｍｍのものの、ギヤ回転角度によるセンサ感度をプロットしたものである。図から明らかなように、ＭＲＥチップと永久磁石間の距離Ｌが短くなるに伴い、センサ感度が向上する。本例のものは、距離Ｌを１ｍｍとすることができるから、この点でだけでも従来のものに比して２倍程度のセンサ感度の向上が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態である磁気検出装置の概略を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】本発明の１実施形態である磁気検出装置が組み込まれる組立体の断面図である。
【図３】（ａ）は、磁気検出装置の第２の実施形態の概略を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の先行例によるセンサ検出感度を示すグラフである。
【図５】２対のセンサの左右の位置ずれとギヤ回転検出時の角度のずれを示す図である。
【図６】２対のセンサの前後の位置ずれとギヤ回転検出時の角度のずれを示す図である。
【図７】本発明の１実施形態のＭＲＥチップの実装精度を示す図である。
【図８】従来の磁気検出器の、永久磁石とＭＲＥチップとの関係を説明する図である。
【図９】ＭＲＥチップと永久磁石間の距離によるセンサ感度の相違を示す図である。
【図１０】従来の磁気検出器を説明する平面図である。
【図１１】従来の磁気検出器を説明する正面図である。
【符号の説明】
１…ＭＲＥチップ
２ａ〜２ｄ…磁気抵抗素子
３ａ〜３ｄ…端子
４…フェライトマグネット
５ａ〜５ｂ…チップコンデンサ
６…凹部

Claims

磁気抵抗素子を有するセンサとバイアス用磁石を備えた磁気検出装置であって、前記バイアス用磁石は断面略Ｕ字形状に形成されるとともに、前記センサはＩＣモールドに成形せず前記バイアス用磁石に直接固定されているとともに、前記バイアス用磁石は信号伝達用端子を備えており、前記信号伝達用端子は前記バイアス用磁石にインサート成形されていることを特徴とする磁気検出装置。
磁気抵抗素子を有するセンサとバイアス用磁石を備えた磁気検出装置であって、前記バイアス用磁石は断面略Ｕ字形状に形成されるとともに、前記センサはＩＣモールドに成形せず前記バイアス用磁石に直接固定されているとともに、前記バイアス用磁石は信号伝達用端子を備えており、前記バイアス用磁石には凹部が設けられ、該凹部に前記センサが固定され、前記センサの上面が前記信号伝達用端子の上面とほぼ同じ高さに構成されたことを特徴とする磁気検出装置。
前記センサは、前記信号伝達用端子に接続配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
前記信号伝達用端子間に電子部品が接続配置されることを特徴とする請求項１〜３に記載の磁気検出装置。