JP4273847B2 - 磁気センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に使用される磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の磁気センサを示す平面図である。
【０００３】
図８において、１はＳｉ基板、２は磁気抵抗素子、３は電極、４は処理回路部、５は電極パッドである。そして、前記磁気抵抗素子２と処理回路部４はＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２６４７０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気センサにおいては、磁気抵抗素子２と処理回路部４をＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているため、Ｓｉ基板１の面積が大きくなり、小型化が容易に行えないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型化が可能な磁気センサを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、１枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、前記それぞれの磁気抵抗素子上に保護膜を形成する工程と、前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えたもので、この方法によれば、磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、１枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、前記それぞれの磁気抵抗素子上に絶縁膜を形成する工程と、前記それぞれの絶縁膜上に永久磁石膜を形成する工程と、前記それぞれの永久磁石膜上に保護膜を形成する工程と、前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の絶縁膜、前記複数の永久磁石膜、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えたもので、この方法によれば、請求項１に記載の磁気センサと同様の作用効果を有するとともに、磁気抵抗素子に印加する磁気バイアス用永久磁石を、薄膜化した永久磁石膜としているため、小型であり、かつ高感度で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
なお、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板を貫通して一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の貫通電極で構成すると、上面電極が磁気センサから露出しないため、上面電極の腐食を防止することができ、また上面電極から腐食が進行して磁気センサ内部の構成要素が腐食するということも防止することができるという作用効果を有する。
【００１２】
また、上記貫通電極をスルーホール構造で構成すると、安価な金型で貫通電極を形成するための貫通孔を形成することができ、また貫通電極も電極の印刷により、容易に、かつ確実に形成できるという作用効果を有する。
【００１３】
あるいは、上記貫通電極をビアホール構造で構成すると、小さいスペースで貫通電極を形成することができるため、磁気センサの小型化が可能になるという作用効果を有する。
【００１４】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に形成し、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成すると、簡単な方法で端面電極を形成できるという作用効果を有する。
【００１５】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に設けた切り欠き部に形成し、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成すると、安価な金型で端面電極を形成するための切り欠き部を形成することができるという作用効果を有する。
【００１６】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の上面電極とＩＣチップとをワイヤによるボンディングで電気的に接続すると、一対の上面電極とＩＣチップとの接合が、異種基板同士の接着による応力の影響を受けず、高い信頼性を確保できるという作用効果を有する。
【００１７】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の上面電極とＩＣチップとをＧＧＩ接合により電気的に接続すると、ＩＣチップとほぼ同一面積の小型の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００１８】
また、請求項１または２に記載の発明において、連結電極を、少なくともＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成すると、連結電極の形成時の印刷および穴埋めの加工が容易で生産性に優れたものが得られるとともに、完成後には半田付け性が優れたものになるという作用効果を有する。
【００１９】
また、請求項１または２に記載の発明において、ガラスグレーズ層を、少なくともＰｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌのいずれか１種類以上の元素を含有するもので構成すると、磁気抵抗素子が着膜されるガラスグレーズ層表面の表面平滑性が容易に得られるという作用効果を有する。
【００２０】
また、請求項１または２に記載の発明において、ガラスグレーズ層を、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成すると、磁気抵抗素子の着膜をより均一な状態で行わせることができるため、磁気抵抗素子の特性が優れたものが得られるという作用効果を有する。
【００２１】
また、請求項１または２に記載の発明において、モールド部の材料としてエポキシ系の樹脂を用いると、安価で高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２２】
また、請求項１または２に記載の発明において、裏面電極の表面に金からなるめっき層を設けると、基板実装面の裏面電極の表面が酸化しないため、良好な半田付け性が得られるという作用効果を有する。
【００２３】
また、請求項１または２に記載の発明において、上面電極の表面に下地層とめっき層を設け、かつ前記下地層を少なくともＴｉまたはＣｒのいずれか１種類の金属で構成すると、上面電極とめっき層との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００２４】
また、上記めっき層を金で構成し、かつその膜厚を１０００Å以上にして、ワイヤボンディングおよびＧＧＩ接合に耐える金膜厚にすると、高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜を少なくともＣｏ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成すると、高い保持力を有する永久磁石によりバイアスを印加することができるため、磁気センサの高感度化が可能になるという作用効果を有する。
【００２６】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜を７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成すると、安定した高い保持力を有する永久磁石膜を構成できるため、高感度の磁気センサを安定して生産できるという作用効果を有する。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜の膜厚を３００Å〜２０００Åの範囲とすると、永久磁石膜の特性を安定化させることができるため、出力が安定し、かつ高感度の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜をフェライト酸化物を含有するもので構成すると、永久磁石膜を安価に構成することができるため、安価な磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２９】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜をＳｉＯ２で構成すると、信頼性の高いＳｉＯ２からなる絶縁膜を用いているため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００３０】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜をＳｉ３Ｎ４で構成すると、磁気抵抗素子との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜の厚みを０．５μｍ〜３μｍの範囲とすると、十分な絶縁性を保ちながら磁気抵抗素子の特性に影響を与えることがないという作用効果を有する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図、図２は同磁気センサの断面図である。
【００３４】
図１、図２において、１１はセラミックを主成分とする基板、１２は基板１１の上面に形成されたガラスグレーズ層で、このガラスグレーズ層１２は、ＳｉＯ2を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したもので、より低い焼成温度で良好な平面平滑性を得ることができる。また、このガラスグレーズ層１２は、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成されている。１３はガラスグレーズ層１２上に約５００Åの厚みで着膜された磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗素子で、磁気抵抗効果膜としては、ＮｉＦｅ系、もしくはＮｉＣｏ系からなる強磁性磁気抵抗膜、または人工格子多層膜を用いることができる。また、この磁気抵抗素子１３は所定の形状にパターニングがなされているもので、この磁気抵抗素子１３のパターンは、つづら折り状にパターン形成され、そのパターンの長手方向は検出する磁界の方向を考慮して配置される。これは、磁気抵抗素子１３が強磁性磁気抵抗膜の場合には、パターンの長手方向と垂直な方向の磁界を検出し、一方、磁気抵抗素子１３が人工格子多層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜（以下「ＧＭＲ膜」と記す）の場合には、パターンの長手方向と平行な方向の磁界を検出するからである。
【００３５】
１４は磁気抵抗素子１３上に形成されたＳｉＯ2からなる層間絶縁膜（絶縁膜）で、この層間絶縁膜１４は、厚みが０．５μｍ以下では充分な絶縁性が保てず、また３μｍを超えるとＳｉＯ2の応力が磁気抵抗素子１３に影響を及ぼし、磁気センサの特性が劣化するため、層間絶縁膜１４の厚みは約０．５〜３μｍの範囲としている。１５は層間絶縁膜１４上に形成されたＣｏＰｔ膜からなる永久磁石膜で、この永久磁石膜１５は所定のパターン形状を有し所定の方向に磁界を発生させるものである。また、永久磁石膜１５の膜厚は３００Å〜２００００Åの範囲としている。そしてまた、永久磁石膜１５の組成比は、７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成するのが好ましい。ここで、永久磁石膜１５の膜厚は、磁気抵抗素子１３の感度や磁気ヒステリシス量に合わせて、必要な磁気バイアス強度を算出し、それに応じた膜厚に設定されている。例えば、磁気抵抗素子１３が、感度が低く磁気ヒステリシス量の大きなＮｉＣｏ系である場合には、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を２００００Å付近に設定して、磁気バイアス量を多くする必要があり、一方、磁気抵抗素子１３が、感度が高く磁気ヒステリシス量が小さいＮｉＦｅ系の場合や、人工格子多層膜からなるＧＭＲ膜の場合は、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を５００Å付近に設定して、磁気バイアス量を小さめに設定する必要がある。また、さらに大きなバイアス磁界量が必要な場合や、低コスト化を目論む場合は、永久磁石膜１５にフェライト酸化物の粉体を用い、ペースト状にした後、印刷により所定の形状に形成し、焼成しても良い。また、永久磁石膜１５の磁界の方向は、磁気抵抗素子１３に強磁性磁気抵抗膜を用いた場合は、パターンの長手方向に対して略４５°、ＧＭＲ膜を用いた場合は、信号磁界の方向に対して０°もしくは１８０°である反平行方向または基板１１面に対して略４５°に設定することが望ましい。
【００３６】
１６は永久磁石膜１５上に形成されたフェノール樹脂からなる保護膜である。１７は磁気抵抗素子１３の外側に位置して基板１１を表面から裏面に貫通するように設けられ、かつＡｇＰｄを主成分とするビアホール構造の一対の貫通電極（連結電極）である。１８は基板１１の上面に形成され、かつ前記磁気抵抗素子１３と電気的に接続される一対の上面電極で、この一対の上面電極１８の表面には金めっきによるめっき層が施されている。この金めっきによるめっき層の厚みは１０００Å以上とするのが好ましい。また、金めっきによるめっき層の密着強度を向上させるために、金めっきによるめっき層の下にＴｉまたはＣｒからなる下地層を形成してもよい。
【００３７】
１９は基板１１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極１９の表面には金めっきによるめっき層が施されている。そしてこの一対の裏面電極１９と前記一対の上面電極１８は、前記一対の貫通電極１７を介して電気的に接続されている。２０は保護膜１６上に形成された処理回路用のＩＣチップで、このＩＣチップ２０は前記一対の上面電極１８とワイヤ２１によるボンディングで電気的に接続されている。そして、このワイヤ２１には、信頼性が高く、比較的ボンディングが容易な金線を用いることが望ましい。２２は基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面に形成されたモールド部で、このモールド部２２を構成する材料としては硬化時の応力が小さく、水分の透過が少ないエポキシ系の樹脂が最適である。
【００３８】
図３は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図である。
【００３９】
図３において、３１はＶＣＣ電極、３２はＧＮＤ電極、３３は第１のＦＧ電極、３４は第２のＦＧ電極である。３５は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第１のパターン、３６は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第２のパターン、３７は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第３のパターン、３８は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第４のパターンである。ここで、第１のパターン３５と第４のパターン３８とは、ＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第１のパターン３５と第４のパターン３８との接続部は第１のＦＧ電極３３に電気的に接続している。また、第２のパターン３６と第３のパターン３７もＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第２のパターン３６と第３のパターン３７との接続部は第２のＦＧ電極３４に電気的に接続している。このように第１のパターン３５〜第４のパターン３８はブリッジ回路状に電気的に接続されている。
【００４０】
３９は信号磁界を示し、４０は第１のパターン３５に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第１の磁気バイアスで、この第１の磁気バイアス４０の大きさと方向は第３のパターン３７に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第１の磁気バイアス４０の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに１３５°の方向に設定されている。４１は第２のパターン３６に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第２の磁気バイアスで、この第２の磁気バイアス４１の大きさと方向は第４のパターン３８に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第２の磁気バイアス４１の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに４５°の方向に設定されている。４２は信号磁界３９と第１の磁気バイアス４０との第１の合成磁界であり、４３は信号磁界３９と第２の磁気バイアス４１との第２の合成磁界である。ここで、第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界は第１の合成磁界４２であり、第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界は第２の合成磁界４３である。
【００４１】
以上のように構成された磁気センサについて、以下に、その製造方法を説明する。
【００４２】
最初に、基板１１に一対の貫通孔を設け、この貫通孔にＡｇＰｄを主成分とする導電体を充填して一対の貫通電極１７を形成する。そしてこの一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように基板１１の上面に一対の上面電極１８を印刷、焼成して形成する。また、基板１１の裏面にも一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように一対の裏面電極１９を印刷、焼成して形成する。
【００４３】
次に、基板１１の上面に、印刷、焼成によりガラスグレーズ層１２を形成する。そしてこのガラスグレーズ層１２上に真空蒸着により磁気抵抗素子１３を形成する。このとき、磁気抵抗素子１３を一対の上面電極１８の一部と重なるように形成することにより、一対の上面電極１８と電気的に接続する。その後、フォトエッチングにより磁気抵抗素子１３を所定の形状にパターニングし、所定のパターン形状を得る。そしてこの所定のパターン形状にパターニングされた磁気抵抗素子１３上にスパッタリングまたはＣＶＤによりＳｉＯ2を約０．５〜３μｍの厚みで着膜して層間絶縁膜１４を形成する。
【００４４】
次に、層間絶縁膜１４上に、ＣｏＰｔ膜をスパッタリングにより５００Å〜２００００Åの厚みで着膜して永久磁石膜１５を形成する。その後、永久磁石膜１５をフォトエッチングにより所定の形状にパターニングする。この場合、永久磁石膜１５は、少なくとも磁気抵抗素子１３のパターン上を完全に覆う大きさに設定する。この後、電流コイルにより励磁して発生させた磁気パルスを永久磁石膜１５に印加して、所定の方向に着磁を行い、磁気抵抗素子１３に対し、常に一定方向の磁界を印加するように設定する。磁界が印加される方向は、本発明の実施の形態１における磁気センサの構成の説明で述べた通りである。
【００４５】
次に、前記永久磁石膜１５の上にフェノール樹脂を印刷して保護膜１６を形成する。
【００４６】
次に、保護膜１６の上に処理回路用のＩＣチップ２０を実装し、そしてこのＩＣチップ２０と一対の上面電極１８とをワイヤ２１でボンディングすることにより、磁気抵抗素子１３および一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とを電気的に接続する。
【００４７】
最後に、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うようにモールド部２２を形成する。このモールド部２２を形成する際のモールディング工法は、シリンジ等で樹脂を吐出させた後、所定の厚みのあるメタルマスク等を用いた印刷を行い、これを硬化させることにより行う。
【００４８】
以上のような製造方法によって、本発明の実施の形態１における磁気センサを得ることができる。
【００４９】
なお、上記製造方法においては、一つの基板１１から一つの磁気センサを得るものについて説明したが、本発明においては、量産性を考えて１枚の大きなセラミック基板に複数の磁気抵抗素子１３、複数のＩＣチップ２０を形成してからこのセラミック基板を個片に分割して、複数の磁気センサを得るものである。この場合、モールド部２２は、前述した１枚の大きなセラミック基板の表面全体を覆うように形成して、切断用ダイシングソーにより、前述した１枚の大きなセラミック基板とモールド部２２とを同時に切断する。切断用ダイシングソー自身はモールド部２２側の面から入って来るようにセッティングし、基本的には前述した１枚の大きなセラミック基板まで完全に切断するが、工程でのハンドリング性を考慮して、セラミック基板を完全に切断するのではなく、ブレーク溝を形成するにとどめて、基板１１への分割は別工程で行っても良い。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態１における磁気センサの動作について説明する。
【００５１】
図４は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図である。
【００５２】
図４における特性図の縦軸は外部からの磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。
【００５３】
磁気抵抗素子１３のパターンに対し、永久磁石膜１５によって所定の磁気バイアスが印加されると、図４に示すように、磁気抵抗変化率はバイアス無しの特性４３からバイアス有りの特性４４の様に変化し、磁界に対する抵抗値変化のポイントがオフセットすることによって一定の磁界に対する抵抗値変化率が著しく上昇する。
【００５４】
図５は本発明の実施の形態１における磁気センサの出力波形を示す波形図である。
【００５５】
図５における波形図の縦軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。図５において、４４は図４に示したバイアス有りの磁気抵抗変化率特性、５１は信号磁界波形、５２は波状の磁気抵抗素子出力を示す。
【００５６】
上記図３で説明したように、第１の磁気バイアス４０と信号磁界３９とは第１の合成磁界４２を形成し、かつ第２の磁気バイアス４１と信号磁界３９とは第２の合成磁界４３を形成するもので、前記第１の合成磁界４２は第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界であり、かつ前記第２の合成磁界４３は第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界である。
【００５７】
この場合、第１のパターン３５と第３のパターン３７の抵抗値は比較的大きく上昇し、一方、第２のパターン３６と第４のパターン３８の抵抗値は上昇するものの、その上昇は比較的小さい。この結果、第１のＦＧ電極３３と第２のＦＧ電極３４との間に電位差が生じて電気信号が得られ、出力信号として図５に示す波状の磁気抵抗素子出力５２が得られる。
【００５８】
この磁気抵抗素子出力５２は、磁気抵抗素子１３に印加される電圧が５Ｖであった場合、数ｍＶ〜２００ｍＶ程度の出力しか得られないため、Ｓ／Ｎが悪く、このままでは磁気センサとしての使用が不可能である。このため、磁気抵抗素子１３と接続しているＩＣチップ２０において、アンプによる増幅やコンパレータによる矩形波処理などを行う必要がある。
【００５９】
上記本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、磁気抵抗素子１３が設けられた位置とＩＣチップ２０が設けられた位置とが基板１１上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子１３を接続するための電極とＩＣチップ２０を接続するための電極とをいずれも上面電極１８で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるものである。
【００６０】
また、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面にモールド部２２を形成しているため、これらに水分が侵入するのを確実に防ぐことができ、その結果、耐候性に優れた磁気センサを得ることができる。特に、基板１１にセラミックを、モールド部２２にエポキシ系の樹脂を用いると、一層の効果を得ることができる。さらに、本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、一対の上面電極１８が基板１１の端面まで設けられておらず、かつモールド部２２に完全に覆われていて、磁気センサの表面に露出していないため、上面電極１８の酸化や腐食を確実に防止することができるとともに、上面電極１８が腐食することによる磁気センサ内部の構成要素の腐食の進行も未然に防止することができる。
【００６１】
なお、上記本発明の実施の形態１においては、ガラスグレーズ層１２を、ＳｉＯ2を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したものについて説明したが、Ａｌ2Ｏ3やＢａＯ、Ｂを含んでいても良い。
【００６２】
また、層間絶縁膜１４は、ＳｉＯ2で構成したものについて説明したが、磁気抵抗素子１３との密着性をさらに向上させて高い信頼性を確保するために、Ｓｉ3Ｎ4で構成しても良い。
【００６３】
そしてまた、永久磁石膜１５は、ＣｏＰｔ膜で構成したものについて説明したが、ＣｏＰｔＣｒ膜で構成しても良い。
【００６４】
さらに、保護膜１６は、フェノール樹脂で構成したものについて説明したが、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4や、これら複数の材料の組み合わせで構成しても良く、この場合、永久磁石膜１５に対して応力がかからない材料構成が好ましい。
【００６５】
さらにまた、貫通電極１７は、ビアホール構造で構成したものについて説明したが、スルーホール構造で構成したものでも良く、また、この貫通電極１７の材料は、ＡｇＰｄに限定されるものではなく、他の導体であっても良く、特に、Ａｇ、Ｐｄ、またはＰｔを含有するものが好ましい。
【００６６】
また、上記本発明の実施の形態１においては、バイアす磁界の発生手段である永久磁石膜１５を設けたものについて説明したが、永久磁石膜１５を除去した構成にすることもできる。すなわち、バイアス磁界の発生手段が磁気センサの外部にある場合には、この永久磁石膜１５を除去した構成が有用である。
【００６７】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図である。
【００６８】
本発明の実施の形態２における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは電極の構造である。以下、図６を用いて本発明の実施の形態２における磁気センサについて説明する。
【００６９】
図６において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。
【００７０】
６１はセラミックからなる板状の基板で、この基板６１における互いに対向する一対の端面のそれぞれの中央部には半円柱状の切り欠き部が形成され、かつこの切り欠き部には半円柱状をなす一対の端面電極（連結電極）６２が形成されている。６３は基板６１の上面に形成され、かつ磁気抵抗素子１３と電気的に接続されている一対の上面電極、６４は基板６１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極６４は前記一対の端面電極６２を介して前記一対の上面電極６３と電気的に接続されている。
【００７１】
上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいても、本発明の実施の形態１における磁気センサと同様に、大きな１枚のセラミック基板から複数個の磁気センサを得るものである。
【００７２】
この場合、半円柱状の端面電極６２は、前述した大きな１枚のセラミック基板に設けた貫通孔に導体を充填したものを２分することにより得られるため、前述した大きなセラミック基板に設ける貫通孔の数は、本発明の実施の形態１における磁気センサの場合に比べ、約１／２にすることができ、その結果、この貫通孔を前述した大きな１枚のセラミック基板に形成する際に必要な高価な金型ピンの数を減らすことができるため、基板の金型作製コストを大幅に抑制することができるものである。
【００７３】
なお、上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいては、一対の端面電極６２を、基板６１における互いに対向する一対の端面電極のそれぞれの中央部に半円柱状の形状として形成したが、基板６１に切り欠き部を設けることなく、基板６１における互いに対向する一対の端面に一対の端面電極６２を形成し、この一対の端面電極６２を前記一対の上面電極６３と一対の裏面電極６４に電気的に接続する構成としても良いものである。
【００７４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図である。
【００７５】
本発明の実施の形態３における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは、ＩＣチップと上面電極との接続方法が異なるものである。以下、図７を用いて本発明の実施の形態３における磁気センサについて説明する。
【００７６】
図７において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。すなわち、本発明の実施の形態３における磁気センサは、一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とをＧＧＩ接合７１により電気的に接続したものである。
【００７７】
この構成によれば、上面から投影視した際に、上面電極１８が形成される部分がＩＣチップ２０の領域内に入りこむため、基板１１の長さを短くすることが可能となり、更なる小型化を実現することが可能となる。さらに、大きな１枚のセラミック基板から複数の磁気センサを得る製造方法を採用しているので、１個当たりの磁気センサが小型になる分、前述した大きな１枚のセラミック基板から得られる磁気センサの数が増加するため、コストダウンが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図
【図２】同磁気センサの断面図
【図３】同磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図
【図４】同磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図
【図５】同磁気センサの出力波形を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図
【図７】本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図
【図８】従来の磁気センサを示す平面図
【符号の説明】
１１ 基板
１２ ガラスグレーズ層
１３ 磁気抵抗素子
１４ 層間絶縁膜（絶縁膜）
１５ 永久磁石膜
１６ 保護膜
１７ 一対の貫通電極（連結電極）
１８ 一対の上面電極
１９ 一対の裏面電極
２０ ＩＣチップ
２１ ワイヤ
２２ モールド部
６１ 基板
６２ 一対の端面電極
６３ 一対の上面電極
６４ 一対の裏面電極
７１ ＧＧＩ接合
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に使用される磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の磁気センサを示す平面図である。
【０００３】
図８において、１はＳｉ基板、２は磁気抵抗素子、３は電極、４は処理回路部、５は電極パッドである。そして、前記磁気抵抗素子２と処理回路部４はＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２６４７０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気センサにおいては、磁気抵抗素子２と処理回路部４をＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているため、Ｓｉ基板１の面積が大きくなり、小型化が容易に行えないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型化が可能な磁気センサを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、１枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、前記それぞれの磁気抵抗素子上に保護膜を形成する工程と、前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えたもので、この方法によれば、磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、１枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、前記それぞれの磁気抵抗素子上に絶縁膜を形成する工程と、前記それぞれの絶縁膜上に永久磁石膜を形成する工程と、前記それぞれの永久磁石膜上に保護膜を形成する工程と、前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の絶縁膜、前記複数の永久磁石膜、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えたもので、この方法によれば、請求項１に記載の磁気センサと同様の作用効果を有するとともに、磁気抵抗素子に印加する磁気バイアス用永久磁石を、薄膜化した永久磁石膜としているため、小型であり、かつ高感度で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
なお、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板を貫通して一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の貫通電極で構成すると、上面電極が磁気センサから露出しないため、上面電極の腐食を防止することができ、また上面電極から腐食が進行して磁気センサ内部の構成要素が腐食するということも防止することができるという作用効果を有する。
【００１２】
また、上記貫通電極をスルーホール構造で構成すると、安価な金型で貫通電極を形成するための貫通孔を形成することができ、また貫通電極も電極の印刷により、容易に、かつ確実に形成できるという作用効果を有する。
【００１３】
あるいは、上記貫通電極をビアホール構造で構成すると、小さいスペースで貫通電極を形成することができるため、磁気センサの小型化が可能になるという作用効果を有する。
【００１４】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に形成し、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成すると、簡単な方法で端面電極を形成できるという作用効果を有する。
【００１５】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に設けた切り欠き部に形成し、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成すると、安価な金型で端面電極を形成するための切り欠き部を形成することができるという作用効果を有する。
【００１６】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の上面電極とＩＣチップとをワイヤによるボンディングで電気的に接続すると、一対の上面電極とＩＣチップとの接合が、異種基板同士の接着による応力の影響を受けず、高い信頼性を確保できるという作用効果を有する。
【００１７】
また、請求項１または２に記載の発明において、一対の上面電極とＩＣチップとをＧＧＩ接合により電気的に接続すると、ＩＣチップとほぼ同一面積の小型の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００１８】
また、請求項１または２に記載の発明において、連結電極を、少なくともＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成すると、連結電極の形成時の印刷および穴埋めの加工が容易で生産性に優れたものが得られるとともに、完成後には半田付け性が優れたものになるという作用効果を有する。
【００１９】
また、請求項１または２に記載の発明において、ガラスグレーズ層を、少なくともＰｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌのいずれか１種類以上の元素を含有するもので構成すると、磁気抵抗素子が着膜されるガラスグレーズ層表面の表面平滑性が容易に得られるという作用効果を有する。
【００２０】
また、請求項１または２に記載の発明において、ガラスグレーズ層を、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成すると、磁気抵抗素子の着膜をより均一な状態で行わせることができるため、磁気抵抗素子の特性が優れたものが得られるという作用効果を有する。
【００２１】
また、請求項１または２に記載の発明において、モールド部の材料としてエポキシ系の樹脂を用いると、安価で高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２２】
また、請求項１または２に記載の発明において、裏面電極の表面に金からなるめっき層を設けると、基板実装面の裏面電極の表面が酸化しないため、良好な半田付け性が得られるという作用効果を有する。
【００２３】
また、請求項１または２に記載の発明において、上面電極の表面に下地層とめっき層を設け、かつ前記下地層を少なくともＴｉまたはＣｒのいずれか１種類の金属で構成すると、上面電極とめっき層との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００２４】
また、上記めっき層を金で構成し、かつその膜厚を１０００Å以上にして、ワイヤボンディングおよびＧＧＩ接合に耐える金膜厚にすると、高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜を少なくともＣｏ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成すると、高い保持力を有する永久磁石によりバイアスを印加することができるため、磁気センサの高感度化が可能になるという作用効果を有する。
【００２６】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜を７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成すると、安定した高い保持力を有する永久磁石膜を構成できるため、高感度の磁気センサを安定して生産できるという作用効果を有する。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜の膜厚を３００Å〜２０００Åの範囲とすると、永久磁石膜の特性を安定化させることができるため、出力が安定し、かつ高感度の磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明において、永久磁石膜をフェライト酸化物を含有するもので構成すると、永久磁石膜を安価に構成することができるため、安価な磁気センサが得られるという作用効果を有する。
【００２９】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜をＳｉＯ２で構成すると、信頼性の高いＳｉＯ２からなる絶縁膜を用いているため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００３０】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜をＳｉ３Ｎ４で構成すると、磁気抵抗素子との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有する。
【００３１】
また、請求項２に記載の発明において、絶縁膜の厚みを０．５μｍ〜３μｍの範囲とすると、十分な絶縁性を保ちながら磁気抵抗素子の特性に影響を与えることがないという作用効果を有する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図、図２は同磁気センサの断面図である。
【００３４】
図１、図２において、１１はセラミックを主成分とする基板、１２は基板１１の上面に形成されたガラスグレーズ層で、このガラスグレーズ層１２は、ＳｉＯ2を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したもので、より低い焼成温度で良好な平面平滑性を得ることができる。また、このガラスグレーズ層１２は、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成されている。１３はガラスグレーズ層１２上に約５００Åの厚みで着膜された磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗素子で、磁気抵抗効果膜としては、ＮｉＦｅ系、もしくはＮｉＣｏ系からなる強磁性磁気抵抗膜、または人工格子多層膜を用いることができる。また、この磁気抵抗素子１３は所定の形状にパターニングがなされているもので、この磁気抵抗素子１３のパターンは、つづら折り状にパターン形成され、そのパターンの長手方向は検出する磁界の方向を考慮して配置される。これは、磁気抵抗素子１３が強磁性磁気抵抗膜の場合には、パターンの長手方向と垂直な方向の磁界を検出し、一方、磁気抵抗素子１３が人工格子多層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜（以下「ＧＭＲ膜」と記す）の場合には、パターンの長手方向と平行な方向の磁界を検出するからである。
【００３５】
１４は磁気抵抗素子１３上に形成されたＳｉＯ2からなる層間絶縁膜（絶縁膜）で、この層間絶縁膜１４は、厚みが０．５μｍ以下では充分な絶縁性が保てず、また３μｍを超えるとＳｉＯ2の応力が磁気抵抗素子１３に影響を及ぼし、磁気センサの特性が劣化するため、層間絶縁膜１４の厚みは約０．５〜３μｍの範囲としている。１５は層間絶縁膜１４上に形成されたＣｏＰｔ膜からなる永久磁石膜で、この永久磁石膜１５は所定のパターン形状を有し所定の方向に磁界を発生させるものである。また、永久磁石膜１５の膜厚は３００Å〜２００００Åの範囲としている。そしてまた、永久磁石膜１５の組成比は、７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成するのが好ましい。ここで、永久磁石膜１５の膜厚は、磁気抵抗素子１３の感度や磁気ヒステリシス量に合わせて、必要な磁気バイアス強度を算出し、それに応じた膜厚に設定されている。例えば、磁気抵抗素子１３が、感度が低く磁気ヒステリシス量の大きなＮｉＣｏ系である場合には、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を２００００Å付近に設定して、磁気バイアス量を多くする必要があり、一方、磁気抵抗素子１３が、感度が高く磁気ヒステリシス量が小さいＮｉＦｅ系の場合や、人工格子多層膜からなるＧＭＲ膜の場合は、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を５００Å付近に設定して、磁気バイアス量を小さめに設定する必要がある。また、さらに大きなバイアス磁界量が必要な場合や、低コスト化を目論む場合は、永久磁石膜１５にフェライト酸化物の粉体を用い、ペースト状にした後、印刷により所定の形状に形成し、焼成しても良い。また、永久磁石膜１５の磁界の方向は、磁気抵抗素子１３に強磁性磁気抵抗膜を用いた場合は、パターンの長手方向に対して略４５°、ＧＭＲ膜を用いた場合は、信号磁界の方向に対して０°もしくは１８０°である反平行方向または基板１１面に対して略４５°に設定することが望ましい。
【００３６】
１６は永久磁石膜１５上に形成されたフェノール樹脂からなる保護膜である。１７は磁気抵抗素子１３の外側に位置して基板１１を表面から裏面に貫通するように設けられ、かつＡｇＰｄを主成分とするビアホール構造の一対の貫通電極（連結電極）である。１８は基板１１の上面に形成され、かつ前記磁気抵抗素子１３と電気的に接続される一対の上面電極で、この一対の上面電極１８の表面には金めっきによるめっき層が施されている。この金めっきによるめっき層の厚みは１０００Å以上とするのが好ましい。また、金めっきによるめっき層の密着強度を向上させるために、金めっきによるめっき層の下にＴｉまたはＣｒからなる下地層を形成してもよい。
【００３７】
１９は基板１１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極１９の表面には金めっきによるめっき層が施されている。そしてこの一対の裏面電極１９と前記一対の上面電極１８は、前記一対の貫通電極１７を介して電気的に接続されている。２０は保護膜１６上に形成された処理回路用のＩＣチップで、このＩＣチップ２０は前記一対の上面電極１８とワイヤ２１によるボンディングで電気的に接続されている。そして、このワイヤ２１には、信頼性が高く、比較的ボンディングが容易な金線を用いることが望ましい。２２は基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面に形成されたモールド部で、このモールド部２２を構成する材料としては硬化時の応力が小さく、水分の透過が少ないエポキシ系の樹脂が最適である。
【００３８】
図３は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図である。
【００３９】
図３において、３１はＶＣＣ電極、３２はＧＮＤ電極、３３は第１のＦＧ電極、３４は第２のＦＧ電極である。３５は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第１のパターン、３６は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第２のパターン、３７は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第３のパターン、３８は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第４のパターンである。ここで、第１のパターン３５と第４のパターン３８とは、ＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第１のパターン３５と第４のパターン３８との接続部は第１のＦＧ電極３３に電気的に接続している。また、第２のパターン３６と第３のパターン３７もＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第２のパターン３６と第３のパターン３７との接続部は第２のＦＧ電極３４に電気的に接続している。このように第１のパターン３５〜第４のパターン３８はブリッジ回路状に電気的に接続されている。
【００４０】
３９は信号磁界を示し、４０は第１のパターン３５に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第１の磁気バイアスで、この第１の磁気バイアス４０の大きさと方向は第３のパターン３７に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第１の磁気バイアス４０の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに１３５°の方向に設定されている。４１は第２のパターン３６に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第２の磁気バイアスで、この第２の磁気バイアス４１の大きさと方向は第４のパターン３８に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第２の磁気バイアス４１の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに４５°の方向に設定されている。４２は信号磁界３９と第１の磁気バイアス４０との第１の合成磁界であり、４３は信号磁界３９と第２の磁気バイアス４１との第２の合成磁界である。ここで、第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界は第１の合成磁界４２であり、第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界は第２の合成磁界４３である。
【００４１】
以上のように構成された磁気センサについて、以下に、その製造方法を説明する。
【００４２】
最初に、基板１１に一対の貫通孔を設け、この貫通孔にＡｇＰｄを主成分とする導電体を充填して一対の貫通電極１７を形成する。そしてこの一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように基板１１の上面に一対の上面電極１８を印刷、焼成して形成する。また、基板１１の裏面にも一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように一対の裏面電極１９を印刷、焼成して形成する。
【００４３】
次に、基板１１の上面に、印刷、焼成によりガラスグレーズ層１２を形成する。そしてこのガラスグレーズ層１２上に真空蒸着により磁気抵抗素子１３を形成する。このとき、磁気抵抗素子１３を一対の上面電極１８の一部と重なるように形成することにより、一対の上面電極１８と電気的に接続する。その後、フォトエッチングにより磁気抵抗素子１３を所定の形状にパターニングし、所定のパターン形状を得る。そしてこの所定のパターン形状にパターニングされた磁気抵抗素子１３上にスパッタリングまたはＣＶＤによりＳｉＯ2を約０．５〜３μｍの厚みで着膜して層間絶縁膜１４を形成する。
【００４４】
次に、層間絶縁膜１４上に、ＣｏＰｔ膜をスパッタリングにより５００Å〜２００００Åの厚みで着膜して永久磁石膜１５を形成する。その後、永久磁石膜１５をフォトエッチングにより所定の形状にパターニングする。この場合、永久磁石膜１５は、少なくとも磁気抵抗素子１３のパターン上を完全に覆う大きさに設定する。この後、電流コイルにより励磁して発生させた磁気パルスを永久磁石膜１５に印加して、所定の方向に着磁を行い、磁気抵抗素子１３に対し、常に一定方向の磁界を印加するように設定する。磁界が印加される方向は、本発明の実施の形態１における磁気センサの構成の説明で述べた通りである。
【００４５】
次に、前記永久磁石膜１５の上にフェノール樹脂を印刷して保護膜１６を形成する。
【００４６】
次に、保護膜１６の上に処理回路用のＩＣチップ２０を実装し、そしてこのＩＣチップ２０と一対の上面電極１８とをワイヤ２１でボンディングすることにより、磁気抵抗素子１３および一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とを電気的に接続する。
【００４７】
最後に、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うようにモールド部２２を形成する。このモールド部２２を形成する際のモールディング工法は、シリンジ等で樹脂を吐出させた後、所定の厚みのあるメタルマスク等を用いた印刷を行い、これを硬化させることにより行う。
【００４８】
以上のような製造方法によって、本発明の実施の形態１における磁気センサを得ることができる。
【００４９】
なお、上記製造方法においては、一つの基板１１から一つの磁気センサを得るものについて説明したが、本発明においては、量産性を考えて１枚の大きなセラミック基板に複数の磁気抵抗素子１３、複数のＩＣチップ２０を形成してからこのセラミック基板を個片に分割して、複数の磁気センサを得るものである。この場合、モールド部２２は、前述した１枚の大きなセラミック基板の表面全体を覆うように形成して、切断用ダイシングソーにより、前述した１枚の大きなセラミック基板とモールド部２２とを同時に切断する。切断用ダイシングソー自身はモールド部２２側の面から入って来るようにセッティングし、基本的には前述した１枚の大きなセラミック基板まで完全に切断するが、工程でのハンドリング性を考慮して、セラミック基板を完全に切断するのではなく、ブレーク溝を形成するにとどめて、基板１１への分割は別工程で行っても良い。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態１における磁気センサの動作について説明する。
【００５１】
図４は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図である。
【００５２】
図４における特性図の縦軸は外部からの磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。
【００５３】
磁気抵抗素子１３のパターンに対し、永久磁石膜１５によって所定の磁気バイアスが印加されると、図４に示すように、磁気抵抗変化率はバイアス無しの特性４３からバイアス有りの特性４４の様に変化し、磁界に対する抵抗値変化のポイントがオフセットすることによって一定の磁界に対する抵抗値変化率が著しく上昇する。
【００５４】
図５は本発明の実施の形態１における磁気センサの出力波形を示す波形図である。
【００５５】
図５における波形図の縦軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。図５において、４４は図４に示したバイアス有りの磁気抵抗変化率特性、５１は信号磁界波形、５２は波状の磁気抵抗素子出力を示す。
【００５６】
上記図３で説明したように、第１の磁気バイアス４０と信号磁界３９とは第１の合成磁界４２を形成し、かつ第２の磁気バイアス４１と信号磁界３９とは第２の合成磁界４３を形成するもので、前記第１の合成磁界４２は第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界であり、かつ前記第２の合成磁界４３は第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界である。
【００５７】
この場合、第１のパターン３５と第３のパターン３７の抵抗値は比較的大きく上昇し、一方、第２のパターン３６と第４のパターン３８の抵抗値は上昇するものの、その上昇は比較的小さい。この結果、第１のＦＧ電極３３と第２のＦＧ電極３４との間に電位差が生じて電気信号が得られ、出力信号として図５に示す波状の磁気抵抗素子出力５２が得られる。
【００５８】
この磁気抵抗素子出力５２は、磁気抵抗素子１３に印加される電圧が５Ｖであった場合、数ｍＶ〜２００ｍＶ程度の出力しか得られないため、Ｓ／Ｎが悪く、このままでは磁気センサとしての使用が不可能である。このため、磁気抵抗素子１３と接続しているＩＣチップ２０において、アンプによる増幅やコンパレータによる矩形波処理などを行う必要がある。
【００５９】
上記本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、磁気抵抗素子１３が設けられた位置とＩＣチップ２０が設けられた位置とが基板１１上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子１３を接続するための電極とＩＣチップ２０を接続するための電極とをいずれも上面電極１８で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるものである。
【００６０】
また、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面にモールド部２２を形成しているため、これらに水分が侵入するのを確実に防ぐことができ、その結果、耐候性に優れた磁気センサを得ることができる。特に、基板１１にセラミックを、モールド部２２にエポキシ系の樹脂を用いると、一層の効果を得ることができる。さらに、本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、一対の上面電極１８が基板１１の端面まで設けられておらず、かつモールド部２２に完全に覆われていて、磁気センサの表面に露出していないため、上面電極１８の酸化や腐食を確実に防止することができるとともに、上面電極１８が腐食することによる磁気センサ内部の構成要素の腐食の進行も未然に防止することができる。
【００６１】
なお、上記本発明の実施の形態１においては、ガラスグレーズ層１２を、ＳｉＯ2を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したものについて説明したが、Ａｌ2Ｏ3やＢａＯ、Ｂを含んでいても良い。
【００６２】
また、層間絶縁膜１４は、ＳｉＯ2で構成したものについて説明したが、磁気抵抗素子１３との密着性をさらに向上させて高い信頼性を確保するために、Ｓｉ3Ｎ4で構成しても良い。
【００６３】
そしてまた、永久磁石膜１５は、ＣｏＰｔ膜で構成したものについて説明したが、ＣｏＰｔＣｒ膜で構成しても良い。
【００６４】
さらに、保護膜１６は、フェノール樹脂で構成したものについて説明したが、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4や、これら複数の材料の組み合わせで構成しても良く、この場合、永久磁石膜１５に対して応力がかからない材料構成が好ましい。
【００６５】
さらにまた、貫通電極１７は、ビアホール構造で構成したものについて説明したが、スルーホール構造で構成したものでも良く、また、この貫通電極１７の材料は、ＡｇＰｄに限定されるものではなく、他の導体であっても良く、特に、Ａｇ、Ｐｄ、またはＰｔを含有するものが好ましい。
【００６６】
また、上記本発明の実施の形態１においては、バイアす磁界の発生手段である永久磁石膜１５を設けたものについて説明したが、永久磁石膜１５を除去した構成にすることもできる。すなわち、バイアス磁界の発生手段が磁気センサの外部にある場合には、この永久磁石膜１５を除去した構成が有用である。
【００６７】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図である。
【００６８】
本発明の実施の形態２における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは電極の構造である。以下、図６を用いて本発明の実施の形態２における磁気センサについて説明する。
【００６９】
図６において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。
【００７０】
６１はセラミックからなる板状の基板で、この基板６１における互いに対向する一対の端面のそれぞれの中央部には半円柱状の切り欠き部が形成され、かつこの切り欠き部には半円柱状をなす一対の端面電極（連結電極）６２が形成されている。６３は基板６１の上面に形成され、かつ磁気抵抗素子１３と電気的に接続されている一対の上面電極、６４は基板６１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極６４は前記一対の端面電極６２を介して前記一対の上面電極６３と電気的に接続されている。
【００７１】
上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいても、本発明の実施の形態１における磁気センサと同様に、大きな１枚のセラミック基板から複数個の磁気センサを得るものである。
【００７２】
この場合、半円柱状の端面電極６２は、前述した大きな１枚のセラミック基板に設けた貫通孔に導体を充填したものを２分することにより得られるため、前述した大きなセラミック基板に設ける貫通孔の数は、本発明の実施の形態１における磁気センサの場合に比べ、約１／２にすることができ、その結果、この貫通孔を前述した大きな１枚のセラミック基板に形成する際に必要な高価な金型ピンの数を減らすことができるため、基板の金型作製コストを大幅に抑制することができるものである。
【００７３】
なお、上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいては、一対の端面電極６２を、基板６１における互いに対向する一対の端面電極のそれぞれの中央部に半円柱状の形状として形成したが、基板６１に切り欠き部を設けることなく、基板６１における互いに対向する一対の端面に一対の端面電極６２を形成し、この一対の端面電極６２を前記一対の上面電極６３と一対の裏面電極６４に電気的に接続する構成としても良いものである。
【００７４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図である。
【００７５】
本発明の実施の形態３における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは、ＩＣチップと上面電極との接続方法が異なるものである。以下、図７を用いて本発明の実施の形態３における磁気センサについて説明する。
【００７６】
図７において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。すなわち、本発明の実施の形態３における磁気センサは、一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とをＧＧＩ接合７１により電気的に接続したものである。
【００７７】
この構成によれば、上面から投影視した際に、上面電極１８が形成される部分がＩＣチップ２０の領域内に入りこむため、基板１１の長さを短くすることが可能となり、更なる小型化を実現することが可能となる。さらに、大きな１枚のセラミック基板から複数の磁気センサを得る製造方法を採用しているので、１個当たりの磁気センサが小型になる分、前述した大きな１枚のセラミック基板から得られる磁気センサの数が増加するため、コストダウンが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図
【図２】同磁気センサの断面図
【図３】同磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図
【図４】同磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図
【図５】同磁気センサの出力波形を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図
【図７】本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図
【図８】従来の磁気センサを示す平面図
【符号の説明】
１１ 基板
１２ ガラスグレーズ層
１３ 磁気抵抗素子
１４ 層間絶縁膜（絶縁膜）
１５ 永久磁石膜
１６ 保護膜
１７ 一対の貫通電極（連結電極）
１８ 一対の上面電極
１９ 一対の裏面電極
２０ ＩＣチップ
２１ ワイヤ
２２ モールド部
６１ 基板
６２ 一対の端面電極
６３ 一対の上面電極
６４ 一対の裏面電極
７１ ＧＧＩ接合
Claims (2)
- １枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、
上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、
前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、
前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記それぞれの磁気抵抗素子上に保護膜を形成する工程と、
前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、
前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、
前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えた磁気センサの製造方法。 - １枚の基板から複数の磁気センサを得る磁気センサの製造方法であって、
上面および裏面を有する基板に設けられた貫通孔に充填した導電体からなる複数の一対の連結電極と、前記基板の上面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられ前記複数の一対の連結電極とそれぞれ電気的に接続する複数の一対の裏面電極とを形成する工程と、
前記基板の上面に複数のガラスグレーズ層を形成する工程と、
前記一対となった上面電極のそれぞれと電気的に接続するように前記ガラスグレーズ層上に磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記それぞれの磁気抵抗素子上に絶縁膜を形成する工程と、
前記それぞれの絶縁膜上に永久磁石膜を形成する工程と、
前記それぞれの永久磁石膜上に保護膜を形成する工程と、
前記それぞれの保護膜上に前記一対の上面電極と電気的に接続するＩＣチップを形成する工程と、
前記基板上に形成された前記複数の上面電極、前記複数のガラスグレーズ層、前記複数の磁気抵抗素子、前記複数の絶縁膜、前記複数の永久磁石膜、前記複数の保護膜および前記複数のＩＣチップを覆うモールド部を形成する工程と、
前記モールド部を切断および前記基板を分割して個片の磁気センサを得る工程とを備えた磁気センサの製造方法。
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