JP4318820B2

JP4318820B2 - 磁気検出アンテナ

Info

Publication number: JP4318820B2
Application number: JP35008599A
Authority: JP
Inventors: 伸治福井; 孝直井; 克己中村
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP2001166020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小磁界を検出する磁気検出アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子基板に形成された線路パターンに流れる電流の解析等に用いる手段として、上記電流により発生する磁界を検出するシールテッドループアンテナが知られている。これは図１０に示すように、１本のセミディジットケーブル９０の途中部をループ状として折り返し直線状の両端部が束ねられたもので、ループ状の検出部９１とこれを保持する直線状の保持部９２となる。保持部９２の端部には検出回路と接続するための同軸コネクタ９３が設けられて、セミディジットケーブル９０の芯線が検出回路側の信号線と接続され、外皮が検出回路側のグランド線と接続される。検出部９２では、先端で外皮が剥かれて非連続となっており、芯線９０３が露出している。２つに切り離された外皮９０１，９０２は保持部９２で互いに接続し導通している。また、芯線９０３のグランド側端と外皮９０２間に終端抵抗９４が接続されて芯線９０３が終端抵抗９４を介して接地しており、平衡給電型となっている。
【０００３】
また、図１１に示すように、セミディジットケーブル９０Ａを同軸コネクタ９３が設けられる基端部から検出部９１Ａの先端部の芯線９０３Ａ露出部分までに用い、検出部９１Ａの半周分（図中、右側）をセミディジットケーブルと同径の金属線９０２Ａで構成し、金属線９０２Ａの一端を露出芯線９０３Ａと接続し、他端を保持部９２位置にてセミディジットケーブル９０Ａの外皮９０１と接続したものもあり、こちらは、不平衡給電型となる。
【０００４】
いずれのシールテッドループアンテナも、ループ状の検出部により囲まれる面を貫通する磁束の変化に応じて電圧出力が発生するもので、検出部近傍の高周波磁界の強度を得ることができる。ここで、検出部の大きさ（ループ径）は被験体である電子基板の実装密度が高いほど小さくする必要があるが、セミディジットケーブルの線径、材質に対する要求が厳しくなり、限界がある。
【０００５】
そこで、特開平１１−７２５４５号公報には、プリント基板にエッチング等によりグランドパターンと信号線パターンとを形成してストリップ線路となし、小型化を図った磁界検出器が提案されている。この磁界検出器は、グランドパターンが形成された誘電層と信号線パターンが形成された誘電層とを重ね、グランドパターンは略ロ字状で、途中は線路が非連続となるギャップ部となっている。信号線パターンは、グランドパターンをなぞるようにかつギャップ部位置を通るようにコ字状に形成されている。これにより矩形のストリップ線路が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−７２５４５号公報記載の磁界検出器では、パターン形成された誘電層が積層する平面的な回路となるためシールド性が十分ではなく、被験体等で発生する電界を誤検出したりノイズ成分が重畳するという外乱の影響という問題がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、小型化が可能でかつシールド性が十分な磁界検出アンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、誘電層の主面にグランドパターンと信号線パターンとを形成してストリップ線路となし、該ストリップ線路には線路がループ状に折り返すループ部を設ける。該ループ部の線路の途中には上記グランドパターンが非連続となるギャップ部を設けて該ギャップ部のループ部の線路を信号線パターンのみで構成する。ストリップ線路の両端から、上記ループ部で囲まれる面を貫通する磁束の変化に応じた電圧出力を得るようにする。さらに信号線パターンの上層と下層とにそれぞれ誘電層を挟み上記グランドパターンを形成して積層体となす。上記グランドパターンを、上記ループ部の内側およびギャップ部を除き実質的に誘電層の全面を覆う形状とする。一方の上記グランドパターンの周縁から他方の上記グランドパターンの周縁に到る上記積層体の側面を覆う導体膜を上記ギャップ部位置を除き形成する。
【０００９】
１対のグランドパターンおよび導体膜により信号線パターンの全周を囲むスリーブ状の外部導体が形成され、いずれの方向からの外乱に対しても優れたシールド性を発揮する。
【００１０】
さらに、上記積層体の上記ループ部の内側部分を厚さ方向に打ち抜き、一方の上記グランドパターンの周縁から他方の上記グランドパターンの周縁に到る上記積層体の打ち抜き面を覆う別の導体膜を上記ギャップ部位置を除き形成する。
【００１１】
別の導体膜がループ部の内側からの外乱に対しても遮蔽作用をするので、さらに優れたシールド性を発揮する。
【００１２】
請求項１記載の発明では、加えて、上記積層体を上記誘電層が積層方向に下層側ほど平面形状が大きくなる構成として上記積層体の断面形状を階段状とし、上記導体膜を階段状に形成する。
【００１３】
下層側の誘電層は周縁部がはみ出すので、かかるはみ出し部でグランドパターン（不平衡給電型の場合は信号線パターンも）と導体膜との良好な導通が得られる。また、導体膜形成面が階段状となるので段差が低くなり、導体膜を金属蒸着等で形成する場合に成膜性に優れる。
【００１４】
請求項１の発明の構成において、請求項２記載の発明のように、上記ストリップ線路は上記信号線パターンが上記ループ部の全周を通る形状とし、信号線パターンのグランド側端と上記グランドパターンとの間に終端抵抗を介設して平衡給電型の構成とすることができる。また、請求項３記載の発明のように、上記ストリップ線路は上記信号線パターンと上記グランドパターンとを直接に接続し、その接続部を上記ループ部の上記ギャップ部の直近位置に配置して不平衡給電型の構成とすることもできる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項２記載の発明の構成（平衡給電型）において、上記終端抵抗が接続されるグランドパターンおよび該グランドパターンが形成された誘電層に開口部を形成して上記信号線パターンを露出せしめて上記終端抵抗を配線する構成とする一方、上記積層体のループ部非形成位置に上記ストリップ線路の出力端と接続する同軸コネクタを設け、該同軸コネクタは、ピン状の中心コネクト部が上記各誘電層を貫通して上記ストリップ線路の一方の出力端である上記信号線パターンの端部と導通する構成とする。上記積層体には上記中心コネクト部よりも大径で該中心コネクト部がグランドパターンと非接触にて挿通する貫通孔を形成し、上記積層体の上記同軸コネクタが設けられる面とは反対側の面に、上記グランドパターン上に上記終端抵抗および上記貫通孔を覆うシールドケースを配設する。
【００１６】
シールドケースによる遮蔽で終端抵抗配線部における外乱の影響および信号線パターンとコネクタの中心コネクト部との配線部における外乱の影響を回避することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項３の発明の構成において、上記積層体のループ部非形成位置に上記ストリップ線路の出力端と接続する同軸コネクタを設け、該同軸コネクタは、ピン状の中心コネクト部が上記各誘電層を貫通して上記ストリップ線路の一方の出力端である上記信号線パターンの端部と導通する構成とする。上記積層体には上記中心コネクト部よりも大径で該中心コネクト部がグランドパターンと非接触にて挿通する貫通孔を形成する。そして、上記積層体の上記同軸コネクタが設けられる面とは反対側の面に、上記グランドパターン上に上記貫通孔を覆うシールドケースを配設する。
【００１８】
シールドケースによる遮蔽で信号線パターンとコネクタの中心コネクト部との配線部における外乱の影響を回避することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１形態）
図１、図２、図３、図４に本発明の基本構成となる磁気検出アンテナを示す。磁気検出アンテナの本体部は環形の検出部１１と矩形のコネクタ接続部１３とを棒状の保持部１２により接続する構造を有している。コネクタ接続部１３に後述するように同軸コネクタ６が接続されて（図３、図４）検出信号が出力される。磁気検出アンテナ本体部は、図２に示すように３層の誘電層２１，２２，２３が積層してなり、各誘電層２１〜２３には銅箔等によりパターン形成され、信号線パターン３３が形成された誘電層２３を積層方向にグランドパターン３１，３２が形成された１対の基板２１，２２が挟み積層体１をなしている。積層体１の形成には、多層プリント配線基板の製造方法がそのまま適用できる。誘電層２１，２３と信号線パターン３３とグランドパターン３１，３２とによりストリップ線路１０１が形成される。
【００２０】
信号線パターン３３は帯状の細線で、コネクタ接続部１３から検出部１１に伸び、検出部１１でループ状に折り返してコネクタ接続部１３に戻る形状となっている。
【００２１】
グランドパターン３１，３２は、これが形成される誘電層２１，２２の略全面を覆い、環状の検出部１１では上記信号線パターン３３と同様にループをなしている。また検出部１１の図中下端部はグランドパターン３１，３２が非連続となっており、非連続部はギャップ部３１１，３２１としてある。ギャップ部３１１，３２１の大きさは小さい方が望ましく例えば２０μｍ程度に設定する。ギャップ部３１１，３２１ではストリップ線路１０１の線路は信号線パターン３３のみで構成される。
【００２２】
また、積層体１の積層方向上面（グランドパターン３１形成面）から下面（グランドパターン３２形成面）に到る積層体１の側面を導体膜４１が上記ギャップ部３１１，３２１位置を除き覆っており、また、積層体１の積層方向上面から下面に到る検出部１１内周面を導体膜４２が覆っている。これにより、両グランドパターン３１，３２と導体膜４１，４２とでスリーブ状の外部導体が形成され、信号線パターン３３を板厚方向のみならずセミディジットケーブルのごとく全周を囲んでいる。
【００２３】
この導体膜４１，４２は、導電性塗料、導電性接着剤、メッキ、金属蒸着等、種々の方法により成膜可能である。なお、導体膜４１，４２の非形成部となるグランドパターンギャップ部３１１，３２１位置は成膜時にはマスクしておく。
【００２４】
上記コネクタ接続部１３には、積層体１を貫通して中央部と四隅とに貫通孔１３ａ，１３ｃが形成してある。中央部の貫通孔１３ａはストリップ線路１０１の出力端である信号線パターン３３の一端部３３１位置に形成され、ここに同軸コネクタ６の中心コネクト部６２（図３）が挿通し、信号線パターン一端部３３１と導通せしめてある。中央部の孔１３ａはグランドパターン形成誘電層２１，２２では中心コネクト部６２よりも大径としてあり、中心コネクト部６２とグランドパターン３１，３２とが非導通となっている。
【００２５】
四隅の貫通孔１３ｃは、同軸コネクタ６の取り付け用の孔で、コネクタ接続部１３と同形のコネクタ部６のベース部６１と積層体１とが図示しないビスとナットとにより結合している。また、この貫通孔１３ｃの内周面は導体膜４１，４２のごとく導体で成膜され、両グランドパターン３１，３２を導通せしめている。
【００２６】
また、積層体１の同軸コネクタ６取り付け面とは反対側のグランドパターン形成基板２１には開口部１３ｂが形成され、信号線パターン３３の他端部３３２が露出せしめてある。この露出する信号線パターン他端部３３２と、グランドパターン３１との間にはチップ抵抗等の終端抵抗５が設けてあり、信号線パターン３３は終端抵抗５を介して接地し平衡給電型の磁界検出アンテナとなる。
【００２７】
ここで終端抵抗５は本磁気検出アンテナが接続される検出回路の特性インピーダンス、ストリップ線路１０１のインピーダンスに合わせる。なお、ストリップ線路１０１のインピーダンスはストリップ線路１０１各部の形状や誘電層２１，２２の材質等により適宜設定することができ、例えば高周波用計測機器で一般的な５０Ω等に設定し得る。
【００２８】
また、終端抵抗５が取り付けられる側の積層体１の面には、コネクタ接続部１３と同じ平面形状を有する銅等の金属製のシールドケース７が覆着してあり、終端抵抗５部分や、信号線パターン３３とコネクタ中心コネクト部６２が露出する貫通孔１３ａ部分を覆っている。
【００２９】
本磁気検出アンテナの作動を説明する。ストリップ線路１０１は検出部１１においてループ状になっており、このループ状線路で囲まれる面を貫通する磁束が変化すると、コネクタ６から磁束変化に応じた電圧出力が現れる。
【００３０】
そして、本磁気検出アンテナのストリップ線路１０１は、上記のごとく信号線パターン３３を囲むグランドパターン３１，３２と導体膜４１，４２とはスリーブ状の形状をしているので、信号線パターン３３に対して積層体１の上下面から侵入する電界、磁界のみならず積層体１の側面から侵入する電界、磁界の影響を除去することができる。さらに、上記グランドパターン形成誘電層２１から露出する線路すなわち信号線パターン３３とコネクタ６との配線部や終端抵抗５の配線部をシールドケース７により覆っているので、この露出部から侵入する電界、磁界の影響を除去することができる。
【００３１】
図５に本磁気検出アンテナの耐外乱性の実測結果を示す。磁気検出アンテナに高周波信号を入力し、磁気検出アンテナの周囲における磁界を計測したもので、（Ａ）が本磁気検出アンテナのもの（本発明）で、（Ｂ）が積層体に導体膜がなくシールドケースも設けられていない構成のもの、すなわち実質的に上記従来例を平衡型に構成したもの（比較例）である。なお、図中の数字はｄＢであり相対磁界を示している。
【００３２】
比較例ではアンテナの周囲全体に磁界が漏れているのに対し、本発明ではグランドパターン非形成のギャップ部を有する検出部１１のごく近傍以外の場所では殆ど磁界は検出されない。本計測ではアンテナを送信アンテナとして用いているがアンテナは送信と受信とで可逆的な挙動を示すため、受信時、すなわち磁気検出時には、比較例では検出部以外の保持部やコネクタ接続部において外乱電界や磁界を検出してしまうおそれがあるのに対し、本発明では検出部における磁界、すなわち検出部を近接させる被実験体である電子基板の線路パターンに流れる電流等により形成される、検出しようとする磁界のみを高精度に検出することができる。
【００３３】
なお、保持部の長さを十分とりコネクタ接続部を外乱発生部位から離すことができれば、あるいは要求される検出精度によっては、シールドケースは省略することもできる。また、検出部では各誘電層の中央部が打ち抜かれて検出部の形状は環状で、その打ち抜き面である内周面を導体膜が覆っているが、要求される検出精度によっては、この導体膜や打ち抜き部のない構成とすることもできる。
【００３４】
また、磁気検出アンテナを構成するストリップ線路１０１は検出部１１が円環上となっているが、四角形でもよいのは勿論である。
【００３５】
下層のグランドパターン３２は信号線パターン形成誘電層２３の裏面に形成して誘電層２２は省略してもよい。
【００３６】
また、本磁気検出アンテナの製造方法は多層プリント配線基板の製造方法によるのではなく、半導体製造プロセスを利用することもできる。例えばガラス基板の上に誘電層となるポリイミド等とグランドパターンや信号線パターンとなるアルミニウム等を交互に成膜していくことで製造可能である。なお、成膜方法はポリイミド等ではスピンコートが、アルミニウム等では金属蒸着が用いられ得る。また、グランドパターンや信号線パターンのパターンニングにはフォトリソグラフィーが用いられ得る。フォトリソグラフィーは導体膜形成時の上記マスク形成にも有用である。
【００３７】
また、アンテナの絶縁性を高めるために積層体１の全体に絶縁層をコーティングあるいは樹脂モールドしてもよい。
【００３８】
（第２形態）
図６、図７に本発明の基本構成であり第２形態になる磁気検出アンテナの主要部である積層体を示す。給電を不平衡としたもので、図中、第１形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００３９】
積層体１Ａの最上層のグランドパターン３１Ａおよびグランドパターン形成誘電層２１Ａは、第１形態のグランドパターン３１およびグランドパターン形成誘電層２１において終端抵抗配線用の開口部１３ｂを非形成としたものである。
【００４０】
信号線パターン３３Ａは実質的に第１形態の信号線パターン３３において復路部分を省略したものであり、その線路は積層体１Ａの環状部でループ状に半周してグランドパターン３１Ａのギャップ部３１１，３２１位置を通り終端部３３２Ａがギャップ部３１１，３２１直近位置に位置している。
【００４１】
ここで信号線パターン終端部３３２Ａは、グランドパターン３１Ａ，３２と同様に積層体１Ａの周縁に達する幅に形成される。そして、側方からの外乱を防止する導体膜４１，４２が形成されて、信号線パターン終端部３３２Ａ、グランドパターン３１Ａ，３２が互いに導通する。しかしてストリップ線路１０１Ａのループ部１０１１Ａは半周部分がグランドパターン３１Ａ，３２のみで構成される。
【００４２】
そして第１形態のごとくコネクタとシールドケース（図３、図４参照）が取り付けられる。シールドケースが信号線パターン３３Ａとコネクタとの配線部を覆うことで、この露出部から侵入する電界、磁界の影響を除去することができる。
【００４３】
かかる不平衡給電型の構成の場合も、導体膜４１，４２の作用により積層体１Ａの側方から侵入する外乱を遮蔽することができる。
【００４４】
なお、上記各形態では、グランドパターンと導体膜との導通は積層体の側面に露出するグランドパターンの周縁で行われるが、更に導通性を向上せしめたものを図８、図９に示す。図８は検出部の拡大図であり、図９（Ａ）は導体膜非形成の状態の積層体の分解状態、図９（Ｂ）は導体膜非形成の状態の積層体の積層状態を示している。積層体１Ｂは誘電層２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂが積層方向に順次、平面形状が大きくなる構成としてあり、積層体１Ｂの断面が階段状をなし、導体膜４１Ｂ，４２Ｂは階段状となる。
【００４５】
ここで、導体膜４１Ｂ，４２Ｂ形成前に積層体１Ｂを上方からみたとき（図９（Ｂ））、一番上層のグランドパターン３１Ｂの外周に信号線パターン３３Ｂの終端部３３２Ｂ、グランドパターン３２Ｂの周縁部の上面がこの順に現れるから、導体膜４１Ｂ，４２Ｂとして導電性塗料等を塗布したとき、グランドパターン３１Ｂ，３２Ｂや信号線パターン終端部３３２Ｂと導体膜４１Ｂ，４２Ｂとの接触面積を十分に確保することができる。なお、図例では環状部の内周面は階段状としていないが、階段状としてもよいのは勿論である。
【００４６】
なお、かかる構成の場合、積層体１Ｂの側面が階段状となるので、金属蒸着等により導体膜４１Ｂ，４２Ｂを形成する場合、蒸着面の段差が低くなり導体膜４１Ｂ，４２Ｂとして良好な成膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成である第１形態になる磁気検出アンテナの本体部の斜視図である。
【図２】上記磁気検出アンテナ本体部を構成する基板の積層体の分解斜視図である。
【図３】上記磁気検出アンテナの分解斜視図である。
【図４】上記磁気検出アンテナの分解側面図である。
【図５】（Ａ）は上記磁気検出アンテナの作動を示す磁界マップであり、（Ｂ）は上記磁気検出アンテナと比較する比較例の作動を示す磁界マップである。
【図６】本発明の基本構成である第２形態になる磁気検出アンテナの本体部の斜視図である。
【図７】上記磁気検出アンテナ本体部を構成する基板の積層体の分解斜視図である。
【図８】本発明の磁気検出アンテナの変形例を示す磁気検出アンテナの要部の斜視図である。
【図９】（Ａ）は上記磁気検出アンテナの要部の導体膜形成前の状態における分解斜視図であり、（Ｂ）は上記磁気検出アンテナの要部の導体膜形成前の状態を示す斜視図である。
【図１０】従来の磁気検出アンテナの代表例の正面図である。
【図１１】従来の磁気検出アンテナの別の代表例の正面図である。

Claims

誘電層の主面にグランドパターンと信号線パターンとを形成してストリップ線路となし、該ストリップ線路には線路がループ状に折り返すループ部を設け、該ループ部の線路の途中には上記グランドパターンが非連続となるギャップ部を設けて該ギャップ部のループ部の線路を信号線パターンのみで構成し、ストリップ線路の両端から、上記ループ部で囲まれる面を貫通する磁束の変化に応じた電圧出力を得るようになした磁気検出アンテナにおいて、信号線パターンの上層と下層とにそれぞれ誘電層を挟んで上記グランドパターンを形成して積層体となし、上記グランドパターンを、上記ループ部の内側およびギャップ部を除き実質的に誘電層の全面を覆う形状とし、一方の上記グランドパターンの周縁から他方の上記グランドパターンの周縁に到る上記積層体の側面を覆う導体膜を上記ギャップ部位置を除き形成するとともに、上記積層体の上記ループ部の内側部分を厚さ方向に打ち抜き、一方の上記グランドパターンの周縁から他方の上記グランドパターンの周縁に到る上記積層体の打ち抜き面を覆う別の導体膜を上記ギャップ部位置を除き形成し、かつ上記積層体を上記誘電層が積層方向に下層側ほど平面形状が大きくなる構成として上記積層体の断面形状を階段状とし、上記導体膜を階段状に形成したことを特徴とする磁気検出アンテナ。
請求項１記載の磁気検出アンテナにおいて、上記ストリップ線路は上記信号線パターンが上記ループ部の全周を通る形状とし、信号線パターンのグランド側端と上記グランドパターンとの間に終端抵抗を介設して平衡給電型の構成とした磁気検出アンテナ。
請求項１記載の磁気検出アンテナにおいて、上記ストリップ線路は上記信号線パターンと上記グランドパターンとを直接に接続し、その接続部を上記ループ部の上記ギャップ部の直近位置に配置して不平衡給電型の構成とした磁気検出アンテナ。
請求項２記載の磁気検出アンテナにおいて、上記終端抵抗が接続されるグランドパターンおよび該グランドパターンが形成された誘電層に開口部を形成して上記信号線パターンを露出せしめて上記終端抵抗を配線する構成とする一方、上記積層体のループ部非形成位置に上記ストリップ線路の出力端と接続する同軸コネクタを設け、該同軸コネクタは、ピン状の中心コネクト部が上記各誘電層を貫通して上記ストリップ線路の一方の出力端である上記信号線パターンの端部と導通する構成とし、上記積層体には上記中心コネクト部よりも大径で該中心コネクト部がグランドパターンと非接触にて挿通する貫通孔を形成し、上記積層体の上記同軸コネクタが設けられる面とは反対側の面に、上記グランドパターン上に上記終端抵抗および上記貫通孔を覆うシールドケースを配設した磁気検出アンテナ。
請求項３記載の磁気検出アンテナにおいて、上記積層体のループ部非形成位置に上記ストリップ線路の出力端と接続する同軸コネクタを設け、該同軸コネクタは、ピン状の中心コネクト部が上記各誘電層を貫通して上記ストリップ線路の一方の出力端である上記信号線パターンの端部と導通する構成とし、上記積層体には上記中心コネクト部よりも大径で該中心コネクト部がグランドパターンと非接触にて挿通する貫通孔を形成し、上記積層体の上記同軸コネクタが設けられる面とは反対側の面に、上記グランドパターン上に上記貫通孔を覆うシールドケースを配設した磁気検出アンテナ。