JP4453485B2

JP4453485B2 - 磁石装置

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Publication number: JP4453485B2
Application number: JP2004239843A
Authority: JP
Inventors: 紀博車戸
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: CN100416228C; JP2006058126A; CN1737503A; US7301331B2; FR2874433B1; US20080061768A1; DE102005038293B4; US20060038560A1; DE102005038293A1; FR2874433A1

Description

本発明は、例えば、磁石から発生される磁界の変化を磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して磁性体の運動態様を検出する磁気センサに代表されるように、磁石を装置の構成要素とする磁石装置に関するものである。

従来、この種の磁石装置としては、例えば特許文献１に記載された磁気センサ等の装置が知られている。図９に、この特許文献１に記載されている磁気センサの平面構造を、また図１０に、図９のＣ−Ｃ線に沿った同センサの断面構造をそれぞれ示す。

これら図９及び図１０に示されるように、この磁気センサは、磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２からなる磁気抵抗素子対１と磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４からなる磁気抵抗素子対２とを有して、検出の対象とする磁性体ロータＲＴと対向するように配設されるセンサチップ３１を備えている。そして、このセンサチップ３１は、同センサチップ３１から出力される電気信号に対して差動増幅や２値化等の処理を施す処理回路チップ３２とともにリードフレーム３３（図１０）に装着された状態でモールド部材３４により一体に樹脂モールドされている。また、このモールド部材３４の他端からは、これらセンサチップ３１や処理回路チップ３２の電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、およびＧＮＤ（接地）端子Ｔ３といった各端子が図９に示される態様で引き出されている。

一方、この磁気センサは、長手方向に延伸する態様で溝部３５ａが形成された断面Ｕ字形状のバイアス磁石３５を備えている。そして、上記樹脂モールドされたセンサチップ３１および処理回路チップ３２は、モールド部材３４共々、このバイアス磁石３５の溝部３５ａ内に収容されるかたちで、例えば接着剤等により一体に組み付けられている。これにより、バイアス磁石３５からセンサチップ３１の上記磁気抵抗素子対１および２に対してバイアス磁界が付与されるようになる。

こうした構成からなる磁気センサでは、上記ロータＲＴが回転するときに上記バイアス磁石３５から付与されるバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化が上記各磁気抵抗素子ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４の抵抗値変化として感知され、その対応する電気信号が上記センサチップ３１から出力される。ちなみにこの磁気センサにおいては、磁気抵抗素子対１を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２と、磁気抵抗素子対２を構成する磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４とは共に、電気的にはハーフブリッジ回路を構成しており、それら各中点電位の変化が上記処理回路チップ３２に与えられて、差動増幅や２値化等の各種処理が施された後、上記出力端子Ｔ２から取り出される。
特開平９−１９６７０１号公報

ところで、こうした磁気センサ等に代表される磁石装置にあって、磁石上に上記センサチップや処理回路チップ等の電子部品を搭載する場合には通常、
（イ）上述のようにリードフレームに装着されて例えばワイヤボンディング等により配線されたそれら電子部品を樹脂モールドし、モールド樹脂共々、これを磁石に搭載する。
（ロ）あるいは別途にプリント配線基板を用意し、このプリント配線基板上に上記電子部品を搭載したうえで、プリント配線基板共々、これを磁石に装着する。
等々の方法が採られている。しかし、これらいずれの方法にせよ、電子部品の装着もしくは搭載のためには上記リードフレームやプリント配線基板等の媒体が必要とされるため、部品点数の増加はもとより、それら部品点数の増加に伴う製品コスト、生産コストの上昇が無視できないものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みなされたものであって、その目的は、電子部品等の搭載性を維持しながら、部品点数の好適な削減を図ることのできる磁石装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁石本体に電気的な導通を図るための配線を形成することとした。このため、電子部品等を磁石本体に搭載して、その電子部品等の電気的な接続を上記配線により行うことが可能となり、プリント配線基板やリードフレーム等の媒体を用いる必要がなくなる。したがって、電子部品等の搭載性を維持しながらも、部品点数の好適な削減を図ることができる。

そして、上記磁石本体としてプラスティック磁石を採用することで、磁石本体に形成される上記配線の絶縁を的確に確保することができる。

加えて、前記磁石本体の内部から表面に露呈する態様の配線を、同磁石本体の成形とともに一体形成する構造とする。これにより、上記磁石本体の成形工程において、併せて上記配線を形成することが可能となり、上記配線の形成に伴う工数の増加が抑制されることともなる。また、上記磁石本体の表面に配線が露呈しているため、該配線と上記電子部品との電気的な接続も容易である。

請求項２に記載の発明では、前記配線と電気的に接続される態様で前記磁石本体に実装される電子部品として磁気抵抗素子を備えるセンサチップを備えるとともに、前記磁石本体として前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を備え、前記センサチップの近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサとして構成することとした。

こうした磁気センサにおいては、上記センサチップの磁気抵抗素子に対してバイアス磁界を付与する関係上、バイアス磁石を構成する上記磁石本体と上記センサチップとは通常、一体に組み付けられることが多い。この点、上記構成のように、上記バイアス磁石を構成する磁石本体に配線を形成して、これら配線と電気的に直接的に、あるいは間接的に接続されるかたちで上記センサチップを上記磁石本体に実装するようにすることで、従来必要とされていたリードフレームやプリント配線基板等を用いる必要がなくなり、部品の好適な削減が図られるようになる。また、磁石本体に上記センサチップが直接実装されるため、上記磁気抵抗素子とバイアス磁石との距離を短くすることもでき、磁気センサのセンサ感度の向上を図ることもできるようになる。

また、請求項２に記載の磁石装置において、例えば請求項３に記載の発明によるように、検出の対象となる磁性体と対向する方向に延伸される溝部の形成された断面略Ｕ字形状に前記磁石本体を形成するとともに、前記配線を、少なくともその一部が溝部の底面に沿うように形成し、この溝部の底面に形成されている配線と電気的に接続するかたちで前記磁石本体の溝部底面に前記電子部品を実装する構造とすることにより、上述した部品点数の削減に併せて、磁石本体が断面略Ｕ字形状からなるため、センサチップの実装が容易となるとともに、その実装精度も好適に向上される。

また、請求項４に記載の発明では、プラスティック磁石からなる磁石本体に電気的な導通を図るための配線が形成されてなり、該配線と電気的に接続される態様で前記磁石本体に実装される電子部品が磁気抵抗素子を備えるセンサチップからなるとともに、前記磁石本体が前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を構成し、前記センサチップの近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサとして構成され、前記バイアス磁石を構成する磁石本体として、前記センサチップが収容される中空部を有して形成されてなるものを用いるとともに、前記配線を、少なくともその一部が磁石本体の該中空部の内壁面に沿うように形成し、前記中空部の内壁面に形成されている配線と電気的に接続するかたちで前記センサチップを前記磁石本体の中空部内に実装する構造の磁気装置とした。このようにすることでも、部品点数の削減に併せて、十分なバイアス磁界が上記センサチップに付与され、センサ感度が高められることとなる。

なお、請求項４に記載の発明において、例えば請求項５に記載の発明によるように、前記磁石本体を、前記検出の対象となる磁性体と対向する方向に延伸する溝部を形成した断面略Ｕ字形状のＵ字状部と、該Ｕ字状部の前記溝部を覆う平板部とにより構成し、これらＵ字状部と平板部との結合により前記中空部を形成する構造とすることにより、これらＵ字状部および平板部を一体に組み付ける前に上記配線の形成および電子部品の実装を行うことが可能となる。したがって、センサチップが収容される中空部を有してなる磁石本体が用いられる場合であれ、上記配線の形成および電子部品の実装を容易に行うことができるようになる。
また、請求項４または５に記載の磁石装置において、例えば請求項６に記載の発明によるように、前記磁石本体の表面に沿う態様で配線を形成することにより、磁石本体表面に沿う該配線と電子部品とを容易に接続することができるようになる。また、この配線は磁石本体の表面に沿うかたちで敷設されるため、例えば、印刷、蒸着、めっき、インクジェット等を用いて容易に形成することができる。
また、請求項４または５に記載の磁石装置において、例えば請求項７に記載の発明によるように、前記磁石本体の内部から表面に露呈する態様の配線を、同磁石本体の成形とともに一体形成する構造とする。これにより、上記磁石本体の成形工程において、併せて上記配線を形成することが可能となり、上記配線の形成に伴う工数の増加が抑制されることともなる。また、上記磁石本体の表面に配線が露呈しているため、該配線と上記電子部品との電気的な接続も容易である。
そして、請求項１〜７のいずれかに記載の磁石装置において、上記磁石本体に電子部品を実装する構造とする場合、例えば請求項８に記載の発明によるように、
（ａ）前記配線と電子部品とを電気的に直接接続する構造。
あるいは、請求項９に記載の発明によるように、
（ｂ）前記配線を前記磁石本体の電子部品実装位置近傍に至る態様で形成し、この配線と電子部品とをワイヤを介して電気的に接続する構造。
等々を採用することができる。
これらの実装構造を採用することにより、リードフレームやプリント配線基板等の媒体を用いることなく磁石本体に電子部品を実装することができるため、電子部品の搭載性を維持しながら、部品点数を確実に削減することができる。特に、請求項８に記載の構造によれば、電子部品と配線とが電気的に直接接続されるため、部品点数の削減効果も大きい。

以下、本発明にかかる磁石装置を磁気センサに具体化した一実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の磁気センサの平面構造を示すものである。この図１に示すように、本実施の形態の磁気センサは、センサチップ１１、処理回路チップ１２、およびコンデンサＣといった各種電子部品と、バイアス磁石１３とを備え、これらが本体ケース１４に収容されて構成されている。

ここで、上記センサチップ１１は、磁気抵抗素子ＭＲＥ１およびＭＲＥ２からなる磁気抵抗素子対１と磁気抵抗素子ＭＲＥ３およびＭＲＥ４からなる磁気抵抗素子対２とを備えている。また、上記処理回路チップ１２は、センサチップ１１から出力される電気信号に対して差動増幅や２値化等の処理を施すものである。また、上記コンデンサＣは、センサチップ１１および処理回路チップ１２の入出力に生じるノイズの影響を低減するものである。

また、上記バイアス磁石１３は、検出の対象となる磁性体ロータ等と対向する方向に延伸される溝部１５が形成された断面略Ｕ字形状に形成されている。このバイアス磁石１３は、検出対象に近い側がＮ極、その反対側がＳ極に着磁されている。このバイアス磁石１３は、例えばプラスティック磁石で構成される。

ところで、本実施の形態の磁気センサでは、上記バイアス磁石１３に設けられた上記溝部１５の底面１５ａに沿うかたちで複数の配線１６が形成されており、この配線１６により上記センサチップ１１や処理回路チップ１２等の各種電子部品が電気的に接続されている。この配線１６は、例えば、印刷、蒸着、めっき、インクジェット等によって形成される。そして、この配線１６と上記本体ケース１４に形成された電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、および接地（ＧＮＤ）端子Ｔ３とがボンディングワイヤ１８を介して電気的に接続されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った上記磁気センサの断面構造を示すものである。この図２に示すように、上記センサチップ１１および処理回路チップ１２は、上記配線１６と電気的に直接接続されて上記溝部１５の底面１５ａに実装されている。また、コンデンサＣは、上記配線１６と導電性ペーストを介して電気的に接続されて同じく上記溝部１５の底面１５ａに実装されている。そして、これらセンサチップ１１や処理回路チップ１２等が上記配線１６共々、モールド部材１７により樹脂モールドされている。

図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った上記磁気センサの断面構造を示すものである。この図３に示すように、上記センサチップ１１および処理回路チップ１２は、上記溝部１５の底面１５ａにベアチップ実装されており、上記センサチップ１１および処理回路チップ１２の電極（同図３ではセンサチップ１１の電極Ｄのみ図示）と上記配線１６とがボール状のはんだ球からなるバンプＢを介して直接接続されている。

そして、このような構成からなる本実施の形態の磁気センサは、上述した従来技術の磁気センサと同様、磁性体ロータ等の検出対象の近傍に配置され、同磁性体ロータ等の運動態様によって前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を上記磁気抵抗素子対１および２の抵抗値変化として感知してロータの回転を検出する。そして、この検出結果が、上記処理回路チップ１２に与えられて差動増幅や２値化等の各種処理が施された後、上記ボンディングワイヤ１８を介して上記出力端子Ｔ２に出力される。

以上説明した実施の形態によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）バイアス磁石１３の溝部１５の底面１５ａに沿って配線１６を形成し、センサチップ１１や処理回路チップ１２をそれら配線１６と直接接続する態様で上記溝部１５の底面１５ａに実装することとした。このため、センサチップ１１や処理回路チップ１２の実装にあたってリードフレームやプリント配線基板等の媒体が必要なくなり、上記センサチップ１１や処理回路チップ１２等の搭載性を維持しながらも、部品点数を削減することができる。また、上記センサチップ１１や処理回路チップ１２がバイアス磁石１３に直接実装されるため、上記磁気抵抗素子対１および２とバイアス磁石１３との距離が縮められ、磁気センサのセンサ感度の向上を図ることもできるようになる。

（２）バイアス磁石１３の溝部１５の底面１５ａに沿って配線１６を形成した。このため、この配線１６とセンサチップ１１や処理回路チップ１２等の各種電子部品との電気的な接続を容易に行うことができる。また、このように底面１５ａに沿った配線形態を採用することにより、例えば、印刷、蒸着、めっき、インクジェット等によって配線１６を容易に形成することができるようになる。

（３）溝部１５を有する断面Ｕ字形状のバイアス磁石１３としたため、上記配線１６の形成およびセンサチップ１１や処理回路チップ１２等の実装が容易となるとともに、センサチップ１１や処理回路チップ１２等の実装精度も好適に向上されることとなる。また、実装精度が向上されることで、センサ感度の向上も図られるようになる。

（４）バイアス磁石１３をプラスティック磁石により構成することとしたため、上記配線１６の絶縁を的確に確保することができる。
なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施の形態では、バイアス磁石１３の溝部１５の底面１５ａに沿って配線１６を形成することとしたが、例えば、先の図２に対応する図として図４に示すように、バイアス磁石１３の内部から表面（底面１５ａ）に露呈する態様で配線１９を形成してもよい。この場合も上記実施の形態と同様、配線１９がバイアス磁石１３の表面に露呈していることから、上記センサチップ１１や処理回路チップ１２等と配線１９との電気的な接続を容易に行うことができる。また、このような配線構造を採用する場合、例えばインサート成形等によってバイアス磁石１３の成形とともに上記配線１９を一体形成することが可能となるため、配線１９の形成に伴う工数の増加を抑制するうえでも有効である。

・上記実施の形態では、センサチップ１１および処理回路チップ１２を上記配線１６と電気的に直接接続する構成としたが、先の図２に対応する図として図５に示すように、センサチップ１１および処理回路チップ１２の実装位置近傍に至る態様で配線１６を形成し、この配線１６と上記センサチップ１１および処理回路チップ１２との電気的な接続をボンディングワイヤ２０を介して間接的に行うようにしてもよい。この場合も上記実施の形態と同様、従来必要とされたリードフレームやプリント配線基板等は必要とされないため、部品点数は確実に削減される。

・上記実施の形態では、バイアス磁石１３を構成する磁石本体として、溝部１５を有する断面Ｕ字形状からなるものについて示したが、例えば、上記センサチップ１１等が収容される中空部を有する中空円柱形状や中空四角柱形状等の磁石本体としてもよい。その一例として、先の図３に対応する図として図６に示すように、溝部２１ａを有するＵ字状部２１と上記溝部２１ａを覆う平板部２２とにより中空四角柱形状の磁石本体を構成し、これらＵ字状部２１および平板部２２の結合により上記センサチップ１１等が収容される中空部２３が形成される構造なども適宜採用することができる。これにより、上記Ｕ字状部２１と平板部２２とを組み付ける前に、上記配線１６を中空部２３の内壁面に形成して、センサチップ１１等の各種電子部品を実装することが可能となるため、中空形状の磁石本体を採用する場合であれ、配線の形成および電子部品の実装を容易に行うことができるようになる。

・上記実施の形態では、磁石装置の一例として磁気センサについて示したが、他の磁石装置であっても本発明は同様に適用することができる。この場合、磁石装置が備える磁石本体としては、断面Ｕ字形状のものに限らず種々の形状を採用することができる。例えば直方体形状からなる磁石本体に配線を形成する場合には、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、磁石本体２４の表面に沿って配線２５を形成したり、あるいは図８（ａ）および（ｂ）に示すように、磁石本体２６の内部から表面に露呈する立体的構造からなる配線２７を形成したりすることができる。なお、この図８（ａ）および（ｂ）に例示する構造とする場合、インサート成形等を用いて磁石本体２６の成形時に上記配線２７を一体形成する。また、この配線２７の配線材料によっては、磁石本体２６から引き出される配線部分をそのまま端子として使用することも可能となる。

・上記実施の形態では、センサチップ１１および処理回路チップ１２をベアチップ実装して配線１６と直接接続することとしたが、チップサイズパッケージ構造やフリップチップ構造等を採用して上記センサチップ１１および処理回路チップ１２を配線１６に直接接続して実装するようにしてもよい。

・上記実施の形態では、バイアス磁石１３をプラスティック磁石で構成することとしたが、配線１６の絶縁を確保できる磁石、すなわち少なくとも表面が導電性のない材料からなる磁石であれば他の磁石を採用することもできる。

本発明にかかる磁石装置を磁気センサに具体化した一実施の形態についてその正面構造を示す平面図。図１のＡ−Ａ線に沿った上記磁気センサの断面図。図１のＢ−Ｂ線に沿った上記磁気センサの断面図。同実施の形態の変形例として配線の態様について示す磁気センサの断面図。同実施の形態の他の変形例として電子部品の実装態様について示す磁気センサの断面図。同実施の形態のさらに他の変形例として磁石本体について示す磁気センサの断面図。（ａ）は磁石装置に使用される磁石本体に対して形成する配線の態様についてその一例を示す平面図。（ｂ）は（ａ）に示す磁石本体の断面図。（ａ）は磁石装置に使用される磁石本体に対して形成する配線の態様についてその一例を示す平面図。（ｂ）は（ａ）に示す磁石本体の断面図。従来の磁石装置の一例としての磁気センサによるロータの回転検出態様を示す平面図。図９のＣ−Ｃ線に沿った上記磁気センサの断面図。

符号の説明

１，２…磁気抵抗素子対、１１…センサチップ、１２…処理回路チップ、１３…バイアス磁石、１４…本体ケース、１５…溝部、１５ａ…底面、１６…配線、１７…モールド部材、１８…ボンディングワイヤ、１９…配線、２０…ボンディグワイヤ、２１…Ｕ字状部、２１ａ…溝部、２２…平板部、２３…中空部，２４…磁石本体，２５…配線、２６…磁石本体、２７…配線、ＭＲＥ１〜ＭＲＥ４…磁気抵抗素子、Ｔ１…電源端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…接地（ＧＮＤ）端子、Ｂ…バンプ、Ｃ…コンデンサ、Ｄ…電極。

Claims

プラスティック磁石からなる磁石本体に電気的な導通を図るための配線が形成されてなり、
前記配線が、前記磁石本体の内部から表面に露呈される態様で、同磁石本体の成形とともに一体形成されてなる磁石装置。
前記配線と電気的に接続される態様で前記磁石本体に実装される電子部品が磁気抵抗素子を備えるセンサチップからなるとともに、前記磁石本体が前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を構成し、前記センサチップの近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサとして構成されてなる
請求項１に記載の磁石装置。
前記バイアス磁石を構成する磁石本体は、前記検出の対象となる磁性体と対向する方向に延伸される溝部が形成された断面略Ｕ字形状に形成されてなるとともに、前記配線は少なくともその一部が磁石本体の該溝部の底面に沿って形成されてなり、前記センサチップは、前記溝部の底面に形成されている配線と電気的に接続されるかたちで前記磁石本体の溝部底面に実装されてなる
請求項２に記載の磁石装置。
プラスティック磁石からなる磁石本体に電気的な導通を図るための配線が形成されてなり、
前記配線と電気的に接続される態様で前記磁石本体に実装される電子部品が磁気抵抗素子を備えるセンサチップからなるとともに、前記磁石本体が前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を構成し、前記センサチップの近傍にて磁性体が運動するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化として感知して前記磁性体の運動態様を検出する磁気センサとして構成され、
前記バイアス磁石を構成する磁石本体は、前記センサチップが収容される中空部を有して形成されてなるとともに、前記配線は少なくともその一部が磁石本体の該中空部の内壁面に沿って形成されてなり、前記センサチップは、前記中空部の内壁面に形成されている
配線と電気的に接続されるかたちで前記磁石本体の中空部内に実装されてなる磁石装置。
前記磁石本体は、前記検出の対象となる磁性体と対向する方向に延伸される溝部が形成された断面略Ｕ字形状のＵ字状部と、該Ｕ字状部の前記溝部を覆う平板部とからなり、これらＵ字状部と平板部との結合により前記中空部が形成されてなる
請求項４に記載の磁石装置。
前記配線が、前記磁石本体の表面に沿って形成されてなる
請求項４または５に記載の磁石装置。
前記配線が、前記磁石本体の内部から表面に露呈される態様で、同磁石本体の成形とともに一体形成されてなる
請求項４または５に記載の磁石装置。
前記電子部品が、前記配線と電気的に直接接続されてなる
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁石装置。
前記電子部品が、前記磁石本体の電子部品実装位置近傍に至る態様で形成された前記配線にワイヤを介して電気的に接続されてなる
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁石装置。