JP5237943B2 - 磁気検出装置及びその製造方法、ならびに前記磁気検出装置を用いた角度検出装置、位置検出装置及び磁気スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、特に、基板上に搭載される複数のチップ間を狭小化でき、高精度に外部磁界を検出することが可能な磁気検出装置及びその製造方法、ならびに前記磁気検出装置を用いた角度検出装置、位置検出装置及び磁気スイッチに関する。

例えば、回転体の回転角度を検知するための角度検出装置には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を使用することが出来る。

前記磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して電気抵抗が変化するものであり、外部磁界を生じさせる例えば回転体としての磁石を回転させることで、前記磁気抵抗効果素子に流入する外部磁界の方向が変化し、これにより前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変化に基づいて、回転体の回転角度を検知することが出来る。

例えば前記磁気抵抗効果素子には、２種類の磁気抵抗効果素子が用意される。これら磁気抵抗効果素子は磁界変化に対して逆の電気抵抗変化を示すものであり、この２種類の磁気抵抗効果素子によりブリッジ回路を組むことで出力値を大きくでき高精度に外部磁界の変化を検知できる。
上記のように電気特性の異なる磁気抵抗効果素子は、別々のチップに搭載される。

図１３は、従来の磁気検出装置の平面図である。基板１上には第１チップ２と第２チップ３が搭載されている。

前記第１チップ２には２つの第１磁気抵抗効果素子４が設けられている。第２チップ３にも２つの第２磁気抵抗効果素子５が設けられているが、前記第１磁気抵抗効果素子４と第２磁気抵抗効果素子５は磁界変化に対して異なる電気抵抗変化を示す。

図１３に示すように各チップ２，３には夫々複数個の接続パッドがチップ表面に露出して設けられている。前記接続パッドのうち、各チップ２，３と対向する側に設けられた内側接続パッド６は、互いにワイヤボンディングによるワイヤ７によって電気的に接続されている。また前記接続パッドのうち、外側接続パッド８は、ワイヤボンディングにより図示しない集積回路（ＩＣ）に電気的に接続されている。各チップ２，３の前記内側接続パッド６間を電気的に接続することで、前記第１磁気抵抗効果素子４と第２磁気抵抗効果素子５によりブリッジ回路が構成される。一方、外側接続パッド８は、前記集積回路の入力端子、グランド端子、及ぶ出力端子に夫々接続される。
特開平１０−９３００９号公報 特開平８−２６４５９６号公報 特開２００３−６６１２７号公報

図１３に示す構成では、各チップ２，３の内側接続パッド６同士を直接ワイヤボンディングしているが、このとき、ワイヤ７をループ状にして適切に各内側接続パッド６上に接合するには、前記チップ２，３間の間隔Ｔ１を、ある程度、空ける必要性があった。

しかし前記チップ２，３間の間隔Ｔ１が広がると、磁石から第１チップ２の第１磁気抵抗効果素子４，及び第２チップ３の第２磁気抵抗効果素子５に夫々作用する外部磁界の水平磁界成分が小さくなる等して高精度に外部磁界の変化を検知できないといった問題があった。よって高精度に外部磁界の変化を検知するには、前記チップ２，３間を小さくすることが必要であった。

また図１３に示すように、各チップ２，３の内側接続パッド６同士を直接ワイヤボンディングする構成では、ワイヤを２番目にボンディングするほうの内側接続パッド６を大きめに形成することが必要とされた。２番目のボンディングでは、ワイヤを押圧して潰した際の潰れ寸法を考慮すると、最初にワイヤをボンディングする内側接続パッド６より２番目にワイヤをボンディングする内側接続パッド６を大きめに形成しなければならなかった。この結果、前記第１磁気抵抗効果素子４と第２磁気抵抗効果素子５との間隔が益々広がり、磁界検出精度が低下した。

例えば上記した特許文献１や特許文献２には、チップ間に中継用の導電パターンを設け、前記導電パターンと一方のチップの接続パッド間、及び前記導電パターと他方のチップの接続パッド間をワイヤボンディングする形態が開示されている。

このような形態とすれば、上記した２番目のボンディングを導電パターン上で行うようにすれば、チップの接続パッドを大きく形成しなくてもよくなる。

しかしながら前記チップ間に導電パターンを設ける領域を確保しなければならず各チップ間を狭小化できず、特許文献１や特許文献２に記載された導電パターンを用いた配線構成を磁気検出装置に適用しても、第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子間の間隔を適切に小さくできず、高精度に磁界検知することができなかった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、基板上に搭載される複数のチップ間を狭小化でき、高精度に外部磁界を検出することが可能な磁気検出装置及びその製造方法、ならびに前記磁気検出装置を用いた角度検出装置、位置検出装置及び磁気スイッチを提供することを目的としている。

本発明は。磁界変化に対して電気特性が変化する磁気検出素子と接続パッドとを備えた第１チップ及び第２チップが、基板上に搭載され、前記電気特性の変化に基づき、前記磁界変化が検知される磁気検出装置であって、
前記第１チップと前記第２チップとの間の対向領域を除く前記第１チップ及び前記第２チップの外周領域の前記基板上に複数の導電パターンが形成され、前記第１チップ及び前記第２チップの前記接続パッドにはそれぞれ、前記第１チップと前記第２チップ間を電気的に接続するための複数の第１の接続パッドが設けられ、複数の前記第１の接続パッドと複数の前記導電パターン間がそれぞれワイヤボンディングされて、前記第１チップと前記第２チップとが電気的に接続されており、
前記外周領域に形成された複数の前記導電パターンは、前記第１チップ及び前記第２チップの各第１の接続パッドとワイヤボンディングされるそれぞれの位置がボンド領域とされており、
複数の前記導電パターンのうち、前記第２チップの外周を囲むようにして形成された第１導電パターンが設けられており、前記第１導電パターンの前記第１チップに対する前記ボンド領域と前記第１チップとの間、及び前記第１導電パターンの前記第２チップに対する前記ボンド領域と前記第２チップとの間が、ほかの前記導電パターンと各チップとの間でボンディングされたワイヤと交差することなく、ワイヤボンディングされていることを特徴とするものである。

上記構成により前記チップ間を狭小化でき、各磁気検出素子を小さい面積内に集約でき、磁界変化を高精度に検知することが可能になる。

また本発明は、前記第１の接続パッドが、互いに、電気的に接続されるチップとの対向側に設けられている構成に効果的に適用できる。

また本発明では、前記ワイヤボンディングによるワイヤは、前記第１の接続パッド上と前記導電パターン上とに夫々接合されており、前記第１の接続パッド上が最初に前記ワイヤを接合する第１ボンド領域で、前記導電パターン上が次に前記ワイヤを接合する第２ボンド領域であることが好ましい。これにより、前記第１の接続パッドを適切に小さく形成でき、各磁気検出素子をより小さい面積内に集約できる。

また本発明では、電気的に接続された一対のチップには、夫々、磁化方向が固定された固定磁性層と、磁化方向が外部磁界により変動するフリー磁性層とが、非磁性材料層を介して積層された磁気抵抗効果を利用して成る磁気抵抗効果素子が設けられ、
一方のチップに設けられた第１磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と、他方のチップに設けられた第２磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は反平行であることが好ましい。これにより簡単な構成で、前記外部磁界の変化に対して出力値を高くでき、より高精度に外部磁界の変化を検知できる。

また本発明における角度検出装置は、上記のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
前記磁気検出装置と前記磁界発生部材の少なくともいずれか一方が前記基板の高さ方向を回転軸として回転可能に支持されており、
前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、回転角度が検知されることを特徴とするものである。

本発明では前記チップ間を狭小化でき、各磁気検出素子を小さい面積内に集約できる。これにより磁界発生部材から発生する外部磁界の各磁気検出素子に作用する水平磁界成分を大きくでき、高精度に回転角度を検知できる。また本発明では、前記磁界発生部材を小さく形成でき、角度検出装置の小型化を図ることが出来る。

あるいは本発明における位置検出装置は、上記のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
前記磁気検出装置が前記磁界発生部材に対して、前記高さ方向と直交する方向への移動成分を有して相対的に移動可能に支持されており、
前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、前記磁気検出装置の前記磁界発生部材に対する相対位置が検知されることを特徴とするものである。

または本発明における磁気スイッチは、上記のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
前記磁気検出装置と前記磁界発生部材の少なくともいずれか一方が、前記磁気検出装置と前記磁界発生部材間の距離が変動可能なように支持されており、
前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、オン信号あるいはオフ信号が生成されることを特徴とするものである。

本発明の磁気検出装置によれば、基板上に搭載される複数のチップ間を狭小化でき、高精度に磁界変化を検出することが可能である。

また前記磁気検出装置を用いた角度検出装置、位置検出装置及び磁気スイッチでは、高精度に磁界検知でき、また磁界発生部材を小さく形成でき、角度検出装置、位置検出装置及び磁気スイッチの小型化を図ることが出来る。

図１は本実施形態の磁気検出装置の平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線に沿って磁気検出装置を高さ方向に切断しその切断面を矢印方向から見た部分拡大断面図、図３は本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、図４は、図１に示すＢ−Ｂ線に沿って磁気検出装置を高さ方向に切断しその切断面を矢印方向から見た部分拡大断面図、図５（ａ）〜（ｄ）は、外部磁界の方向が変化したときの第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を示す模式図、図６は本実施形態における角度検出装置の斜視図、図７〜図９は本実施形態の磁気検出装置の製造工程を示す平面図、図１０〜図１２は本実施形態におけるワイヤボンディングを説明するための拡大側面図、である。

図１に示すように本実施形態における磁気検出装置２０は、基板２１上に第１チップ２２と第２チップ２３が搭載されている。各チップ２２，２３の大きさは、幅寸法（図示Ｘ１−Ｘ２方向の寸法）が０．３〜３ｍｍ程度、長さ寸法（図示Ｙ１−Ｙ２方向の寸法）が０．３〜３ｍｍ程度である。

図１に示すように、第１チップ２２及び第２チップ２３には夫々、２個ずつ第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５が形成されている。

図４に示すように、前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５は夫々別の基台２６上に形成されている。

第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）である。図４に示すように第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５は、共に下から反強磁性層２７、固定磁性層２８、非磁性材料層２９、フリー磁性層３０及び保護層３１の順に積層されている。前記反強磁性層２７は例えばＩｒＭｎで形成される。固定磁性層２８やフリー磁性層３０はＮｉＦｅやＣｏＦｅ等の強磁性材料で形成される。非磁性材料層２９は例えばＣｕで形成される。保護層３１は例えばＴａで形成される。

図４に示すように前記第１磁気抵抗効果素子２４の固定磁性層２８の磁化方向２８ａは図示Ｘ２方向で、第２磁気抵抗効果素子２５の固定磁性層２８の磁化方向２８ａは図示Ｘ１方向であり、第１磁気抵抗効果素子２４と第２磁気抵抗効果素子２５とで固定磁性層２８の磁化方向２８ａが１８０度異なっている（反平行となっている）。

図３に示すように２個の第１磁気抵抗効果素子２４と２個の第２磁気抵抗効果素子２５はブリッジ回路を構成している。図３に示すように第１直列回路３２を構成する第１磁気抵抗効果素子２４は入力端子３６側に、第２磁気抵抗効果素子２５はグランド端子３７側に夫々接続されている。また第２直列回路３３を構成する第２磁気抵抗効果素子２５は入力端子３６側に、第１磁気抵抗効果素子２４はグランド端子３７側に接続されている。図３に示すように前記第１直列回路３２の出力取り出し部３４と第２直列回路３３の出力取り出し部３５は共に差動増幅器３８に接続され、前記差動増幅器３８の出力側が出力端子３９に接続される。

図４で説明したように、第１磁気抵抗効果素子２４の固定磁性層２８の磁化方向２８ａと第２磁気抵抗効果素子２５の固定磁性層２８の磁化方向２８ａが反平行であるとき、外部磁界Ｈに対する第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値の変化は、回転磁場に対して１８０度、位相がずれている。図５を用いて説明する。

図５（ａ）では外部磁界ＨがＹ１方向に向いている。このとき第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５を構成するフリー磁性層３０の磁化方向３０ａは共に図示Ｙ１方向に向く。図５（ａ）に示すように第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５ともに固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａは直交しているので、第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値は同じ値となっている。

次に外部磁界Ｈが反時計周りに９０度回転すると図５（ｂ）のように外部磁界Ｈは図示Ｘ２方向を向く。このとき前記フリー磁性層３０の磁化方向３０ａも図示Ｘ２方向に向く。図５（ｂ）に示すように第１磁気抵抗効果素子２４では、固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａとが平行である。よって図５（ｂ）の状態では前記第１磁気抵抗効果素子２４の電気抵抗値は最小となっている。一方、図５（ｂ）に示すように、第２磁気抵抗効果素子２５では、固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａとが反平行である。よって図５（ｂ）の状態では前記第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値は最大となっている。このように図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態にかけて、第１磁気抵抗効果素子２４では、徐々に電気抵抗値が低下し、やがて最小抵抗値となり、第２磁気抵抗効果素子２５では徐々に電気抵抗値が上昇し、やがて最大抵抗値となる。

次に、外部磁界Ｈがさらに反時計周りに９０度回転すると図５（ｃ）のように外部磁界Ｈは図示Ｙ２方向を向く。このとき前記フリー磁性層３０の磁化方向３０ａも図示Ｙ２方向に向く。図５（ｃ）の状態は図５（ａ）と同様であり、第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａとが直交しており、第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値は共に同じになる。図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態にかけて、第１磁気抵抗効果素子２４では、徐々に電気抵抗値が上昇し、第２磁気抵抗効果素子２５では徐々に電気抵抗値が低下する。

次に、外部磁界Ｈがさらに反時計周りに９０度回転すると図５（ｄ）のように外部磁界Ｈは図示Ｘ１方向を向く。このとき前記フリー磁性層３０の磁化方向３０ａも図示Ｘ１方向に向く。図５（ｄ）に示すように第１磁気抵抗効果素子２４では、固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａとが反平行である。よって図５（ｄ）の状態では前記第１磁気抵抗効果素子２４の電気抵抗値は最大となっている。一方、図５（ｄ）に示すように、第２磁気抵抗効果素子２５では、固定磁性層２８の磁化方向２８ａとフリー磁性層３０の磁化方向３０ａとが平行である。よって図５（ｄ）の状態では前記第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値は最小となっている。このように図５（ｃ）の状態から図５（ｄ）の状態にかけて、第１磁気抵抗効果素子２４では、徐々に電気抵抗値が上昇し、やがて最大抵抗値となり、第２磁気抵抗効果素子２５では徐々に電気抵抗値が低下し、やがて最小抵抗値となる。

このように外部磁界Ｈに対する第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値の変化は、回転磁場に対して１８０度、位相がずれている。したがって、図３に示すように第１磁気抵抗効果素子２４と第２磁気抵抗効果素子２５とでブリッジ回路を構成することで、一方の磁気抵抗効果素子を固定抵抗素子とした場合に比べて出力値（差動電位）を２倍に大きくできる。

図４に示すように前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５は共に樹脂や無機絶縁材料等で形成されたカバー層４０により覆われてパッケージ化されている。図１及び図４に示すように第１チップ２２及び第２チップ２３のチップ表面２２ａ，２３ａには導電性の接続パッド４１，４２が外部に露出して形成されている。前記接続パッド４１，４２は、各チップ２２，２３に６個ずつ設けられている。

各接続パッド４１，４２は直接あるいは間接的に磁気抵抗効果素子２４，２５と電気的に接続されている。図１の点線Ｃで示す部分はチップ２２，２３内部の配線を示す。

なお本実施形態では、第１チップ２２と第２チップ２３は同じチップ構成であり、前記第２チップ２３は第１チップ２２の配置方向に対して１８０度反転させて基板２１上に配置される。これにより図４で説明したように前記第１チップ２２に形成される第１磁気抵抗効果素子２４と前記第２チップ２３に形成される第２磁気抵抗効果素子２５の固定磁性層２８の磁化方向２８ａを反平行にできる。このように第１チップ２２と第２チップ２３を同じチップ構成にすることで、前記第１チップ２２及び第２チップ２３を同一基板上に形成できるが、前記第１チップ２２及び第２チップ２３を異なるチップ構成で別々に形成することも可能である。

前記接続パッド４１，４２のうち、接続パッド４１（第１の接続パッド）は、各チップ２２，２３間にて対向する側に設けられ、接続パッド４２（第２の接続パッド）は、前記接続パッド４１の反対側に設けられている。以下、接続パッド４１を内側接続パッド４１と、接続パッド４２を外側接続パッド４２と称する。

図１に示すように前記第１チップ２２と前記第２チップ２３間には対向領域Ｄが設けられている。前記対向領域Ｄの間隔Ｔ２は０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることが好適である。特にワイヤの配線条件等をクリアできれば、前記対向領域Ｄの間隔Ｔ２をゼロ、すなわち前記第１チップ２２と第２チップ２３間を接触させることが最も好ましい。

図１に示すように本実施形態では前記チップ２２，２３間を除く前記チップ２２，２３の外周領域Ｅの前記基板２１上に導電パターン５０，５１，５２が形成されている。すなわち前記対向領域Ｄの基板２１上に前記導電パターンは形成されず、それ以外の箇所に前記導電パターンが形成されている。

図１に示すように第１チップ２２及び第２チップ２３の最も図示Ｙ１側に形成された内側接続パッド４１どうしは、夫々、導電パターン５０との間でワイヤボンディングされることで電気的に接続されている。また、第１チップ２２及び第２チップ２３の最も図示Ｙ２側に形成された内側接続パッド４１どうしは、夫々、導電パターン５２との間でワイヤボンディングされることで電気的に接続されている。また、第１チップ２２及び第２チップ２３のＹ方向の中間に位置する内側接続パッド４１どうしは、夫々、導電パターン５１との間でワイヤボンディングされることで電気的に接続されている。

ワイヤボンディングによるワイヤ６０は、金等の良好な電気伝導性の材料で形成され、図２に示すように、内側接続パッド４１上と導電パターン５２上に夫々接合されている。図２に示すように、前記内側接続パッド４１上が最初に前記ワイヤ６０を接合する第１ボンド領域で、前記導電パターン５２上が次に前記ワイヤ６０を接合する第２ボンド領域であることが好ましい。

図２に示すように、前記ワイヤ６０の前記第１ボンド領域である内側接続パッド４１上に位置する第１接合部６０ａは元々はボール状であったものがキャピラリにより押し付けられたことで潰された形状であり、一方、前記ワイヤ６０の前記第２ボンド領域である導電パターン５２上に位置する第２接合部６０ｂはワイヤ６０を潰して形成される。２番目のボンディングでは、強く導電パターン６０上にワイヤ６０を接合する部分と、ワイヤ６０を所定位置にて切断されやすくするための暫定的な接合領域を形成する等、第２接合部６０ｂの接合領域は第１接合部６０ａの接合領域よりも広い範囲となる。第２接合部６０ｂ側のワイヤ終端面６０ｃが切断面である。このようにワイヤ６０の形状を見れば、内側接続パッド４１及び導電パターン５２のどちらが第１ボンド領域か第２ボンド領域かを判別できる。

ワイヤ６０の第２接合部６０ｂは、第１接合部６０ａに比べて広い領域に形成されるが、本実施形態では、内側接続パッド４１を第１ボンド領域としているので、前記内側接続パッド４１の大きさを小さくできる。よってチップ２２，２３の小型化を図ることが可能である。

前記第１チップ２２と第２チップ２３の内側接続パッド４１，４１間を図１のように電気的に接続することで図３に示すブリッジ回路が構成される。

図１に示す実施形態では全ての内側接続パッド４１が、チップ同士の接続用として、前記導電パターン５０，５１，５２上にワイヤボンディングされているが、例えば一部の内側接続パッド４１のみがチップ同士の接続用として使用される形態でもよい。

また、前記第１チップ２２及び第２チップ２３の外側接続パッド４２は、入力端子３６と接続される入力側接続点５３，５４、グランド端子３７と接続されるグランド側接続点５５，５６、出力取り出し部３４、３５のいずれかに該当する。前記外側接続パッド４２と前記入力端子３６、グランド端子３７及び差動増幅器３８の入力部とはワイヤボンディングにより電気的に接続されている。図１には一例を示した。「Ｖｃｃ」の表記はワイヤ６１が入力端子３６に接続されることを、「ＧＮＤ」の表記はワイヤ６２がグランド端子３７に接続されることを、「ＯＵＴ１」の表記はワイヤ６３が接続されている接続パッド４２が出力取り出し部３４であることを、「ＯＵＴ２」はワイヤ６４が接続されている接続パッド４２が出力取り出し部３５であることを示している。

以上説明した本実施形態の磁気検出装置２０は、図６に示す角度検出装置７０に使用される。前記角度検出装置７０では、前記磁気検出装置２０の高さ方向（Ｚ方向）に対向して磁界発生部材７１が設けられている。前記磁気検出装置２０と前記磁界発生部材７１間には空間があり、非接触式の磁気センサである。

前記磁界発生部材７１は前記高さ方向（図示Ｚ方向）を回転軸として回転可能に支持されている。前記磁界発生部材７１の回転中心Ｏ１を通るライン上の一端部側にＮ極が、他端部側にＳ極が着磁されている。前記磁界発生部材７１は、回転体と、前記回転体の前記磁気検出装置２０との対向面側に設けられた複数個の磁石とからなる形態であっても、あるいは前記磁界発生部材７１そのものが磁石であってもよい。

磁界発生部材７１が磁気検出装置２０の上方にて回転すると、外部磁界Ｈが図５で説明した回転磁場として前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の夫々に作用する。これにより前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５のフリー磁性層３０の磁化方向３０ａが変動して前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の電気抵抗値が変動する。図３で説明した回路により、前記電気抵抗値の変化に基づく出力値（差動電位）が得られ、この出力値に基づき、前記磁界発生部材７１の回転角度を検知することが可能である。

図６に示すように磁界発生部材７１の回転に伴い、前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５の夫々に、図示Ｘ１−Ｘ２方向と図示Ｙ１−Ｙ２方向とから成る面内での水平磁場成分が作用し、図５で説明したように、前記水平磁場成分の外部磁界Ｈ方向に向けて、フリー磁性層３０の磁化方向３０ａが変動する。

例えば図６に示すように磁界発生部材７１の端部での外部磁界Ｈは、図示Ｚ方向に平行な垂直磁場成分が多くなり、前記垂直磁場成分が第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５に作用しても前記フリー磁性層３０の磁化方向３０ａは変動しない。

したがって前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５に作用する水平磁場成分が大きくなるように構成しなければ適切に前記磁界発生部材７１の回転角度を検知できない。

本実施形態では、図１で説明したように、各チップ２２，２３の内側接続パッド４１間を電気的に接続すべくワイヤボンディングを中継するための導電パターン５０、５１，５２をチップ２２，２３間を除く外周領域Ｅの基板２１上に設けている。このため前記チップ２２，２３間の対向領域Ｄを極力狭くすることが可能となる。その結果、第１チップ２２に形成される第１磁気抵抗効果素子２４と第２チップ２３に形成される第２磁気抵抗効果素子２５を小さい面積内に集約させることができる。

図６に示すように外部磁界Ｈの水平磁場成分は、回転軸付近ほど強まるため、第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５を前記回転軸付近に集約させることで、前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５に作用する水平磁場成分を強くでき、この結果、高精度に前記磁界発生部材７１の回転角度を検知することが可能である。

また前記磁界発生部材７１を小さくしても適切に第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５に対して水平磁界成分を作用させることが可能であるため、回転検出精度に優れた小型の角度検出装置７０にできる。

図６に示すように前記磁界発生部材７１の回転中心Ｏ１と前記磁気検出装置２０のチップ２２，２３間の対向領域Ｄの中心Ｏ２とを回転軸に沿って一致させると、前記第１磁気抵抗効果素子２４及び第２磁気抵抗効果素子２５を効果的に前記回転軸付近に集約させることができ好適である。

本実施形態での角度検出装置７０は、例えば、スロットルポジションセンサやアクセルポジションセンサ等の車載用角度検出センサとして使用される。

また本実施形態の磁気検出装置２０を、ジョイスティック等のインプットデバイス用位置検出センサに適用できる。位置検出センサでは、前記磁気検出装置２０と、前記基板２１の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、前記磁気検出装置２０が前記磁界発生部材に対して、前記高さ方向と直交する方向への移動成分を有して相対的に移動可能に支持されており、前記磁気検出装置２０にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、前記磁気検出装置２０の前記磁界発生部材に対する相対位置が検知される。

また本実施形態における磁気検出装置２０を磁気スイッチとして使用することもできる。磁気スイッチでは、前記磁気検出装置２０と、前記基板２１の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、前記磁気検出装置２０と前記磁界発生部材の少なくともいずれか一方が、前記磁気検出装置２０と前記磁界発生部材間の距離が変動可能なように支持されており、前記磁気検出装置２０にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、オン信号あるいはオフ信号が生成される。

図６では磁界発生部材７１が回転可能に支持されていたが、前記磁気検出装置２０が回転可能に支持されていてもよく、前記磁界発生部材７１及び前記磁気検出装置２０の双方が回転可能に支持されていてもよい。

図１に示す磁気検出装置２０の製造方法について、図７ないし図１２を用いて以下に説明する。

図７に示す工程では、チップ搭載領域８０，８１間を除く前記チップ搭載領域８０，８１の外周領域Ｅの基板２１上に導電パターン５０，５１，５２を形成する。前記導電パターン５０，５１，５２をスクリーン印刷、メッキ、蒸着等の既存の方法で形成する。

前記導電パターンの数は、チップ２２，２３の内側接続パッド４１間の接続数と一致する。この形態では接続数は３であるため、導電パターンを３つ形成している。

次に図８に示す工程では、前記チップ搭載領域８０，８１上に接着層を介して第１チップ２２及び第２チップ２３を固着する。前記第１チップ２２及び第２チップ２３は同じチップ構成であるが、第２チップ２３を第１チップ２２の設置方向に対して１８０度反転させた状態で前記基板２１上に設置する。これにより前記第１チップ２２に形成された第１磁気抵抗効果素子２４と第２チップ２３に形成された第２磁気抵抗効果素子２５の固定磁性層２８の磁化方向２８ａを図４で説明したように反平行状態にできる。

図８に示すように前記チップ２２，２３間の対向領域Ｄに前記導電パターンを形成しないので、前記対向領域Ｄの間隔Ｔ２を配線条件等が許す限り狭く設定できる。

図８に示すように、前記第１チップ２２及び第２チップ２３の内側接続パッド（第１の接続パッド）４１を対向領域Ｄ側に向けて、前記第１チップ２２及び第２チップ２３を基板２１上に搭載する。

図９に示す工程では、前記第１チップ２２及び第２チップ２３の内側接続パッド４１を夫々、所定の導電パターン５０，５１，５２上にワイヤボンディングする。

図９に示すように、前記第１チップ２２及び第２チップ２３の最も図示Ｙ１側に形成された内側接続パッド４１，４１と導電パターン５０間をワイヤボンディングしてＹ１側の前記内側接続パッド４１，４１間を電気的に接続する。また前記第１チップ２２及び第２チップ２３の最も図示Ｙ２側に形成された内側接続パッド４１，４１と導電パターン５２間をワイヤボンディングしてＹ２側の前記内側接続パッド４１，４１間を電気的に接続する。さらに、前記第１チップ２２及び第２チップ２３のＹ方向の中間に位置する内側接続パッド４１，４１と導電パターン５１間をワイヤボンディングして中間位置の前記内側接続パッド４１，４１間を電気的に接続する。

ワイヤボンディング方法について説明する。図１０に示すように、ワイヤ先端に金ボール８２が形成された状態にてキャピラリ８３を第１チップ２２，あるいは第２チップ２３のチップ表面に形成された内側接続パッド４１上に降下させ、熱・荷重さらには超音波を前記金ボール８２に加える。前記金ボール８２を潰して図２で説明した第１接合部６０ａによりワイヤ６０と前記内側接続パッド４１間を接合する。

次に図１１に示す工程では、キャピラリ８３を上昇させ、さらに次にボンディングする導電パターン５０，５１，５２上にまで移動させる。このときワイヤ６０をループ状に形成する。

前記ワイヤ６０を前記導電パターン５０，５１，５２上に押し付け、このとき、前記ワイヤ６０に熱・荷重さらには超音波を加えて前記ワイヤ６０を潰して変形させる。さらに、２番目のボンディングでは、強く導電パターン５０，５１，５２上にワイヤ６０を接合する部分と、ワイヤ６０を所定位置にて切断されやすくするための暫定的な接合領域を形成することで、導電パターン５０，５１，５２に対する第２接合部６０ｂの接合面積は広くなる。
そして図１２工程では前記キャピラリ８３を上昇させて前記ワイヤ６０を切断する。

このように、ワイヤボンディングの際、ワイヤ６０を前記内側接続パッド４１上に最初に接合し、続いて前記ワイヤ６０を前記導電パターン５０，５１，５２上に接合し、その後、前記ワイヤ６０を切断する。２番目にボンディングされる第２ボンド領域を前記内側接続パッド４１にしてしまうと前記内側接続パッド４１の面積を広めに形成しなければならないが、本実施形態では前記内側接続パッド４１を最初にボンディングされる第１ボンド領域にしているので前記内側接続パッド４１の面積を小さく形成できる。その結果、前記第１チップ２２及び第２チップ２３を小さく形成でき、前記チップ２２，２３に含まれる磁気抵抗効果素子４，５を小さい面積内に集約することが可能となる。

本実施形態では、基板２１上に搭載されるチップ数は２であったが、チップ数は２より多くてもよい。前記チップ数を２より多くしても、チップ間には前記導電パターンを形成せず、前記チップの外周領域の基板２１上に前記導電パターンを形成し、チップ同士を電気的に接続するための第１の接続パッドと前記導電パターン間をワイヤボンディングする。

また本実施形態では、前記接続パッドは、図１に示す内側接続パッド４１と外側接続パッド４２とで構成されるが、前記接続パッドの配置は図１以外の配置であってもよい。ただし本実施形態では前記接続パッドには、電気的に接続されるチップとの対向面側に第１の接続パッド（内側接続パッド）があり、前記第１の接続パッドと前記導電パターン間をワイヤボンディングしてチップ同士を電気的に接続する形態に効果的に適用できる。

またチップに形成される磁気検出素子は、ＧＭＲ素子以外にＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）であってもよい。また前記磁気検出素子はＧＭＲ素子やＴＭＲ素子以外であってもよいが、ＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子は図４で説明した積層構造（ＴＭＲ素子では非磁性材料層２９は絶縁層である）を備え、固定磁性層２８の磁化方向２８ａが反平行となるように同じチップ構成のものを１８０度反転させて基板２１上に設置すれば、回転磁場を大きな出力値で検知できるため、磁気検出素子にはＧＭＲ素子あるいはＴＭＲ素子を使用することが、簡単な構成にて高精度に磁界検出が可能な磁気検出装置を製造でき好適である。

本実施形態の磁気検出装置の平面図、 図１に示すＡ−Ａ線に沿って磁気検出装置を高さ方向に切断しその切断面を矢印方向から見た部分拡大断面図、 本実施形態の磁気検出装置の回路構成図、 図１に示すＢ−Ｂ線に沿って磁気検出装置を高さ方向に切断しその切断面を矢印方向から見た部分拡大断面図、 （ａ）〜（ｄ）は、外部磁界の方向が変化したときの第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子の固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向を示す模式図、 本実施形態における角度検出装置の斜視図、 本実施形態の磁気検出装置の製造工程を示す一工程図（平面図）、 図７の次に行われる一工程図（平面図）、 図８の次に行われる一工程図（平面図）、 本実施形態におけるワイヤボンディングを説明するための一工程図（拡大側面図）、 図１０の次に行われる一工程図（拡大側面図）、 図１１の次に行われる一工程図（拡大側面図）、 従来の磁気検出装置の平面図、

符号の説明

２０ 磁気検出装置
２１ 基板
２２ 第１チップ
２３ 第２チップ
２４ 第１磁気抵抗効果素子
２５ 第２磁気抵抗効果素子
２７ 反強磁性層
２８ 固定磁性層
２９ 非磁性材料層
３０ フリー磁性層
３１ 保護層
３２ 第１直列回路
３３ 第２直列回路
３４、３５ 出力取り出し部
３６ 入力端子
３７ グランド端子
３８ 差動増幅器
４１ 内側接続パッド（第１の接続パッド）
４２ 外側接続パッド
５０、５１、５２ 導電パターン
６０、６１、６２、６３、６４ ワイヤ
６０ａ 第１接合部
６０ｂ 第２接合部
７０ 角度検出装置
７１ 磁界発生部材
８０、８１ チップ搭載領域
８２ 金ボール
８３ キャピラリ
Ｄ 対向領域
Ｅ 外周領域
Ｈ 外部磁界

Claims (10)

1. 磁界変化に対して電気特性が変化する磁気検出素子と接続パッドとを備えた第１チップ及び第２チップが、基板上に搭載され、前記電気特性の変化に基づき、前記磁界変化が検知される磁気検出装置であって、
   前記第１チップと前記第２チップとの間の対向領域を除く前記第１チップ及び前記第２チップの外周領域の前記基板上に複数の導電パターンが形成され、前記第１チップ及び前記第２チップの前記接続パッドにはそれぞれ、前記第１チップと前記第２チップ間を電気的に接続するための複数の第１の接続パッドが設けられ、複数の前記第１の接続パッドと複数の前記導電パターン間がそれぞれワイヤボンディングされて、前記第１チップと前記第２チップとが電気的に接続されており、
   前記外周領域に形成された複数の前記導電パターンは、前記第１チップ及び前記第２チップの各第１の接続パッドとワイヤボンディングされるそれぞれの位置がボンド領域とされており、
   複数の前記導電パターンのうち、前記第２チップの外周を囲むようにして形成された第１導電パターンが設けられており、前記第１導電パターンの前記第１チップに対する前記ボンド領域と前記第１チップとの間、及び前記第１導電パターンの前記第２チップに対する前記ボンド領域と前記第２チップとの間が、ほかの前記導電パターンと各チップとの間でボンディングされたワイヤと交差することなく、ワイヤボンディングされていることを特徴とする磁気検出装置。
2. 前記第１の接続パッドは、前記第１チップと前記第２チップとの間にて対向する内側に設けられている請求項１記載の磁気検出装置。
3. 前記導電パターン上の前記ボンド領域は第２ボンド領域であり、
   前記ワイヤボンディングによるワイヤは、前記第１の接続パッド上と前記導電パターン上とに夫々接合されており、前記第１の接続パッド上が最初に前記ワイヤを接合する第１ボンド領域で、前記導電パターン上が次に前記ワイヤを接合する前記第２ボンド領域である請求項１又は２に記載の磁気検出装置。
4. 電気的に接続された前記第１チップ及び前記第２チップには、夫々、磁化方向が固定された固定磁性層と、磁化方向が外部磁界により変動するフリー磁性層とが、非磁性材料層を介して積層された磁気抵抗効果を利用して成る磁気抵抗効果素子が設けられ、
   前記第１チップに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向と、前記第２チップに設けられた前記磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向は反平行である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出装置。
5. 前記第１チップ及び前記第２チップには、対向側に設けられた内側接続パッドとしての前記第１の接続パッドと、前記第１の接続パッドの反対側に設けられた外側接続パッドとが設けられ、
   前記第１の接続パッドは、前記第１チップと前記第２チップ間の電気的接続用として用いられ、
   前記外側接続パッドは、入力端子、グランド端子及び出力取り出し部のいずれかに接続される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出装置。
6. 前記第１チップには２個の磁気検出素子が前記第１チップと前記第２チップとの並び方向と直交する方向に間隔を空けて並設され、各磁気抵抗効果素子の第２チップと対向する内側端部に前記第１の接続パッドが接続され、前記内側端部とは反対側の外側端部に前記外側接続パッドが設けられ、
   一方の前記磁気検出素子から引き出されて、さらにもう一つ、前記第１の接続パッドが形成されており、他方の前記磁気検出素子から引き出されて、さらにもう一つ前記外側接続パッドが設けられており、
   前記第２チップは前記第１チップを１８０度反転させたチップ構成である請求項５記載の磁気検出装置。
7. 前記第１チップ及び前記第２チップには夫々、複数で且つ同数の前記第１の接続パッドが設けられ、前記第１チップ及び前記第２チップの並び方向にて対向する各チップの前記第１の接続パッド同士が前記導電パターンを介して電気的に接続されている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
   前記磁気検出装置と前記磁界発生部材の少なくともいずれか一方が前記基板の高さ方向を回転軸として回転可能に支持されており、
   前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、回転角度が検知されることを特徴とする角度検出装置。
9. 請求項１ないし７のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
   前記磁気検出装置が前記磁界発生部材に対して、前記高さ方向と直交する方向への移動成分を有して相対的に移動可能に支持されており、
   前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、前記磁気検出装置の前記磁界発生部材に対する相対位置が検知されることを特徴とする位置検出装置。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載された磁気検出装置と、前記基板の高さ方向にて対向し、外部磁界を発生する磁界発生部材とを有し、
    前記磁気検出装置と前記磁界発生部材の少なくともいずれか一方が、前記磁気検出装置と前記磁界発生部材間の距離が変動可能なように支持されており、
    前記磁気検出装置にて検知された磁界変化に伴う出力変化に基づき、オン信号あるいはオフ信号が生成されることを特徴とする磁気スイッチ。

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