JP5433960B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

この発明は、例えば紙幣等に印刷されている磁気パターンを検出する長尺型の磁気センサに関するものである。

磁性インク等で所定パターンが印刷された紙幣や証券等の被検知物の識別を行う磁気センサとして例えば特許文献１が開示されている。図１は従来の磁気センサ１０１，１０２の構成と特性について示す図であり、図１（Ａ）は特許文献１の磁気センサについて示す図、図１（Ｂ）はその他の従来の磁気センサについて示す図である。

図１（Ｂ）に示す例では、磁気抵抗素子２１〜２６にそれぞれ感磁部１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，・・・１６ａ，１６ｂを備えていて、これらの磁気抵抗素子２１〜２６を長尺状ケースの長手方向に直線状に配列するとともに、それぞれの磁気抵抗素子２１〜２６が磁気検出チャンネルｃｈ１〜ｃｈ６を構成している。この長尺状ケースの長手方向に対して垂直方向に磁気パターンを有する紙幣等を搬送した際、各感磁部の抵抗値が変動する。

図１中の波形は縦軸が磁気センサの抵抗値変化を電圧変化として取り出したときの出力電圧の振幅（ピーク−ピークの変化幅）、横軸は磁気センサの長手方向の位置である。個々の磁気抵抗素子２１〜２６に設けられている感磁部１１〜１６の抵抗値変化を電圧変化として個別に取り出した場合には、図１（Ｂ）のように、互いに隣接する磁気検出チャンネル間で出力電圧の変化幅（振幅）が低下する。

一方、図１（Ａ）のように、隣接する複数の磁気抵抗素子２１〜２５を１つの単位として、感磁部１１ａ〜１５ａ及び１１ｂ〜１５ｂを直列接続して、一つの磁気検出チャンネルｃｈ１とすることによって、隣接する磁気抵抗素子間での出力電圧変化幅の減少量を抑えることができる。
特開平５−３３２７０３号公報

ところが、図１（Ａ）に示した磁気センサ１０２においても、上記磁気検出チャンネルｃｈ１と、それに隣接する他の磁気検出チャンネルｃｈ２との間では依然として出力電圧の変化幅は低下する。例えば図１（Ｂ）の例では磁気抵抗素子２５と２６との間が磁気検出チャンネルの境界であるので、この部分で出力電圧の変化幅は減少する。

このような出力電圧変化幅の減少を抑制するためには、各磁気抵抗素子に対して極力端部にまで感磁部を配置して、磁気検出チャンネルの境界となる部分の感磁部同士の間隔を狭めることが重要である。

しかし、磁気抵抗素子はダイシング法やレーザカット法等によってウェハから切り出すので、各磁気抵抗素子の端部には「切りしろ」が存在し、感磁部の端部から磁気抵抗素子の端部まで磁気抵抗変化に寄与しない領域が必ず生じる。この領域は加工精度上、少なくとも０．０５ｍｍは存在する。

そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、互いに隣接する磁気検出チャンネル間における出力電圧変化幅の低下を抑えた磁気センサを提供することにある。

この発明は、ウェハから切り出された複数の磁気抵抗素子と、単一または複数の磁石と、前記複数の磁気抵抗素子が略直線状に配列されるとともに前記磁気抵抗素子に対して所定方向に磁界を印加する位置に前記磁石が配置されるケースと、を備えた磁気センサにおいて、
前記複数の磁気抵抗素子は、前記略直線状の配列方向に並ぶ少なくとも２つの感磁部をそれぞれ備え、隣接する磁気抵抗素子間で互いに隣接する前記感磁部同士が電気的に接続されて、この電気的に接続された感磁部で磁気検出チャンネルが構成され、前記磁気抵抗素子内で隣接する感磁部の間が、隣接する磁気検出チャンネルの境界とされたことを特徴としている。

この発明によれば、隣接する磁気抵抗素子の感磁部同士を電気的に接続することで、その電気的に接続された感磁部間を通過する磁性パターンを、隣接する感磁部の両方の磁気抵抗変化の加算によって補えるので、出力電圧変化幅の減少を抑制できる。

また、隣接する磁気抵抗素子の間隙がある程度あっても許容できることになり、磁気抵抗素子の素子サイズをその分小さくでき、幅広の磁気検出チャンネルを形成する際、磁気抵抗素子の素子サイズを大きくする必要がないので、１つのウェハから取り出せる素子数が増大し、良品率の向上とともに低価格化が図れる。

さらに、磁気抵抗素子内で隣接する感磁部の間で磁気検出チャンネルが分離されるので、感磁部間の距離は例えばフォトリソパターンニング等の微細加工で高精度に調整できるため、チャンネル間の出力電圧の変化幅の減少を予め抑制することができる。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る磁気センサ１０３の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。この例では、３つの磁気抵抗素子３１，３２，３３を備えている。磁気抵抗素子３１には４つの感磁部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えている。これらの感磁部１ａ〜１ｄのうち、感磁部１ａ，１ｂで一方の対をなし、感磁部１ｃ，１ｄで他方の対をなしている。磁気抵抗素子３２には４つの感磁部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えている。これらの感磁部２ａ〜２ｄのうち、感磁部２ａ，２ｂで一方の対をなし、感磁部２ｃ，２ｄで他方の対をなしている。同様に、磁気抵抗素子３３には４つの感磁部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを備えていて、これらの感磁部３ａ〜３ｄのうち、感磁部３ａ，３ｂで一方の対をなし、感磁部３ｃ，３ｄで他方の対をなしている。

これらの磁気抵抗素子３１，３２，３３の隣接する磁気抵抗素子３１，３２のそれぞれに形成されている感磁部のうち、互いに隣接する感磁部１ｃ，２ａの端子電極間をワイヤ（ボンディングワイヤ）Ｗ１２ａで接続している。また、互いに隣接する感磁部１ｄ，２ｂの端子電極間をワイヤＷ１２ｂで接続している。このことによって１つの磁気検出チャンネルｃｈ２を構成している。

同様に、互いに隣接する感磁部２ｃ，３ａの端子電極間をワイヤＷ２３ａで接続している。また、互いに隣接する感磁部２ｄ，３ｂの端子電極間をワイヤＷ２３ｂで接続している。このことによって１つの磁気検出チャンネルｃｈ３を構成している。

また、磁気センサ１０３の一方端の磁気抵抗素子３１の外側に配置されている感磁部１ａ，１ｂで１つの磁気検出チャンネルｃｈ１を構成し、他方端の磁気抵抗素子３３の外側に配置されている感磁部３ｃ，３ｄによって１つの磁気検出チャンネルｃｈ４を構成している。

このように複数の磁気抵抗素子３１〜３３を直線状に配列するとともに、その配列方向に隣接する２つの磁気抵抗素子の１／２ずつにまたがる範囲を１つの磁気検出チャンネルとして構成している。そして、磁気抵抗素子内で隣接する感磁部間を、磁気検出チャンネルの境界としている。

なお、これらの磁気抵抗素子３１〜３３は、これらの磁気抵抗素子に対して紙面に垂直方向に磁界を印加する永久磁石とともに長尺状のケースに配置され、そのケースには磁気抵抗素子３１〜３３の表面を保護するカバーが取り付けられる。

図３は図２に示した、隣接する感磁部間の出力電圧変化幅の減少特性、及び従来の隣接する磁気抵抗素子間の出力電圧変化幅の減少特性の例を対比するものである。
この実施形態によれば、隣接する磁気検出チャンネルｃｈ１とｃｈ２の境界部分は、磁気抵抗素子（図３（Ａ）の例では３１）に形成されている感磁部（１ａ，１ｂ）と（１ｃ，１ｄ）との間隙部分である。一方、従来の磁気センサにおいて、隣接する磁気検出チャンネルｃｈ１とｃｈ２の境界部分は、隣接する磁気抵抗素子（図３（Ｂ）の例では２１，２２）に形成されている感磁部（１１ａ，１１ｂ）と感磁部（１２ａ，１２ｂ）との間隙部分である。

第１の実施形態によれば、図３（Ａ）に示すように間隙Ｇ１は磁気抵抗素子３１上の隣接する感磁部間の間隙であるので、パターン形成精度に応じて極めて狭くでき、出力電圧変化幅の減少量ΔＳ１を小さく抑えることができる。

これに対して、図３（Ｂ）のように、異なった磁気抵抗素子２１，２２の隣接部分で磁気検出チャンネル境界となる場合には、隣接する感磁部は異なった磁気抵抗素子上の感磁部であるので、間隙Ｇｏは前述したとおり大きくなり、出力電圧変化幅の減少量ΔＳｏは大きくならざるを得ない。

《第２の実施形態》
図４は第２の実施形態に係る磁気センサ１０４の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。
第２の実施形態では磁気抵抗素子の感磁部及びその周辺の具体的なパターンを示すものである。磁気抵抗素子６１には４つの感磁部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを備えていて、これらの感磁部のパターンの両端には端子電極５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈをそれぞれ形成している。磁気抵抗素子６２には４つの感磁部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを備えていて、これらの感磁部のパターンの両端には端子電極５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈをそれぞれ形成している。同様に磁気抵抗素子６３には４つの感磁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを備えていて、これらの感磁部のパターンの両端には端子電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ，５３ｇ，５３ｈをそれぞれ形成している。また、これらの感磁部はメアンダライン状にパターン形成していて、長手方向に平行な辺にはそれぞれ電極膜を付与している。

このようにメアンダライン状にするとともに電極膜を付与することによって、磁気抵抗材料によるパターンの形状効果係数を高めている。

隣接する磁気抵抗素子６１，６２のそれぞれに形成されている感磁部のうち、互いに隣接する部分で且つ隣接する端子電極間をワイヤ（ボンディングワイヤ）Ｗ１２ａ，Ｗ１２ｂでそれぞれ接続している。同様に、隣接する磁気抵抗素子６２，６３のそれぞれに形成されている感磁部のうち、互いに隣接する部分で且つ隣接する端子電極間をワイヤ（ボンディングワイヤ）Ｗ２３ａ，Ｗ２３ｂでそれぞれ接続している。

図５は、隣接する２つの感磁部Ａ，Ｂにおいて、両者を電気的に接続して１つの磁気検出チャンネルとして用いる場合と、その境界部を磁気検出チャンネルの境界として用いる場合とについて、出力電圧変化幅の減少量抑制効果について示す図である。

異なった磁気センサの感磁部Ａ，Ｂ同士の境界をチャンネルの境界として用いる場合、図５（ａ）の例では、境界部での出力電圧は最大値の６０％程度にまで減少する。これに対し、互いに隣接する２つの感磁部Ａ，Ｂ同士を電気的に接続して１つの磁気検出チャンネルとして用いると図５（ｂ）のように出力電圧は最大値の８０％程度に抑えられる。

《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係る磁気センサ１０５の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。
この磁気センサ１０５は、磁気抵抗素子６２に形成した感磁部４２ａ〜４２ｄのうち、長手方向に隣接する感磁部４２ａ，４２ｃ同士を接続し、同様に感磁部４２ｂ，４２ｄ同士を接続して、１つの磁気検出チャンネル内の感磁部として作用させている。すなわち、図中破線で囲む磁気検出チャンネルｃｈは、感磁部４１ｃ，４２ａ，４２ｃ，４３ａ、及び４１ｄ，４２ｂ，４２ｄ，４３ｂによって構成している。

このようにして異なった磁気抵抗素子の感磁部同士だけでなく、同一の磁気抵抗素子上の感磁部同士を接続することによって幅広の磁気検出チャンネルを構成してもよい。

磁気検出チャンネルの幅は、狭くする程、分解能が向上するが、磁気抵抗素子の搭載数が増えることになり、コストアップの要因となるため、検出すべき磁気パターンの幅に応じて定めればよい。

従来の磁気センサ１０１，１０２の構成と特性について示す図であり、図１（Ａ）は特許文献１の磁気センサについて示す図、図１（Ｂ）はその他の従来の磁気センサについて示す図である。 第１の実施形態に係る磁気センサ１０３の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。 図２に示した、隣接する感磁部間の出力電圧変化幅の減少特性、及び従来の隣接する磁気抵抗素子間の出力電圧変化幅の減少特性の例を対比する図である。 第２の実施形態に係る磁気センサ１０４の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。 隣接する２つの感磁部Ａ，Ｂにおいて、両者を電気的に接続して１つの磁気検出チャンネルとして用いる場合と、その境界部を磁気検出チャンネルの境界として用いる場合とについて、出力電圧変化幅の減少量抑制効果について示す図である。 第３の実施形態に係る磁気センサ１０５の主要部の平面図及びその特性を示す波形図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…感磁部
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…感磁部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…感磁部
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，…感磁部
３１，３２，３３…磁気抵抗素子
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…感磁部
４１ｃ，４２ａ，４２ｃ，４３ａ…感磁部
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…感磁部
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ…感磁部
５１ａ，５１ｂ…端子電極
６１，６２，６３…磁気抵抗素子
１０１，１０２…磁気センサ
１０２〜１０５…磁気センサ
ｃｈ１〜ｃｈ４…磁気検出チャンネル
Ｇ１，Ｇｏ…間隙
Ｗ１２ａ，Ｗ１２ｂ，Ｗ２３ａ，Ｗ２３ｂ…ワイヤ

Claims (1)

1. ウェハから切り出された複数の磁気抵抗素子と、単一または複数の磁石と、前記複数の磁気抵抗素子が略直線状に配列されるとともに前記磁気抵抗素子に対して所定方向に磁界を印加する位置に前記磁石が配置されるケースと、を備えた磁気センサにおいて、
   前記複数の磁気抵抗素子は、前記略直線状の配列方向に並ぶ少なくとも２つの感磁部をそれぞれ備え、
   隣接する磁気抵抗素子間で互いに隣接する前記感磁部同士が電気的に接続されて、この電気的に接続された感磁部で磁気検出チャンネルが構成され、前記磁気抵抗素子内で隣接する感磁部の間が、隣接する磁気検出チャンネルの境界とされたことを特徴とする磁性センサ。

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