JP5579218B2 - 圧力検知素子の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る圧力検知素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
本実施形態に係る圧力検知素子は、電極を有するセンサ部と、電極パッドを有する実装基板と、を有する。本製造方法は、センサ部と実装基板を準備する工程(ステップS110)と、電極パッドと電極とを接合する工程(ステップS120)と、を有する。
本実施形態に係る圧力検知素子は、例えば、血圧測定器(例えば、連続的な血圧測定や常時血圧測定など)、音圧検知器(例えばマイクロフォンなど)、大気圧計、真空計(圧力計)または流量計などに応用される。
図3(a)〜図3(c)は、第1の実施形態に係る圧力検知素子のセンサ部の構成を例示する模式図である。図3(c)は、透視平面図である。図3(a)は、図3(c)のA1−A2線断面図である。図3(c)のB1−B2線断面図である。
図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る圧力検知素子の実装基板の構成を例示する模式図である。図4(b)は、透視平面図であり、図4(a)は、図4(b)のC1−C2線断面図である。
膜体30は、第1主面30sを有する。第1主面30sは、第1縁部30aと、第2縁部30bと、内側部30cと、を有する。第2縁部30bは、第1縁部30aと離間している。内側部30cは、例えば、第1縁部30aと第2縁部30bとの間に位置する。
第2磁性層12は、第1磁性層11と第3部分20aとの間に設けられる。
非磁性層13は、第1磁性層11と第2磁性層12との間に設けられる。
第1磁性層11、非磁性層13及び第2磁性層12は、Z軸方向に沿って積層される。
例えば、第1方向は、X−Y平面に対して平行である。この状態を用いる構成を、「面内磁化方式」ということにする。面内磁化方式においては、第1磁性層11には面内磁化膜が用いられる。なお、例えば製造工程におけるばらつきなどに起因して、面内磁化膜において、第1方向が、X−Y平面に対して平行な方向からずれる場合がある。
図5(a)〜図5(d)は、第1の実施形態に係る圧力検知素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図5(a)に表したように、センサ部40を第1ステージ81の上に載せる。第1ステージ81には開口部81oが設けられている。センサ部40の縁部(例えば第1縁部30a及び第2縁部30b)は、第1ステージ81の開口部81oが設けられていない部分の上に位置する。センサ部40の内側部30cは、開口部81oの上に位置する。開口部81oを介して、内側部30cの下の空間が減圧状態にされる。内側部30cに、例えば真空吸着81vによる力が加わる。これにより、センサ部40は、第1ステージ81に固定される。このとき、センサ部40の内側部30cには、応力が印加される。
図6(a)〜図6(c)は、本実施形態に係る製造方法を適用したときの特性を例示している。図6(d)〜図6(f)は、参考例の製造方法を適用したときの特性を例示している。参考例においては、組み立て工程中に外部磁界H2を印加しない。図6(a)及び図6(d)は、組み立て工程前、または、センサ部40を保持したときの磁性層の磁化の状態を例示している。図6(b)及び図6(e)は、電極パッドと電極とを接合する高温時の磁性層の磁化の状態を例示している。図6(c)及び図6(f)は、接合が終わり、組み立て工程後の磁性層の磁化の状態を例示している。
図7は、図3(c)のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図7に表したように、実施形態に係る別の圧力検知素子111のセンサ部40においては、膜体30の上に、第2電極20の第3部分20aが設けられ、第3部分20aの上に第2磁性層12が設けられ、第2磁性層12の上に非磁性層13が設けられ、非磁性層13の上に第1磁性層11が設けられ、第1磁性層11の上に、第1電極10の第2部分10bが設けられている。このように、この例では、第3部分20aは、第2部分10bと内側部30cとの間に配置される。この場合も、第1電極10の第1部分10aは、第1縁部30aの上に設けられ、第2電極20の第4部分20bは、第2縁部30bの上に設けられている。このような圧力検知素子111においても、実施形態に係る製造方法を適用できる。これにより、高感度の圧力検知素子が製造できる。
図8(a)に表したように、センサ部40を第1ステージ81の上に載せる。センサ部40の第1縁部30a及び第2縁部30bを保持する。このとき、内側部30cを撓ませて、センサ部40を保持する場合もある。例えば、保持する工程は、第1縁部30aと第2縁部30bとを保持しつつ内側部30cを減圧吸着して内側部30cを撓ませる。この例では、歪検知素子15の第1磁性層11の磁化の方向H1は、例えば、Z軸方向に向いている。この例では、歪検知素子15は、垂直磁化方式の素子である。この工程でセンサ部40が加熱される場合は、磁界印加部83により外部磁界H2をセンサ部40に印加する。外部磁界H2の方向は、第1磁性層11の磁化の方向H1に沿っている。
この例においては、バンプと熱硬化樹脂により接合が行われる。
図9(a)に表したように、センサ部40を第1ステージ81の上に載せる。センサ部40の第1縁部30a及び第2縁部30bを保持する。このとき、内側部30cを撓ませて、センサ部40を保持する場合もある。例えば、保持する工程は、第1縁部30aと第2縁部30bとを保持しつつ内側部30cを減圧吸着して内側部30cを撓ませる。この例では、歪検知素子15の第1磁性層11の磁化の方向H1は、例えば、Z軸方向に対して垂直な方向に向いている。
この例は、面内磁化方式の素子の場合であるが、垂直磁化方式の素子において、バンプと熱硬化樹脂により接合を行っても良い。この場合も、外部磁界H2は、第1磁性層11の磁化の方向H1に実質的に平行に設定され、その方向は、例えばZ軸方向である。
図10(a)及び図10(b)は、第1の実施形態に係る圧力検知素子の別の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
この例では、ワイヤボンディングを用いて接合が行われる。
図10(a)に表したように、センサ部40を第1ステージ81上に配置する。
この例では、第1ステージ81の上に実装基板50が配置される。その実装基板50の上にセンサ部40が配置される。この例では、第1磁性層11の磁化の方向H1は、X軸方向に沿っている。センサ部40は、例えば減圧吸着などにより保持され、例えばセンサ部40は、撓んでいる。
図11(a)に表したように、センサ部40を第1ステージ81上に配置する。
この例では、第1磁性層11の磁化の方向H1は、Z軸方向に沿っている。磁界印加部83による外部磁界H2は、Z軸方向(すなわち、第1磁性層11の磁化の方向H1)に沿っている。
図12は、第2の実施形態に係る圧力検知素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図13は、第2の実施形態に係る圧力検知素子の製造方法を例示する模式的断面図である。
図12及び図13に表したように、本実施形態に係る圧力検知素子の製造方法においては、センサ部40をステージ(例えば第1ステージ81)の上に配置する(ステップS210)。そして、電極パッドと、電極と、を接合する(ステップS220)。センサ部40の構成、実装基板50の工程は、第1の実施形態に関して説明したのと同様であるので、説明を省略する。
図14に表したように、この例では、センサ部40に、第1磁性層11の磁化の方向H1は、Z軸方向に沿っている。Z軸方向に沿う外部磁界H2を印加しつつ、接合を行う。この接合においても、加熱しつつ圧力を印加して第1電極パッド51と第1部分と第1導電性接着層63aを介して接合する。そして、加熱しつつ圧力を印加して第2電極パッド52と第4部分20bとを第1導電性接着層63bを介して接合する外部磁界H2を印加することで、第1磁性層11の磁化の方向が初期状態から変化することが抑制できる。
センサ部40は、例えば、極薄磁性膜の積層膜で形成されるスピンバルブ膜を含む。スピンバルブ膜の抵抗は、外部磁界により変化する。抵抗の変化量は、MR変化率である。MR現象は、種々の物理的効果に起因する。MR現象は、例えば、巨大磁気抵抗効果(GMR effect: Giant magnetoresistive effect)、または、トンネル磁気抵抗効果(TMR: Tunneling magnetoresistive effect)に基づく。
図15(a)は、素子部25の構成を例示している。図15(b)は、応力が印加されていないときの歪検知素子15の状態を例示している。図15(c)は、歪検知素子15が正の磁歪定数を有するときに引っ張り応力が印加されたときの歪検知素子15の状態を例示している。図15(d)は、歪検知素子15が負の磁歪定数を有するときに引っ張り応力が印加されたときの歪検知素子15の状態を例示している。
図16(a)は、素子部25の構成を例示している。図16(b)は、応力が印加されていないときの歪検知素子15の状態を例示している。図16(c)は、歪検知素子15が正の磁歪定数を有するときに引っ張り応力が印加されたときの歪検知素子15の状態を例示している。図16(d)は、歪検知素子15が負の磁歪定数を有するときに引っ張り応力が印加されたときの歪検知素子15の状態を例示している。
例えば、第1磁性層11が参照層である場合、第1磁性層11には、例えば、FeCo合金、CoFeB合金、または、NiFe合金等を用いることができる。第1磁性層11の厚さは、例えば、2nm(ナノメートル)以上6nm以下である。
例えば、第1磁性層11が参照層である場合、第1磁性層11には、例えばCoFe(2nm)/CoFeB(1nm)の積層構成を用いることができる。ピニング層によって、磁化の方向は膜面方向に固定される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (11)
- 膜体と、前記膜体上に設けられた素子部と、を含み、前記素子部は、第1部分と第2部分とを有する第1電極と、第3部分と第4部分とを有する第2電極と、前記第2部分と前記第3部分との間に設けられ第1方向の磁化を有する第1磁性層と、前記第1磁性層と前記第3部分との間に設けられた第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含み、前記膜体の歪みに応じて前記第1磁性層の磁化の方向と前記第2磁性層の磁化の方向との間の角度が変化するセンサ部と、基体と、前記基体上に設けられた第1電極パッドと、前記基体上に設けられ前記第1電極パッドと離間する第2電極パッドと、を含む実装基板と、を用意する工程と、
前記センサ部に前記第1方向に沿う外部磁界を印加しつつ、前記第1電極パッドと前記第1部分とを加熱しつつ接合し、前記第2電極パッドと前記第4部分とを加熱しつつ接合する工程と、
を備えた圧力検知素子の製造方法。 - 前記第1電極パッドと前記第1部分との接合は、前記第1電極パッドと前記第1部分との間に第1導電性接着層を挿入して、加熱しつつ前記第1電極パッドと前記第1部分とに圧力を印加して前記第1電極パッドと前記第1部分とを接合することを含み、
前記第2電極パッドと前記第4部分との接合は、前記第2電極パッドと前記第4部分との間に第2導電性接着層を挿入して、加熱しつつ前記第2電極パッドと前記第4部分とに圧力を印加して前記第2電極パッドと前記第4部分とを接合することを含む請求項1記載の圧力検知素子の製造方法。 - 前記第1電極パッドと前記第1部分との接合は、前記第1電極パッドと前記第1部分との間に第1導電部材と前記第1導電部材の周りに設けられた第1熱硬化樹脂層とを挿入して、加熱しつつ前記第1電極パッドと前記第1部分とに圧力を印加して前記第1電極パッドと前記第1部分とを接合することを含み、
前記第2電極パッドと前記第4部分との接合は、前記第2電極パッドと前記第4部分との間に第2導電部材と前記第2導電部材の周りに設けられた第2熱硬化樹脂層とを挿入して、加熱しつつ前記第2電極パッドと前記第4部分とに圧力を印加して前記第2電極パッドと前記第4部分とを接合することを含む請求項1記載の圧力検知素子の製造方法。 - 前記第1電極パッドと前記第1部分との接合は、前記第1電極パッドに第1配線部材を加熱して接合する工程と、前記第1部分に前記第1配線部材を加熱して接合する工程と、を含み、
前記第2電極パッドと前記第4部分との接合は、前記第2電極パッドに第2配線部材を加熱して接合する工程と、前記第4部分に前記第2配線部材を加熱して接合する工程と、を含む請求項1記載の圧力検知素子の製造方法。 - 前記外部磁界は、前記第1磁性層の飽和磁界よりも大きい請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧力検知素子の製造方法。
- 前記飽和磁界は、500エルステッド以上である請求項5記載の圧力検知素子の製造方法。
- 前記外部磁界は、前記第1磁性層の交換結合磁界以上である請求項1〜6のいずれか1つに記載の圧力検知素子の製造方法。
- 前記交換結合磁界は、3000エルステッド以上である請求項7記載の製造方法。
- 前記第1磁性層は、面内磁化膜である請求項1〜8のいずれか1つに記載の圧力検知素子の製造方法。
- 前記第1磁性層は、垂直磁化膜である請求項1〜8のいずれか1つに記載の圧力検知素子の製造方法。
- 前記膜体は、ポリマー材料を含む請求項1〜10のいずれか1つに記載の圧力検知素子の製造方法。
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