JP5593704B2 - 磁気検出素子、および、これを用いた回転角度検出装置ならびにストローク量検出装置 - Google Patents
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特に磁気検出素子が自動車用に用いられる場合、使用環境として−40℃〜150℃ほどの広い温度範囲を想定する必要があるため、一般の電子機器等に使用される場合に比べて、この検出誤差は無視できないほどのものとなる。
さらに、ダミーチップと金属層を含む4層の構成部品からなるため、部品点数が増え、コストがアップするという課題がある。
また、この磁気検出素子を用いることにより、圧電効果の影響を補償するための温度特性補正手段を必要としない回転角度検出装置ならびにストローク量検出装置を提供することを目的とする。
磁気検出素子は、(a)〜(d)の構成要素を含むことを特徴とする。ここで、「:」以下は、その構成要素を説明する。
(a)モールド樹脂層:第1チップ、第2チップ、及び、ダイリードを埋め込んで形成される。具体的には、第1チップ、第2チップ、及び、ダイリードがインサート樹脂成形される。
(b)ダイリード:厚さ方向の中心が基準平面に一致するように配置される。
(c−1)第1チップ:基準平面に対し一方の側でダイリードに搭載される。電源端子、出力端子、及び、グランド端子を有し、磁気を検出して電気信号を出力する。
(c−2)第2チップ:基準平面に対し面対称の位置に他方の側でダイリードに搭載される。電源端子、出力端子、及び、グランド端子を有し、磁気を検出して電気信号を出力する。
(d)複数のリード:基準平面上のダイリードの外側に配置される。第1チップおよび第2チップの電源端子、出力端子、及び、グランド端子に対応して電気的に接続される。導電性である。
この構成では、第1チップと第2チップとが電源端子およびグランド端子に対応するリードを共用するため、リード本数を削減できる。
請求項4に記載のストローク量検出装置は、直線移動体と一体に直線移動する磁石と、磁石が発生する磁界の変化を検出する請求項1または2に記載の磁気検出素子とを備え、直線移動体のストローク量を検出する。
以下の第1〜第9実施形態のうち、第3実施形態の磁気検出素子が「請求項1、2に係る発明を実施するための形態」に相当し、第5、第7実施形態の回転角度検出装置が「請求項3に係る発明を実施するための形態」に相当し、第9実施形態のストローク量検出装置が「請求項4に係る発明を実施するための形態」に相当する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の磁気検出素子11の厚さ方向の断面模式図であり、図2(a)のC−C断面図である。図2(a)は、図1のA矢視図であり、図2(b)は、図1のB矢視図である。
磁気検出素子11は、幅X、奥行Y、厚さZの直方体形状である。厚さZは、幅X、奥行Yよりも短い。厚さZ方向の中心を通る平面を「基準平面S」とする。基準平面Sは、厚さZ方向の一端面から(Z/2)だけ平行にオフセットした平面である。
ダイリード51は、厚さ方向の中心が基準平面Sに一致するように配置される。ダイリード51の上側には第1チップ201が、ダイリード51の下側には第2チップ202が搭載され、モールド樹脂層15に埋め込まれている。
第1チップ201、第2チップは、具体的には、ホール素子および増幅回路等を集積した半導体チップである。ホール素子は、または磁気抵抗素子であってもよい。
第1チップ201の電源端子31、出力端子32は、それぞれ、第1電源リード411、第1出力リード421にボンディングワイヤ55で結線されている。また、第2チップ202の電源端子31、出力端子32は、それぞれ、第2電源リード412、第2出力リード422にボンディングワイヤ55で結線されている。
図3は、本発明の第2実施形態の磁気検出素子11の厚さ方向の断面模式図であり、図4(a)のF−F断面図である。図4(a)は、図3のD矢視図であり、図4(b)は、図3のE矢視図である。
第1実施形態同様、磁気検出素子11は、幅X、奥行Y、厚さZの直方体形状である。厚さZは、幅X、奥行Yよりも短い。ダイリード52は、厚さ方向の中心が基準平面Sに一致するように配置される。ダイリード52の上側には第1チップ201が、ダイリード52の下側には第2チップ202が搭載され、モールド樹脂層15に埋め込まれている。
よって、第2実施形態でも、構成部品の熱膨張または熱収縮は、基準平面Sの上下で同等程度に生じ、磁気検出素子11全体として厚さZ方向の反りを抑制できる。よって、チップ201、202に印加される応力を低減でき、圧電効果によって生ずる出力変動に伴う検出誤差を低減できる。
また、すべてのリード、すなわち、第1電源リード411、第1出力リード421、第1グランドリード431、第2電源リード412、第2出力リード422、及び、第2グランドリード432は、ダイリード52と分離して基準平面S上に配置される。
第1チップ201の電源端子31、出力端子32、グランド端子33は、それぞれ、第1電源リード411、第1出力リード421、及び、第1グランドリード431にボンディングワイヤ55で結線されている。また、第2チップ202の電源端子31、出力端子32、グランド端子33は、それぞれ、第2電源リード412、第2出力リード422、及び、第2グランドリード432にボンディングワイヤ55で結線されている。
このように、第1チップ201と第2チップ202とは完全に独立して電気接続されるため、一方が故障しても他方に影響しない。すなわちフェール性に優れる。
図5(a)は、第2実施形態の磁気検出素子11を基板12に実装した状態を示す模式図である。下側に曲げられた各リードが基板12の表面にハンダ付けされて、磁気検出素子11が基板12に実装される。また、図5(b)は、第2実施形態の磁気検出素子11をターミナル13に溶接した状態を示す模式図である。ここで「溶接」とは電気溶接のことをいい、図中、リードとターミナルとの接合部の「*」印は溶接箇所を示す。これらのようにハンダ付けまたは溶接した場合、2つのチップ201、202が重なって装着されるため、実質的な素子実装面積を低減でき、搭載性が向上する。
図6は、本発明の第3実施形態の磁気検出素子11の厚さ方向の断面模式図であり、図7(a)のI−I断面図である。図7(a)は、図6のG矢視図であり、図7(b)は、図6のH矢視図である。
第1実施形態同様、磁気検出素子11は、幅X、奥行Y、厚さZの直方体形状である。厚さZは、幅X、奥行Yよりも短い。ダイリード52は、厚さ方向の中心が基準平面Sに一致するように配置される。ダイリード52の上側には第1チップ201が、ダイリード52の下側には第2チップ202が搭載され、モールド樹脂層15に埋め込まれている。
よって、第3実施形態でも、構成部品の熱膨張または熱収縮は、基準平面Sの上下で同等程度に生じ、磁気検出素子11全体として厚さZ方向の反りを抑制できる。よって、チップ201、202に印加される応力を低減でき、圧電効果によって生ずる出力変動に伴う検出誤差を低減できる。
また、第2実施形態同様、第1チップ201および第2チップ202は、ダイリード52と接触面では通電せず、すべてのリードは、ダイリード52と分離して基準平面S上に配置される。
なお出力端子については、第2実施形態同様、第1チップ201の出力端子32は第1出力リード421に、第2チップ202の出力端子32は第2出力リード422に、それぞれ、ボンディングワイヤ55で結線されている。
このように、第1チップ201と第2チップ202とがリードを一部共用するため、リード本数を削減できる。
図8(a)は、第3実施形態の磁気検出素子11をスルーホールタイプとして基板12に装着した状態を示す模式図である。各リードが基板12の穴を通り、根元をハンダ付けされて、磁気検出素子11を立てた形態で基板12に装着される。また、図8(b)は、第3実施形態の磁気検出素子11をターミナル13に溶接した状態を示す模式図である。図5(b)と同様、リードとターミナルとの接合部の「*」印は溶接箇所を示す。これらのようにハンダ付けまたは溶接した場合も素子実装面積を低減でき、搭載性が向上する。
ここで、チップがリードの片側に配置されたパッケージを比較例として説明する。
図9(a)は、常温時の磁気検出素子61の厚さ方向の断面図である。チップ62はリード63に装着され、モールド樹脂層65に埋め込まれてパッケージとなっている。リード63の長さはL0である。なお、ワイヤボンディングの図示は省略されている。
チップ62の主材質はシリコン(Si)、リード63の材質は銅(Cu)、モールド樹脂層65の材質はエポキシ樹脂である。それらの材質の熱膨張係数は下記のようである。
Si: 4.5×10-6(1/K)
Cu: 18 ×10-6(1/K)
エポキシ樹脂: 9 ×10-6(1/K)
このようにチップ62に応力が印加されると、圧電効果(ピエゾ効果)により、印加応力に比例した出力変動が発生するため、検出誤差が生じる。
図10(a)は、本発明の第2実施形態の磁気検出素子を使用した第4実施形態の回転角度検出装置の平面図であり、図10(b)は、図10(a)のJ−J断面図である。第2実施形態の代わりに第1実施形態の磁気検出素子を使用した場合も同様に示される。
図11(a)は、本発明の第3実施形態の磁気検出素子を使用した第5実施形態の回転角度検出装置の平面図であり、図11(b)は、図11(a)のK−K断面図である。
それに対し、本発明の磁気検出素子11は熱応力が低減でき、圧電効果によって生ずる出力変動を低減できるため、これを使用した回転角度検出装置90では、温度特性補正手段を用いる必要がなくなる。したがって複雑な補正回路や補正のための工数をなくすることができる。
図12(a)は、本発明の第2実施形態の磁気検出素子を使用した第6実施形態の回転角度検出装置の平面図であり、図12(b)は、図12(a)のL−L断面図である。第2実施形態の代わりに第1実施形態の磁気検出素子を使用した場合も同様に示される。
図13(a)は、本発明の第3実施形態の磁気検出素子を使用した第7実施形態の回転角度検出装置の平面図であり、図13(b)は、図13(a)のM−M断面図である。
回転角度検出装置95において、永久磁石96は、磁気検出素子11の直上に配置され図12(a)または図13(a)の紙面と平行な平面内で、図示しないリンク手段によって検出対象である回転体とともに回転する。磁気検出素子11は、永久磁石96の磁界の変化を検出することにより、回転体の回転角度を検出する。
この場合も、第4、第5実施形態と同様の効果を得ることができる。
図14(a)は、本発明の第2実施形態の磁気検出素子を使用した第8実施形態のストローク量検出装置の平面図であり、図14(b)は、図14(a)のP−P断面図である。第2実施形態の代わりに第1実施形態の磁気検出素子を使用した場合も同様に示される。
図15(a)は、本発明の第3実施形態の磁気検出素子を使用した第9実施形態のストローク量検出装置の平面図であり、図15(b)は、図15(a)のQ−Q断面図である。
例えば、磁気検出素子11の形状は直方体に限定されず、基準平面に対称な形状であればよい。
Claims (4)
- 温度差100℃以上の使用環境で使用され、温度変化に伴って応力が変化したとき、圧電効果により出力変動が発生する磁気検出素子であって、
第1チップ、第2チップ、及び、ダイリードがインサート樹脂成形され、
磁気検出素子が熱膨張または熱収縮するとき歪みの生じにくい中央面を基準平面として有し、
前記第1チップ、前記第2チップ、及び、前記ダイリードを埋め込んで形成されるモールド樹脂層と、
前記基準平面に厚さ方向の中心が一致するように配置される板状のダイリードと、
前記基準平面に対し一方の側で前記ダイリードに搭載され、電源端子、出力端子、及び、グランド端子を有し、磁気を検出して電気信号を出力する第1チップと、
前記基準平面に対し面対称の位置に他方の側で前記ダイリードに搭載され、電源端子、出力端子、及び、グランド端子を有し、磁気を検出して電気信号を出力する第2チップと、
前記基準平面上の前記ダイリードの外側に配置され、前記第1チップおよび前記第2チップの電源端子、出力端子、及び、グランド端子に対応して電気的に接続される導電性の複数のリードと、
を備え、
前記複数のリードは、いずれも前記ダイリードと分離して形成され、
前記第1チップおよび前記第2チップの電源端子、出力端子、及び、グランド端子と、当該各端子に対応する前記リードとは、いずれもワイヤボンディングにより電気的に接続されており、
前記第1チップの電源端子および前記第2チップの電源端子は、当該電源端子に対応する前記リードを共用し、且つ、前記第1チップのグランド端子および前記第2チップのグランド端子は、当該グランド端子に対応する前記リードを共用することを特徴とする磁気検出素子。 - 前記複数のリードは、前記第1チップおよび前記第2チップに対して一方の側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出素子。
- 回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
その回転体と一体に回転する磁石と、
前記磁石が発生する磁界の変化を検出する請求項1または2に記載の磁気検出素子と、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。 - 直線移動体のストローク量を検出するストローク量検出装置であって、
その直線移動体と一体に直線移動する磁石と、
前記磁石が発生する磁界の変化を検出する請求項1または2に記載の磁気検出素子と、
を備えることを特徴とするストローク量検出装置。
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