JP6369527B2

JP6369527B2 - Sensor unit

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Publication number: JP6369527B2
Application number: JP2016241461A
Authority: JP
Inventors: 上田　国博; 国博上田; 善光和田; 啓平林; 和真山脇; 剛梅原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: JP2018096840A

Description

本発明は、基体に複数のセンサが配置されてなるセンサユニットに関する。 The present invention relates to a sensor unit in which a plurality of sensors are arranged on a base.

一般に、基体上に複数のセンサおよび集積回路などが設けられたセンサユニット（センサパッケージ）が知られている（例えば特許文献１参照）。このようなセンサパッケージとしては、例えば車軸などの回転体の回転動作を検出する角度検出センサが提案されている（例えば特許文献２参照）。 In general, a sensor unit (sensor package) in which a plurality of sensors, an integrated circuit, and the like are provided on a substrate is known (see, for example, Patent Document 1). As such a sensor package, for example, an angle detection sensor that detects a rotational operation of a rotating body such as an axle has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開２００９−６３３８５号公報JP 2009-63385 A 特開２００６−２０８２５５号公報JP 2006-208255 A

ところで、最近、このようなセンサユニットの微小化と検出精度の向上とが強く求められるようになっている。 Recently, there is a strong demand for miniaturization of sensor units and improvement of detection accuracy.

しかしながら、寸法の縮小化が進むにつれ、環境温度変化や集積回路の発熱等による基体の歪みに起因する応力が各センサに印加され、結果として各センサの出力へ悪影響が生じるおそれがある。 However, as dimensions are further reduced, stress due to substrate distortion due to environmental temperature changes, heat generation of integrated circuits, and the like is applied to each sensor, and as a result, the output of each sensor may be adversely affected.

したがって、熱応力等に起因する検出精度の低下の少ない、信頼性に優れたセンサユニットを提供することが望まれる。 Therefore, it is desired to provide a sensor unit with excellent reliability with little reduction in detection accuracy due to thermal stress or the like.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットは、センサ領域を含む基体と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のセンサとを備える。センサ領域は、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ未満であって実質的に矩形の平面形状を有する。ｎ個のセンサは、センサ領域において第２の方向に沿って一列に配列されると共に実質的に矩形の平面形状を各々有する。 The sensor unit as one embodiment of the present invention includes a base including a sensor region and n (n is an integer of 2 or more) sensors. The sensor region has a substantially rectangular planar shape in which the ratio of the dimension in the second direction to the dimension in the first direction is less than n. The n sensors are arranged in a line along the second direction in the sensor region and each have a substantially rectangular planar shape.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサが、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ未満の、実質的に矩形の平面形状を有するセンサ領域において第２の方向へ一列に配列される。このため、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ以上であるセンサ領域にｎ個のセンサを設置した場合と比較して、ｎ個のセンサの全てが、基体の歪みが比較的小さい位置に設置される。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, n sensors have a substantially rectangular planar shape in which a ratio of a dimension in the second direction to a dimension in the first direction is less than n. Arranged in a row in the second direction. For this reason, as compared with the case where n sensors are installed in the sensor region in which the ratio of the dimension in the second direction to the dimension in the first direction is n or more, all of the n sensors are strained on the substrate. Is installed at a relatively small position.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサはそれぞれ第１の方向に沿った第１のセンサ寸法と第２の方向に沿った第２のセンサ寸法とを有し、第１のセンサ寸法が第２のセンサ寸法よりも大きいとよい。その場合、ｎ個のセンサが配列されるセンサ領域は、より正方形に近い平面形状となるので好ましい。また、ｎ個のセンサが実質的に等間隔で配列されているとよい。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, each of the n sensors has a first sensor dimension along a first direction and a second sensor dimension along a second direction, It is preferable that the sensor dimension is larger than the second sensor dimension. In that case, the sensor region in which n sensors are arranged is preferable because it has a planar shape closer to a square. Further, it is preferable that n sensors are arranged at substantially equal intervals.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサは、全て、実質的に同一の平面形状および実質的に同一の占有面積を有するとよい。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, all the n sensors may have substantially the same planar shape and substantially the same occupied area.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、第２の方向における基体の中心位置と、第２の方向におけるセンサ領域の中心位置とが実質的に一致しているとよい。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, it is preferable that the center position of the base body in the second direction and the center position of the sensor region in the second direction substantially coincide.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサは、全て実質的に同一の構造を有していてもよい。例えば、ｎ個のセンサは、磁気抵抗効果素子を含むものであってもよい。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, the n sensors may have substantially the same structure. For example, the n sensors may include magnetoresistive elements.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、基体は、第１の方向に沿った第１の基体寸法と、第２の方向に沿った、第１の基体寸法と実質的に等しい第２の基体寸法とを有するものでもよい。 In the sensor unit according to an embodiment of the present invention, the base has a first base dimension along the first direction and a second base substantially equal to the first base dimension along the second direction. It may have a substrate size.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、基体は、基板と、その基板に積層された回路チップとを有し、基板の中心位置は前記回路チップの中心位置と一致しているとよい。 In the sensor unit as one embodiment of the present invention, the base body includes a substrate and a circuit chip stacked on the substrate, and the center position of the substrate may coincide with the center position of the circuit chip.

本発明の一実施態様としてのセンサユニットによれば、基体の歪みに伴ってｎ個のセンサに印加される応力が緩和されるので、ｎ個のセンサの出力を安定させることができる。したがって、高い信頼性を有するセンサユニットを実現することができる。 According to the sensor unit as one embodiment of the present invention, the stress applied to the n sensors in accordance with the distortion of the substrate is relieved, so that the outputs of the n sensors can be stabilized. Therefore, a highly reliable sensor unit can be realized.

本発明の第１の実施の形態としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole sensor unit composition as a 1st embodiment of the present invention. 図１に示したセンサユニットの断面構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the cross-sectional structure of the sensor unit shown in FIG. 図１に示したセンサユニットの回路図である。It is a circuit diagram of the sensor unit shown in FIG. 図１に示したセンサの構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the sensor shown in FIG. 図１に示したセンサの出力変化を模式的に表す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram schematically illustrating output changes of the sensor illustrated in FIG. 1. 図３に示した磁気抵抗効果素子の要部構成を模式的に表す分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view schematically showing a main configuration of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 3. 第１の実施の形態の第１の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 1st modification of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の第２の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 2nd modification of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の第３の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole sensor unit composition as the 3rd modification of a 1st embodiment. 本発明の第２の実施の形態としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as the 2nd Embodiment of this invention. 第２の実施の形態の第１の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole sensor unit composition as the 1st modification of a 2nd embodiment. 実験例におけるセンサの特性値を表す特性図である。It is a characteristic view showing the characteristic value of the sensor in an example of an experiment. 第１の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 1st reference example. 第２の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 2nd reference example. 第３の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 3rd reference example. 第４の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 4th reference example. 第５の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 5th reference example. 第６の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。It is a top view showing the whole structure of the sensor unit as a 6th reference example.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態およびその変形例
基体の中心位置とＩＣチップの中心位置とが一致するようにしたセンサユニットの例。
２．第２の実施の形態およびその変形例
基体の中心位置とＩＣチップの中心位置とが異なるようにしたセンサユニットの例。
３．実験例
４．その他の変形例 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First Embodiment and Modifications An example of a sensor unit in which the center position of a base body and the center position of an IC chip coincide with each other.
2. 2nd Embodiment and its modification The example of the sensor unit which made the center position of a base | substrate differ from the center position of an IC chip.
3. Experimental Example 4 Other variations

＜１．第１の実施の形態＞
［センサユニット１Ａの構成］
最初に、図１から図３を参照して、本発明における第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａの構成について説明する。図１は、センサユニット１Ａの全体構成例を表す平面図である。図２は、センサユニット１Ａの、図１に示した第１の軸Ｊ１に沿った断面を表すものである。図３は、センサユニット１Ａの概略構成を表す回路図である。このセンサユニット１Ａは、例えば回転体の回転角の検出に用いられる角度検出センサとして用いられるものである。 <1. First Embodiment>
[Configuration of Sensor Unit 1A]
First, the configuration of the sensor unit 1A as the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view illustrating an overall configuration example of the sensor unit 1A. FIG. 2 shows a cross section of the sensor unit 1A along the first axis J1 shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the sensor unit 1A. This sensor unit 1A is used as an angle detection sensor used for detecting the rotation angle of a rotating body, for example.

センサユニット１Ａは、基板１０と、その基板１０に積層された集積回路（ＩＣ）チップ２０と、ＩＣチップ２０に積層されたセンサ群３０Ａとを備えたものである。なお、基板１０およびＩＣチップ２０を合わせたものが本発明の「基体」に対応する一具体例である。 The sensor unit 1 A includes a substrate 10, an integrated circuit (IC) chip 20 stacked on the substrate 10, and a sensor group 30 A stacked on the IC chip 20. A combination of the substrate 10 and the IC chip 20 is one specific example corresponding to the “base” of the present invention.

基板１０は、互いに実質的に直交する第１の辺１１および第２の辺１２を含む、実質的に矩形の平面形状を有するものである。ここで、第１の辺１１の長さと第２の辺１２の長さとが実質的に等しく、基板１０の平面形状は実質的に正方形となっているとよい。実質的に、とは、例えば製造誤差等に起因する程度のずれを許容する意味である。なお本明細書では、第１の辺１１が延伸する方向をＸ軸方向とし、第２の辺１２が延伸する方向をＹ軸方向とし、基板１０の厚さ方向（図１の紙面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。さらに図１では、基板１０の中心位置、すなわち基板１０の、Ｘ軸方向における中心位置を通る第２の軸Ｊ２とＹ軸方向における中心位置を通る第１の軸Ｊ１との交点に、符号１０Ｊを付している。 The substrate 10 has a substantially rectangular planar shape including a first side 11 and a second side 12 that are substantially orthogonal to each other. Here, it is preferable that the length of the first side 11 and the length of the second side 12 are substantially equal, and the planar shape of the substrate 10 is substantially square. “Substantially” means that a deviation of a degree caused by, for example, a manufacturing error is allowed. In this specification, the direction in which the first side 11 extends is the X-axis direction, the direction in which the second side 12 extends is the Y-axis direction, and the thickness direction of the substrate 10 (with respect to the paper surface of FIG. 1). A vertical direction is defined as a Z-axis direction, and in Fig. 1, a second axis J2 passing through the center position of the substrate 10, that is, the center position of the substrate 10 in the X-axis direction and the first position passing through the center position in the Y-axis direction. 10J is attached to the intersection with the axis J1.

ＩＣチップ２０は、矩形の平面形状を有すると共に基板１０よりも小さな占有面積を有する。センサユニット１Ａでは、ＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊ、すなわちＩＣチップ２０の、Ｘ軸方向における中心位置とＹ軸方向における中心位置との交点は、基板１０の中心位置１０Ｊと実質的に一致している。なお、中心位置２０Ｊと中心位置１０Ｊとが一致する、とは、製造誤差等に起因する±３０μｍ程度の範囲のずれを許容するものである。また、ＩＣチップ２０は、演算回路２１（図３参照）を含んでいる。 The IC chip 20 has a rectangular planar shape and an occupied area smaller than that of the substrate 10. In the sensor unit 1A, the center position 20J of the IC chip 20, that is, the intersection of the center position in the X-axis direction and the center position in the Y-axis direction of the IC chip 20 substantially coincides with the center position 10J of the substrate 10. Yes. Note that the fact that the center position 20J and the center position 10J coincide with each other allows a deviation in a range of about ± 30 μm due to a manufacturing error or the like. The IC chip 20 includes an arithmetic circuit 21 (see FIG. 3).

センサ群３０Ａは、例えば中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を通るＸ軸に平行な第１の軸Ｊ１上に並ぶｎ個（ｎは２以上の整数）のセンサ（本実施の形態では３個のセンサ３１〜３３）を有する。基板１０上の、センサ３１〜３３が配列されたセンサ領域Ｒ３０Ａは、Ｘ軸方向において寸法Ｘ３０Ａを有すると共にＹ軸方向において寸法Ｙ３０Ａを有し、ＩＣチップ２０よりも小さな占有面積を有する。ここで、寸法Ｙ３０Ａに対する寸法Ｘ３０Ａの比、すなわちアスペクト比はｎ（ここでは３）未満である。なお、このアスペクト比は１に近いほど好ましく、実質的に１であることが最も好ましい。また、Ｙ軸方向における基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１と、Ｙ軸方向におけるセンサ領域Ｒ３０Ａの中心位置を通る軸Ｊ３０Ｘとが実質的に一致している。 The sensor group 30A includes, for example, n sensors (n is an integer of 2 or more) arranged on a first axis J1 passing through the center position 10J (20J) and parallel to the X axis (in this embodiment, three sensors 31). To 33). A sensor region R30A in which the sensors 31 to 33 are arranged on the substrate 10 has a dimension X30A in the X-axis direction and a dimension Y30A in the Y-axis direction, and has an occupied area smaller than that of the IC chip 20. Here, the ratio of the dimension X30A to the dimension Y30A, that is, the aspect ratio is less than n (here, 3). The aspect ratio is preferably closer to 1, and most preferably substantially 1. Further, the first axis J1 passing through the center position 10J of the substrate 10 in the Y-axis direction and the axis J30X passing through the center position of the sensor region R30A in the Y-axis direction substantially coincide with each other.

各センサ３１〜３３の平面形状は矩形であり、ＩＣチップ２０の寸法よりも小さな寸法を有する。各センサ３１〜３３の平面形状は、Ｘ軸方向に沿った寸法よりもＹ軸方向に沿った寸法が大きい。特に、センサ３１〜３３は、全て、実質的に同一の平面形状および実質的に同一の占有面積を有するとよい。各センサ３１〜３３は、例えば実質的に同一の構造を有する磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を含むものである。第１の軸Ｊ１上において、センサ３１とセンサ３２との距離Ｄ３１２は、センサ３２とセンサ３３との距離Ｄ３２３と実質的に等しいことが望ましい。すなわち、ｎ個のセンサは、実質的に等間隔で配列されていることが望ましい。したがって、センサ３１とセンサ３３とは、中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）に設けられた中心位置センサであるセンサ３２を中心として線対称および点対称をなすように設けられている。 The planar shape of each sensor 31 to 33 is rectangular, and has a size smaller than the size of the IC chip 20. The planar shape of each sensor 31 to 33 has a dimension along the Y-axis direction larger than a dimension along the X-axis direction. In particular, all of the sensors 31 to 33 may have substantially the same planar shape and substantially the same occupied area. Each of the sensors 31 to 33 includes, for example, a magnetoresistive (MR) element having substantially the same structure. On the first axis J1, it is desirable that the distance D312 between the sensor 31 and the sensor 32 is substantially equal to the distance D323 between the sensor 32 and the sensor 33. That is, it is desirable that the n sensors are arranged at substantially equal intervals. Therefore, the sensor 31 and the sensor 33 are provided so as to be line-symmetric and point-symmetric with respect to the sensor 32 which is a center position sensor provided at the center position 10J (20J).

センサ３１〜３３は、それぞれ、検出対象である外部磁場の変化（回転）に対して互いに例えば９０°位相の異なる信号を出力する２つのセンサ部を有している。具体的には、図３および図４に示したように、例えば磁気センサ部４１と磁気センサ部４２とを有している。なお、図４は、センサ３１〜３３の構成を表す斜視図である。磁気センサ部４１は、外部磁場Ｈの変化（回転）を検知して差分信号Ｓ１を演算回路２１へ出力する（図３）。同様に、磁気センサ部４２は、外部磁場Ｈの変化（回転）を検知して差分信号Ｓ２を演算回路２１へ出力する（図３）。但し、差分信号Ｓ１の位相と差分信号Ｓ２の位相とは互いに９０°異なっている。例えば図５に示したように、外部磁場Ｈの回転角θに対し、差分信号Ｓ１がｓｉｎθに従う出力（例えば抵抗値）の変化を表すものであるとき、差分信号Ｓ２はｃｏｓθに従う出力（例えば抵抗値）の変化を表すものである。図５は、外部磁場Ｈの回転角θに対する出力の変化を模式的に表す特性図である。 Each of the sensors 31 to 33 has two sensor units that output signals having a phase difference of, for example, 90 ° with respect to a change (rotation) of the external magnetic field that is a detection target. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, for example, the magnetic sensor unit 41 and the magnetic sensor unit 42 are provided. FIG. 4 is a perspective view illustrating the configuration of the sensors 31 to 33. The magnetic sensor unit 41 detects a change (rotation) of the external magnetic field H and outputs a difference signal S1 to the arithmetic circuit 21 (FIG. 3). Similarly, the magnetic sensor unit 42 detects a change (rotation) of the external magnetic field H and outputs a difference signal S2 to the arithmetic circuit 21 (FIG. 3). However, the phase of the difference signal S1 and the phase of the difference signal S2 are different from each other by 90 °. For example, as shown in FIG. 5, when the difference signal S1 represents a change in output (for example, resistance value) according to sin θ with respect to the rotation angle θ of the external magnetic field H, the difference signal S2 is output (for example, resistance) according to cos θ. Value). FIG. 5 is a characteristic diagram schematically showing a change in output with respect to the rotation angle θ of the external magnetic field H.

磁気センサ部４１は、図３に示したように、４つの磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子４１Ａ〜４１Ｄがブリッジ接続されたブリッジ回路４１１と、差分検出器４１２とを含んでいる。同様に、磁気センサ部４２は、４つのＭＲ素子４２Ａ〜４２Ｄがブリッジ接続されたブリッジ回路４２１と、差分検出器４２２とを含んでいる。ブリッジ回路４１１は、ＭＲ素子４１ＡおよびＭＲ素子４１Ｂの一端同士が接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子４１ＣおよびＭＲ素子４１Ｄの一端同士が接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子４１Ａの他端とＭＲ素子４１Ｄの他端とが接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子４１Ｂの他端とＭＲ素子４１Ｃの他端とが接続点Ｐ４において接続されている。ここで、接続点Ｐ３は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ４は接地されている。接続点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ差分検出器４１２の入力側端子と接続されている。この差分検出器４１２は、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差（ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ１として演算回路２１へ向けて出力するものである。 As shown in FIG. 3, the magnetic sensor unit 41 includes a bridge circuit 411 in which four magnetoresistive effect (MR) elements 41 A to 41 D are bridge-connected, and a difference detector 412. . Similarly, the magnetic sensor unit 42 includes a bridge circuit 421 in which four MR elements 42 A to 42 D are bridge-connected, and a difference detector 422. In the bridge circuit 411, one ends of the MR element 41A and the MR element 41B are connected at the connection point P1, one ends of the MR element 41C and the MR element 41D are connected at the connection point P2, and the other end of the MR element 41A and the MR element are connected. The other end of 41D is connected at connection point P3, and the other end of MR element 41B and the other end of MR element 41C are connected at connection point P4. Here, the connection point P3 is connected to the power source Vcc, and the connection point P4 is grounded. The connection points P1 and P2 are connected to the input side terminals of the difference detector 412 respectively. The difference detector 412 is configured to detect a potential difference between the connection point P1 and the connection point P2 when a voltage is applied between the connection point P3 and the connection point P4 (the voltage drop generated in each of the MR elements 41A and 41D). Difference) is detected and output to the arithmetic circuit 21 as a difference signal S1.

同様に、ブリッジ回路４２１は、ＭＲ素子４２ＡおよびＭＲ素子４２Ｂの一端同士が接続点Ｐ５において接続され、ＭＲ素子４２ＣおよびＭＲ素子４２Ｄの一端同士が接続点Ｐ６において接続され、ＭＲ素子４２Ａの他端とＭＲ素子４２Ｄの他端とが接続点Ｐ７において接続され、ＭＲ素子４２Ｂの他端とＭＲ素子４２Ｃの他端とが接続点Ｐ８において接続されている。ここで、接続点Ｐ７は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ８は接地されている。接続点Ｐ５，Ｐ６は、それぞれ差分検出器４２２の入力側端子と接続されている。この差分検出器４２２は、接続点Ｐ７と接続点Ｐ８との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差（ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ２として演算回路２１へ向けて出力するものである。なお、図３において符号ＪＳＳ１を付した矢印は、ＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄの各々における磁化固着層ＳＳ１（後出）の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの各抵抗値は、外部磁場Ｈの変化に応じて互いに同じ向きに変化（増加もしくは減少）し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの各抵抗値は、いずれも、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃとは反対向きに変化（減少もしくは増加）することを表している。また、ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃの各抵抗値の変化は、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄの各抵抗値の変化に対して位相が９０°ずれている。ＭＲ素子４２Ｂ，４２Ｄの各抵抗値は、いずれも、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃとは反対向きに変化する。したがって例えば、外部磁場Ｈがθの方向に回転する（図４）と、ある角度範囲ではＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃでは抵抗値が増大し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄでは抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。その際、ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの抵抗値の変化に例えば９０°だけ遅れて（あるいは進んで）変化し、ＭＲ素子４２Ｂ，４２Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの抵抗値の変化に９０°だけ遅れて（あるいは進んで）変化することとなる。 Similarly, in the bridge circuit 421, one ends of the MR element 42A and the MR element 42B are connected at the connection point P5, one ends of the MR element 42C and the MR element 42D are connected at the connection point P6, and the other end of the MR element 42A. And the other end of the MR element 42D are connected at a connection point P7, and the other end of the MR element 42B and the other end of the MR element 42C are connected at a connection point P8. Here, the connection point P7 is connected to the power source Vcc, and the connection point P8 is grounded. The connection points P5 and P6 are connected to the input side terminals of the difference detector 422, respectively. The difference detector 422 is configured to detect a potential difference between the connection point P5 and the connection point P6 when a voltage is applied between the connection point P7 and the connection point P8 (the voltage drop generated in each of the MR elements 42A and 42D). Difference) is detected and output to the arithmetic circuit 21 as a difference signal S2. In FIG. 3, an arrow with a symbol JSS1 schematically represents the magnetization direction of the magnetization pinned layer SS1 (described later) in each of the MR elements 41A to 41D and 42A to 42D. That is, the resistance values of the MR elements 41A and 41C change (increase or decrease) in the same direction according to the change of the external magnetic field H, and the resistance values of the MR elements 41B and 41D are both external magnetic field H. It shows that the MR elements 41A and 41C change (decrease or increase) in the opposite direction in accordance with the change of. Further, the changes in the resistance values of the MR elements 42A and 42C are 90 ° out of phase with the changes in the resistance values of the MR elements 41A to 41D in accordance with the change in the external magnetic field H. Each of the resistance values of the MR elements 42B and 42D changes in the opposite direction to the MR elements 42A and 42C according to the change of the external magnetic field H. Therefore, for example, when the external magnetic field H rotates in the direction of θ (FIG. 4), the MR elements 41A and 41C increase in resistance and the MR elements 41B and 41D decrease in resistance in a certain angle range. There is a relationship. At that time, the resistance values of the MR elements 42A and 42C change with a delay (or advance) of, for example, 90 ° with respect to the change of the resistance values of the MR elements 41A and 41C, and the resistance values of the MR elements 42B and 42D The change of the resistance values of 41B and 41D is delayed (or advanced) by 90 °.

各ＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄは、例えば図６に示したように磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしている。具体的には、一定方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有する磁化固着層ＳＳ１と、特定の磁化方向を発現しない中間層ＳＳ２と、外部磁場Ｈの磁束密度に応じて変化する磁化ＪＳＳ３を有する磁化自由層ＳＳ３とが順にＺ軸方向に積層されてなるものである。磁化固着層ＳＳ１、中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３は、いずれもＸＹ面内に広がる薄膜である。したがって、磁化自由層ＳＳ３の磁化ＪＳＳ３の向きは、ＸＹ面内において回転可能となっている。なお、図６は、外部磁場Ｈが磁化ＪＳＳ３の向きに付与されている負荷状態を示している。また、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃにおける磁化固着層ＳＳ１は、例えば＋Ｘ方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄにおける磁化固着層ＳＳ１は、−Ｘ方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有する。なお、磁化固着層ＳＳ１，中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。また、磁化固着層ＳＳ１，中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３が、上記とは逆の順番に積層されていてもよい。 Each of the MR elements 41A to 41D and 42A to 42D has a spin valve structure in which a plurality of functional films including a magnetic layer are stacked as shown in FIG. 6, for example. Specifically, a magnetization free layer having a magnetization pinned layer SS1 having a magnetization JSS1 pinned in a certain direction, an intermediate layer SS2 not expressing a specific magnetization direction, and a magnetization JSS3 changing according to the magnetic flux density of the external magnetic field H The layer SS3 is sequentially laminated in the Z-axis direction. The magnetization pinned layer SS1, the intermediate layer SS2, and the magnetization free layer SS3 are all thin films extending in the XY plane. Therefore, the direction of the magnetization JSS3 of the magnetization free layer SS3 can be rotated in the XY plane. FIG. 6 shows a load state in which the external magnetic field H is applied in the direction of the magnetization JSS3. Further, the magnetization pinned layer SS1 in the MR elements 41A and 41C has a magnetization JSS1 pinned in the + X direction, for example, and the magnetization pinned layer SS1 in the MR elements 41B and 41D has a magnetization JSS1 pinned in the −X direction. . Note that each of the magnetization pinned layer SS1, the intermediate layer SS2, and the magnetization free layer SS3 may have a single-layer structure or a multilayer structure including a plurality of layers. Further, the magnetization pinned layer SS1, the intermediate layer SS2, and the magnetization free layer SS3 may be laminated in the reverse order.

磁化固着層ＳＳ１は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。なお、磁化固着層ＳＳ１と隣接するように、中間層ＳＳ２と反対側に反強磁性層（図示せず）を設けるようにしてもよい。そのような反強磁性層は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層は、例えば磁気センサ部４１においては、＋Ｘ方向のスピン磁気モーメントと−Ｘ方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接する磁化固着層ＳＳ１の磁化ＪＳＳ１の向きを、＋Ｘ方向へ固定するように作用する。 The magnetization pinned layer SS1 is made of a ferromagnetic material such as cobalt (Co), a cobalt iron alloy (CoFe), or a cobalt iron boron alloy (CoFeB). An antiferromagnetic layer (not shown) may be provided on the opposite side of the intermediate layer SS2 so as to be adjacent to the magnetization pinned layer SS1. Such an antiferromagnetic layer is composed of an antiferromagnetic material such as a platinum manganese alloy (PtMn) or an iridium manganese alloy (IrMn). For example, in the magnetic sensor unit 41, the antiferromagnetic layer is in a state where the spin magnetic moment in the + X direction and the spin magnetic moment in the -X direction completely cancel each other, and the direction of the magnetization JSS1 of the adjacent magnetization pinned layer SS1 Is fixed in the + X direction.

スピンバルブ構造が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）膜として機能するものである場合、中間層ＳＳ２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層ＳＳ２を構成することも可能である。なお中間層ＳＳ２は、例えばルテニウム（Ｒｕ）や金（Ａｕ）などの白金族元素や銅（Ｃｕ）などの非磁性金属により構成されていてもよい。その場合、スピンバルブ構造は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）膜として機能する。 When the spin valve structure functions as a magnetic tunnel junction (MTJ: Magnetic Tunnel Junction) film, the intermediate layer SS2 is a nonmagnetic tunnel barrier layer made of, for example, magnesium oxide (MgO), and is a tunnel based on quantum mechanics. It is thin enough to allow current to pass through. The tunnel barrier layer made of MgO is obtained, for example, by sputtering using a target made of MgO, oxidation treatment of a magnesium (Mg) thin film, or reactive sputtering treatment of sputtering magnesium in an oxygen atmosphere. . Further, in addition to MgO, the intermediate layer SS2 can be configured using oxides or nitrides of aluminum (Al), tantalum (Ta), and hafnium (Hf). The intermediate layer SS2 may be made of, for example, a platinum group element such as ruthenium (Ru) or gold (Au) or a nonmagnetic metal such as copper (Cu). In that case, the spin valve structure functions as a giant magnetoresistive (GMR) film.

磁化自由層ＳＳ３は軟質強磁性層であり、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などによって構成される。 The magnetization free layer SS3 is a soft ferromagnetic layer and is made of, for example, a cobalt iron alloy (CoFe), a nickel iron alloy (NiFe), a cobalt iron boron alloy (CoFeB), or the like.

ブリッジ回路４１１を構成するＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ３において分流された電流Ｉ１もしくは電流Ｉ２が供給される。ブリッジ回路４１１の接続点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ取り出された信号ｅ１，ｅ２が差分検出器４１２に流入する。ここで、信号ｅ１は例えば磁化ＪＳＳ１と磁化ＪＳＳ３とのなす角度をγとしたときＡｃｏｓ（＋γ）＋Ｂ（Ａ，Ｂはいずれも定数）に従って変化する出力変化を表し、信号ｅ２はＡｃｏｓ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。 The MR elements 41A to 41D constituting the bridge circuit 411 are supplied with the current I1 or the current I2 obtained by dividing the current I10 from the power supply Vcc at the connection point P3. Signals e1 and e2 extracted from the connection points P1 and P2 of the bridge circuit 411 flow into the difference detector 412, respectively. Here, for example, the signal e1 represents an output change that changes according to Acos (+ γ) + B (A and B are constants) when the angle between the magnetization JSS1 and the magnetization JSS3 is γ, and the signal e2 is Acos (γ− 180 °) represents an output change that changes according to + B.

一方、ブリッジ回路４２１を構成するＭＲ素子４２Ａ〜４２Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ７において分流された電流Ｉ３もしくは電流Ｉ４が供給される。ブリッジ回路４２１の接続点Ｐ５，Ｐ６からそれぞれ取り出された信号ｅ３，ｅ４が差分検出器４２２に流入する。ここで、信号ｅ３はＡｓｉｎ（＋γ）＋Ｂに従って変化する出力変化を表し、信号ｅ４はＡｓｉｎ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。さらに、差分検出器４１２からの差分信号Ｓ１および差分検出器４２２からの差分信号Ｓ２が演算回路２１に流入する。演算回路２１では、ｔａｎγに応じた角度が算出される。ここで、γはセンサ群３０に対する外部磁場Ｈの回転角θに相当するので、回転角θが求められるようになっている。 On the other hand, the MR elements 42A to 42D constituting the bridge circuit 421 are supplied with the current I3 or the current I4 obtained by dividing the current I10 from the power supply Vcc at the connection point P7. Signals e3 and e4 extracted from connection points P5 and P6 of the bridge circuit 421 flow into the difference detector 422, respectively. Here, the signal e3 represents an output change that varies according to Asin (+ γ) + B, and the signal e4 represents an output change that varies according to Asin (γ−180 °) + B. Further, the difference signal S 1 from the difference detector 412 and the difference signal S 2 from the difference detector 422 flow into the arithmetic circuit 21. The arithmetic circuit 21 calculates an angle corresponding to tan γ. Here, since γ corresponds to the rotation angle θ of the external magnetic field H with respect to the sensor group 30, the rotation angle θ is obtained.

［センサユニット１Ａの動作および作用］
本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、例えばＸＹ面内における外部磁場Ｈの回転角θの大きさを、センサ群３０Ａによって検出することができる。 [Operation and Action of Sensor Unit 1A]
In the sensor unit 1A of the present embodiment, for example, the magnitude of the rotation angle θ of the external magnetic field H in the XY plane can be detected by the sensor group 30A.

このセンサユニット１Ａでは、センサ群３０Ａに対して外部磁場Ｈが回転すると、いずれもセンサ群３０Ａに及ぶＸ軸方向の磁界成分の変化およびＹ軸方向の磁界成分の変化が磁気センサ部４１，４２におけるＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄによって検出される。その際、ブリッジ回路４１１，４２１からの出力として、例えば図５に示した変化を示す差分信号Ｓ１，Ｓ２が演算回路２１へ流入する。そののち、演算回路２１において、計算式Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）に基づいて外部磁場Ｈの回転角θを求めることができる。 In this sensor unit 1A, when the external magnetic field H rotates with respect to the sensor group 30A, the change in the magnetic field component in the X-axis direction and the change in the magnetic field component in the Y-axis direction that affect the sensor group 30A are both magnetic sensor units 41 and 42. MR elements 41A to 41D and 42A to 42D. At that time, as outputs from the bridge circuits 411 and 421, for example, differential signals S1 and S2 indicating changes shown in FIG. After that, the arithmetic circuit 21 can determine the rotation angle θ of the external magnetic field H based on the calculation formula Arctan (α sin θ / β cos θ).

［センサユニット１Ａの効果］
このセンサユニット１Ａでは、センサ群３０Ａを構成するセンサ３１〜３３における外部磁場Ｈに対する検出特性が向上している。 [Effect of sensor unit 1A]
In this sensor unit 1A, the detection characteristics with respect to the external magnetic field H in the sensors 31 to 33 constituting the sensor group 30A are improved.

具体的には、各センサ３１〜３３において、温度変化が生じた場合であっても、直交性（orthogonality）の低下が抑制されるようになっている。ここでいう直交性とは、例えば磁気センサ部４１からの出力（差分信号Ｓ１）の位相に対する磁気センサ部４２からの出力（差分信号Ｓ２）の位相の設定値（例えば９０°）からのずれ量を意味する。このずれ量は０に近いほど好ましい。 Specifically, in each of the sensors 31 to 33, even when a temperature change occurs, a decrease in orthogonality is suppressed. The term “orthogonality” as used herein refers to, for example, the amount of deviation from the phase setting value (for example, 90 °) of the output (difference signal S2) from the magnetic sensor unit 42 with respect to the phase of the output (difference signal S1) from the magnetic sensor unit 41 Means. The amount of deviation is preferably closer to zero.

本実施の形態のセンサユニット１Ａにおいて、センサ３１〜３３の直交性の低下が抑制されるのは、センサ３１〜３３がいずれも温度変化に起因する基板１０の歪みが比較的小さい位置に設置されているためと考えられる。すなわち、複数のセンサ３１〜３３が、実質的に矩形の平面形状を有する基板１０の、第１の辺１１に実質的に平行であって中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１上に並ぶようにしたことにより、基板１０の歪みの影響を受けにくいと考えられる。なお、温度変化の原因としては、周囲環境温度の変化のほか、ＩＣチップ２０の発熱が含まれる。 In the sensor unit 1A of the present embodiment, the decrease in the orthogonality of the sensors 31 to 33 is suppressed because the sensors 31 to 33 are all installed at positions where the distortion of the substrate 10 caused by the temperature change is relatively small. It is thought that it is because. That is, the plurality of sensors 31 to 33 are arranged on the first axis J1 of the substrate 10 having a substantially rectangular planar shape, substantially parallel to the first side 11 and passing through the center position 10J. Therefore, it is considered that the substrate 10 is hardly affected by the distortion of the substrate 10. Note that the cause of the temperature change includes the heat generation of the IC chip 20 in addition to the change in the ambient environment temperature.

特に、本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、複数のリード４０の並び方向と一致する方向（ここではＸ軸方向）に複数のセンサ３１〜３３を並べるようにしたので、センサ３１〜３３の各々におよぶ応力をより緩和できる。複数のリード４０と基板１０との各接続点とセンサ３１〜３３とのＹ軸方向の距離をほぼ一定とすることができるからである。このため、センサ３１〜３３の直交性の低下を回避することができる。 In particular, in the sensor unit 1A of the present embodiment, since the plurality of sensors 31 to 33 are arranged in a direction (here, the X-axis direction) that coincides with the arrangement direction of the plurality of leads 40, each of the sensors 31 to 33 is arranged. Can relieve stress on This is because the distance in the Y-axis direction between the connection points of the plurality of leads 40 and the substrate 10 and the sensors 31 to 33 can be made substantially constant. For this reason, it is possible to avoid a decrease in the orthogonality of the sensors 31 to 33.

また、本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、基板１０上の、ｎ個のセンサ（センサ３１〜３３）を、寸法Ｙ３０Ａに対する寸法Ｘ３０Ａの比がｎ未満であるセンサ領域Ｒ３０Ａに配列するようにした。すなわち、センサ３１〜３３の各平面形状を、センサ３１〜３３の並び方向と直交する方向（ここではＹ軸方向）を長手方向とする長方形とした。このため、センサ領域Ｒ３０Ａのアスペクト比を、例えば各センサ３１〜３３の平面形状が正方形である場合と比べて１に近づけることができる。したがって、アスペクト比がｎ以上であるセンサ領域にｎ個のセンサを設置した場合と比較して、各センサ３１〜３３の振幅比の向上が実現できる。ここでいう振幅比とは、例えば磁気センサ部４１からの出力（差分信号Ｓ１）の振幅に対する磁気センサ部４２からの出力（差分信号Ｓ２）の振幅の比（Ｓ２／Ｓ１）、をいう。この振幅比Ｓ２／Ｓ１は１に近いほど好ましく、実質的に１であることが最も好ましい。 In the sensor unit 1A of the present embodiment, n sensors (sensors 31 to 33) on the substrate 10 are arranged in the sensor region R30A in which the ratio of the dimension X30A to the dimension Y30A is less than n. . That is, each planar shape of the sensors 31 to 33 is a rectangle whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the arrangement direction of the sensors 31 to 33 (here, the Y-axis direction). For this reason, the aspect ratio of the sensor region R30A can be made closer to 1, for example, compared to the case where the planar shape of each of the sensors 31 to 33 is a square. Accordingly, the amplitude ratio of each of the sensors 31 to 33 can be improved as compared with the case where n sensors are installed in the sensor region having an aspect ratio of n or more. The amplitude ratio here refers to, for example, the ratio (S2 / S1) of the amplitude of the output (difference signal S2) from the magnetic sensor unit 42 to the amplitude of the output (difference signal S1) from the magnetic sensor unit 41. The amplitude ratio S2 / S1 is preferably as close to 1, and is most preferably substantially 1.

［第１の実施の形態の第１変形例（変形例１−１）］
図７は、本実施の形態における第１変形例（変形例１−１）としてのセンサユニット１Ｂの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａでは、ｎ＝３の場合、すなわちセンサ群３０Ａが３個のセンサ３１〜３３を有する場合について説明した。これに対し本変形例のセンサユニット１Ｂは、センサ群３０Ａの代わりに、ｎ＝４に対応する、すなわち４個のセンサ５１〜５４からなるセンサ群５０Ｂを有するようにした。ここで、４個のセンサ５１〜５４は、第１の軸Ｊ１上に並び、寸法Ｙ５０Ｂに対する寸法Ｘ５０Ｂの比が４未満であるセンサ領域Ｒ５０Ｂに配列されている。このようにすることで、本変形例においても、センサ５１〜５４における振幅比の向上が実現できる。なお、基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１と、Ｙ軸方向におけるセンサ領域Ｒ５０Ｂの中心位置を通る軸Ｊ５０Ｘとが実質的に一致している。 [First Modification of First Embodiment (Modification 1-1)]
FIG. 7 is a plan view illustrating an overall configuration example of a sensor unit 1B as a first modification example (modification example 1-1) in the present embodiment. In the sensor unit 1A as the first embodiment, the case where n = 3, that is, the case where the sensor group 30A includes the three sensors 31 to 33 has been described. On the other hand, the sensor unit 1B of the present modification has a sensor group 50B corresponding to n = 4, that is, the four sensors 51 to 54, instead of the sensor group 30A. Here, the four sensors 51 to 54 are arranged on the first axis J1 and arranged in the sensor region R50B in which the ratio of the dimension X50B to the dimension Y50B is less than 4. By doing in this way, also in this modification, the improvement of the amplitude ratio in the sensors 51-54 is realizable. Note that the first axis J1 passing through the center position 10J of the substrate 10 and the axis J50X passing through the center position of the sensor region R50B in the Y-axis direction substantially coincide with each other.

［第１の実施の形態の第２変形例（変形例１−２）］
図８は、本実施の形態における第２変形例（変形例１−２）としてのセンサユニット１Ｃの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａでは、複数のリード４０の並び方向（Ｘ軸方向）と実質的に平行の第１の軸Ｊ１上に複数のセンサ３１〜３３を並べるようにした。これに対し、本変形例では、複数のリード４０の並び方向（Ｘ軸方向）と実質的に直交すると共に中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を通る第２の軸Ｊ２上に複数のセンサ３４，３２，３５を順に並べるようにした。すなわち、第２の軸Ｊ２と、Ｘ軸方向におけるセンサ領域Ｒ３０Ｃの中心位置を通る軸Ｊ３０Ｙとが実質的に一致している。センサ３４，３２，３５はセンサ群３０Ｃを構成している。ここで、センサ３４とセンサ３５とは、センサ３２を中心として線対称および点対称をなすように配置されているとよい。すなわち、センサ３４とセンサ３２との距離Ｄ３４２と、センサ３２とセンサ３５との距離Ｄ３２５とが実質的に等しいことが望ましい。また、センサ３４，３２，３５が構成するセンサ群３０Ｃは、短手方向の寸法Ｘ３０Ｃに対する長手方向の寸法Ｙ３０Ｃの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｃを占有している。センサ３４，３２，３５をこのように配置した場合であっても、センサ３４，３２，３５における振幅比の向上を図ることができる。 [Second Modification of First Embodiment (Modification 1-2)]
FIG. 8 is a plan view illustrating an overall configuration example of a sensor unit 1C as a second modification example (modification example 1-2) in the present embodiment. In the sensor unit 1A as the first embodiment, the plurality of sensors 31 to 33 are arranged on the first axis J1 substantially parallel to the arrangement direction (X-axis direction) of the plurality of leads 40. . On the other hand, in the present modification, the plurality of sensors 34, 32,... Are arranged on the second axis J2 that is substantially orthogonal to the arrangement direction (X-axis direction) of the plurality of leads 40 and passes through the center position 10J (20J). 35 were arranged in order. That is, the second axis J2 substantially coincides with the axis J30Y passing through the center position of the sensor region R30C in the X-axis direction. The sensors 34, 32, and 35 constitute a sensor group 30C. Here, the sensor 34 and the sensor 35 may be arranged so as to have line symmetry and point symmetry with respect to the sensor 32. That is, it is desirable that the distance D342 between the sensor 34 and the sensor 32 and the distance D325 between the sensor 32 and the sensor 35 are substantially equal. The sensor group 30C formed by the sensors 34, 32, and 35 occupies a sensor region R30C in which the ratio of the dimension Y30C in the longitudinal direction to the dimension X30C in the lateral direction is less than 3. Even when the sensors 34, 32, and 35 are arranged in this manner, the amplitude ratio of the sensors 34, 32, and 35 can be improved.

［第１の実施の形態の第３変形例（変形例１−３）］
図９は、本実施の形態における第３変形例（変形例１−３）としてのセンサユニット１Ｄの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態の第２の変形例としてのセンサユニット１Ｃでは、ｎ＝３の場合、すなわちセンサ群３０Ｃが３個のセンサ３１〜３３を有する場合について説明した。これに対し本変形例のセンサユニット１Ｄは、センサ群３０Ｃの代わりに、ｎ＝４に対応する、すなわち４個のセンサ５５〜５８からなるセンサ群５０Ｄを有するようにした。ここで、４個のセンサ５５〜５８は、寸法Ｘ５０Ｄに対する寸法Ｙ５０Ｄの比が４未満であるセンサ領域Ｒ５０Ｄに配列されている。このようにすることで、本変形例においても、センサ５５〜５８における振幅比の向上を図ることができる。なお、Ｘ軸方向におけるセンサ領域Ｒ５０Ｄの中心位置を通る軸Ｊ５０Ｙは、第２の軸Ｊ２と実質的に一致している。 [Third Modification of First Embodiment (Modification 1-3)]
FIG. 9 is a plan view illustrating an overall configuration example of a sensor unit 1D as a third modification example (modification example 1-3) in the present embodiment. In the sensor unit 1C as the second modification of the first embodiment, the case where n = 3, that is, the case where the sensor group 30C includes the three sensors 31 to 33 has been described. On the other hand, the sensor unit 1D of this modification has a sensor group 50D corresponding to n = 4, that is, composed of four sensors 55 to 58, instead of the sensor group 30C. Here, the four sensors 55 to 58 are arranged in the sensor region R50D in which the ratio of the dimension Y50D to the dimension X50D is less than 4. By doing in this way, also in this modification, the improvement of the amplitude ratio in the sensors 55-58 can be aimed at. Note that an axis J50Y passing through the center position of the sensor region R50D in the X-axis direction substantially coincides with the second axis J2.

＜２．第２の実施の形態＞
［センサユニット２Ａの構成］
図１０は、本発明における第２の実施の形態としてのセンサユニット２Ａの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態のセンサユニット１Ａ〜１Ｄでは、基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１または第２の軸Ｊ２と、センサ領域Ｒ３０Ａ，Ｒ５０Ｂの中心を通る軸Ｊ３０Ｘ，Ｊ５０Ｘまたはセンサ領域Ｒ３０Ｃ，Ｒ５０Ｄの中心を通る軸Ｊ３０Ｙ，Ｊ５０Ｙとが実質的に一致するようにした。これに対し、本実施の形態のセンサユニット２Ａでは、第１の軸Ｊ１と平行でありながら、第１の軸Ｊ１と異なる位置にある軸Ｊ３０Ｘ上に並ぶセンサ３１〜３３を有するセンサ群３０Ｅを備えるようにした。 <2. Second Embodiment>
[Configuration of Sensor Unit 2A]
FIG. 10 is a plan view illustrating an example of the overall configuration of a sensor unit 2A as a second embodiment of the present invention. In the sensor units 1A to 1D of the first embodiment, the first axis J1 or the second axis J2 passing through the center position 10J of the substrate 10 and the axes J30X, J50X passing through the centers of the sensor regions R30A, R50B or The axes J30Y and J50Y passing through the centers of the sensor regions R30C and R50D are substantially matched. On the other hand, in the sensor unit 2A of the present embodiment, the sensor group 30E having the sensors 31 to 33 arranged on the axis J30X that is parallel to the first axis J1 but at a position different from the first axis J1. I prepared.

本実施の形態のセンサユニット２Ａでは、センサ群３０Ｅにおける３個のセンサ３１〜３３は、寸法Ｙ３０Ｅに対する寸法Ｘ３０Ｅの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｅに配列されている。このため、センサユニット２Ａにおいても、センサ領域Ｒ３０Ｅのアスペクト比を、例えば各センサ３１〜３３の平面形状が正方形である場合と比べて１に近づけることができる。したがって、各センサ３１〜３３における振幅比の向上を図ることができる。 In the sensor unit 2A of the present embodiment, the three sensors 31 to 33 in the sensor group 30E are arranged in the sensor region R30E in which the ratio of the dimension X30E to the dimension Y30E is less than 3. For this reason, also in the sensor unit 2A, the aspect ratio of the sensor region R30E can be made closer to 1, for example, compared to the case where the planar shape of each of the sensors 31 to 33 is a square. Accordingly, the amplitude ratio in each of the sensors 31 to 33 can be improved.

［第２の実施の形態の変形例（変形例２−１）］
図１１は、本実施の形態における第１変形例（変形例２−１）としてのセンサユニット２Ｂの全体構成例を表す平面図である。本変形例は、第２の軸Ｊ２に平行でありながら、第２の軸Ｊ２と異なる位置にある軸Ｊ３０Ｙ上に順に並ぶセンサ３４，３２，３５を有するセンサ群３０Ｆを備えるようにした。この点を除き、他は上記センサユニット２Ａと同様の構成を有する。すなわち、センサユニット２Ｂでは、センサ群３０Ｆにおける３個のセンサ３４，３２，３５は、寸法Ｙ３０Ｆに対する寸法Ｘ３０Ｆの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｆに配列されている。センサ３４，３２，３５をこのように配置した場合であっても、センサ３４，３２，３５における振幅比の向上を実現できる。 [Modification of Second Embodiment (Modification 2-1)]
FIG. 11 is a plan view illustrating an overall configuration example of a sensor unit 2B as a first modification example (modification example 2-1) in the present embodiment. This modification includes a sensor group 30F having sensors 34, 32, and 35 arranged in order on an axis J30Y that is parallel to the second axis J2 but at a position different from the second axis J2. Except for this point, the rest has the same configuration as the sensor unit 2A. That is, in the sensor unit 2B, the three sensors 34, 32, and 35 in the sensor group 30F are arranged in the sensor region R30F in which the ratio of the dimension X30F to the dimension Y30F is less than 3. Even when the sensors 34, 32, and 35 are arranged in this manner, an improvement in the amplitude ratio of the sensors 34, 32, and 35 can be realized.

＜３．実験例＞
上記第１および第２の実施の形態ならびにそれらの変形例として挙げた各センサユニット１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂのサンプルを作製し、各々における振幅比（％）および直交性（deg）を測定した。ここで、実験例１Ａは図１のセンサユニット１Ａに対応し、実験例１Ｂは図７のセンサユニット１Ｂに対応し、実験例１Ｃは図８のセンサユニット１Ｃに対応し、実験例１Ｄは図９のセンサユニット１Ｄに対応し、実験例２Ａは図１０のセンサユニット２Ａに対応し、実験例２Ｂは図１１のセンサユニット２Ｂに対応する。これらの実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂでは、基板１０の平面形状を５.０ｍｍ角の正方形とし、ＩＣチップの平面形状を３.５ｍｍ角の正方形とした。また、実験例１Ａ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂでは、センサ領域Ｒ３０Ａ，Ｒ３０Ｃ，Ｒ３０Ｅ，Ｒ３０Ｆをいずれも１.６ｍｍ×０.６ｍｍの矩形とし、センサ３１〜３５の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．６ｍｍの矩形とした。実験例１Ｂ，１Ｄでは、センサ領域Ｒ５０Ｂ，Ｒ５０Ｄをいずれも２.２ｍｍ×０.６ｍｍの矩形とし、センサ５１〜５８の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．６ｍｍの矩形とした。 <3. Experimental example>
Samples of each of the sensor units 1A to 1D, 2A, and 2B mentioned as the first and second embodiments and the modifications thereof were produced, and the amplitude ratio (%) and orthogonality (deg) in each were measured. . Here, the experimental example 1A corresponds to the sensor unit 1A of FIG. 1, the experimental example 1B corresponds to the sensor unit 1B of FIG. 7, the experimental example 1C corresponds to the sensor unit 1C of FIG. 9 corresponds to the sensor unit 1A of FIG. 10, the experimental example 2A corresponds to the sensor unit 2A of FIG. 10, and the experimental example 2B corresponds to the sensor unit 2B of FIG. In these experimental examples 1A to 1D, 2A, and 2B, the planar shape of the substrate 10 was a square of 5.0 mm square, and the planar shape of the IC chip was a square of 3.5 mm square. In Experimental Examples 1A, 1C, 2A, and 2B, the sensor regions R30A, R30C, R30E, and R30F are all rectangular 1.6 mm × 0.6 mm, and the planar shapes of the sensors 31 to 35 are all 0.4 mm ×. The rectangle was 0.6 mm. In Experimental Examples 1B and 1D, the sensor regions R50B and R50D are both rectangular with a size of 2.2 mm × 0.6 mm, and the planar shapes of the sensors 51 to 58 are both rectangular with a size of 0.4 mm × 0.6 mm.

また、実験例３Ａは、図１３に示した第１の参考例としてのセンサユニット３Ａに対応するものである。センサユニット３Ａは、センサ群３０Ａの代わりにセンサ１３１〜１３３を有するセンサ群１３０Ａを備えることを除き、他はセンサユニット１Ａ（図１）と同じ構成である。同様に、実験例３Ｂは図１４に示した第２の参考例としてのセンサユニット３Ｂに対応する。センサユニット３Ｂは、センサ群５０Ｂの代わりにセンサ１５１〜１５４を有するセンサ群１５０Ｂを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｂ（図７）と同じ構成である。実験例３Ｃは図１５に示した第３の参考例としてのセンサユニット３Ｃに対応する。センサユニット３Ｃは、センサ群３０Ｃの代わりにセンサ１３２，１３４，１３５を有するセンサ群１３０Ｃを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｃ（図８）と同じ構成である。実験例３Ｄは図１６に示した第４の参考例としてのセンサユニット３Ｄに対応する。センサユニット３Ｄは、センサ群５０Ｄの代わりにセンサ１５５〜１５８を有するセンサ群１５０Ｄを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｄ（図９）と同じ構成である。実験例４Ａは図１７に示した第５の参考例としてのセンサユニット４Ａに対応する。センサユニット４Ａは、センサ群３０Ｅの代わりにセンサ１３１〜１３３を有するセンサ群１３０Ｅを備えることを除き、他はセンサユニット２Ａ（図１０）と同じ構成である。実験例４Ｂは図１８に示した第６の参考例としてのセンサユニット４Ｂに対応する。センサユニット４Ｂは、センサ群３０Ｆの代わりにセンサ１３２，１３４，１３５を有するセンサ群１３０Ｆを備えることを除き、他はセンサユニット２Ｂ（図１１）と同じ構成である。なお、実験例３Ａ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂでは、センサ領域Ｒ１３０Ａ，Ｒ１３０Ｃ，Ｒ１３０Ｅ，Ｒ１３０Ｆをいずれも１.６ｍｍ×０.４ｍｍの矩形とし、センサ１３１〜１３５の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形とした。実験例３Ｂ，３Ｄでは、センサ領域Ｒ１５０Ｂ，Ｒ１５０Ｄをいずれも２.２ｍｍ×０.４ｍｍの矩形とし、センサ１５１〜１５８の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形とした。 Experimental example 3A corresponds to the sensor unit 3A as the first reference example shown in FIG. The sensor unit 3A has the same configuration as the sensor unit 1A (FIG. 1) except that the sensor unit 3A includes a sensor group 130A having sensors 131 to 133 instead of the sensor group 30A. Similarly, Experimental Example 3B corresponds to the sensor unit 3B as the second reference example shown in FIG. The sensor unit 3B has the same configuration as the sensor unit 1B (FIG. 7) except that the sensor unit 3B includes a sensor group 150B having sensors 151 to 154 instead of the sensor group 50B. Experimental example 3C corresponds to sensor unit 3C as the third reference example shown in FIG. The sensor unit 3C has the same configuration as the sensor unit 1C (FIG. 8) except that a sensor group 130C having sensors 132, 134, and 135 is provided instead of the sensor group 30C. Experimental example 3D corresponds to sensor unit 3D as the fourth reference example shown in FIG. The sensor unit 3D has the same configuration as the sensor unit 1D (FIG. 9) except that the sensor unit 3D includes a sensor group 150D having sensors 155 to 158 instead of the sensor group 50D. Experimental example 4A corresponds to sensor unit 4A as the fifth reference example shown in FIG. The sensor unit 4A has the same configuration as the sensor unit 2A (FIG. 10) except that the sensor unit 4A includes a sensor group 130E having sensors 131 to 133 instead of the sensor group 30E. Experimental example 4B corresponds to sensor unit 4B as the sixth reference example shown in FIG. The sensor unit 4B has the same configuration as the sensor unit 2B (FIG. 11) except that the sensor unit 4B includes a sensor group 130F having sensors 132, 134, and 135 instead of the sensor group 30F. In Experimental Examples 3A, 3C, 4A, and 4B, the sensor regions R130A, R130C, R130E, and R130F are all rectangular 1.6 mm × 0.4 mm, and the planar shapes of the sensors 131 to 135 are all 0.4 mm ×. The square was 0.4 mm. In Experimental Examples 3B and 3D, the sensor regions R150B and R150D are both rectangular with a size of 2.2 mm × 0.4 mm, and the planar shapes of the sensors 151 to 158 are all squares with a size of 0.4 mm × 0.4 mm.

図１２に、それぞれのサンプルについて、直交性と、基板加熱後の振幅比と基板加熱前の振幅比との差分（以下、単に振幅比の差分という。）とを示す。ここでいう基板加熱後の振幅比とは、基板１０を１２０℃で２４ｈ保持した直後に測定した振幅比をいう。基板加熱前の振幅比は室温（２３℃）で測定した振幅比である。振幅比の差分は、０に近いほど好ましく、実質的に０であることが最も好ましい。図１２は、横軸が直交性［deg］を示し、縦軸が振幅比の差分［％］を示す。なお、図１２では、実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ〜３Ｄ，４Ａ，４Ｂに対応するプロットにそれぞれ符号ＰＬ１Ａ〜ＰＬ１Ｄ，ＰＬ２Ａ，ＰＬ２Ｂ，ＰＬ３Ａ〜ＰＬ３Ｄ，ＰＬ４Ａ，ＰＬ４Ｂを付している。なお、図１２では、実験例１Ａ（図１）はセンサ３３に、実験例１Ｂ（図７）はセンサ５４に、実験例１Ｃ（図８）はセンサ３５に、実験例１Ｄ（図９）はセンサ５８に、実験例２Ａ（図１０）はセンサ３３に、実験例２Ｂ（図１１）はセンサ３５にそれぞれ対応するデータを示している。さらに、図１２では、実験例３Ａ（図１３）はセンサ１３３に、実験例３Ｂ（図１４）はセンサ１５４に、実験例３Ｃ（図１５）はセンサ１３５に、実験例３Ｄ（図１６）はセンサ１５８に、実験例４Ａ（図１７）はセンサ１３３に、実験例４Ｂ（図１８）はセンサ１３５にそれぞれ対応するデータを示している。 FIG. 12 shows the orthogonality and the difference between the amplitude ratio after heating the substrate and the amplitude ratio before heating the substrate (hereinafter simply referred to as the difference in amplitude ratio) for each sample. The amplitude ratio after heating the substrate here refers to the amplitude ratio measured immediately after holding the substrate 10 at 120 ° C. for 24 hours. The amplitude ratio before heating the substrate is the amplitude ratio measured at room temperature (23 ° C.). The difference in amplitude ratio is preferably closer to 0, and most preferably substantially 0. In FIG. 12, the horizontal axis indicates orthogonality [deg], and the vertical axis indicates amplitude ratio difference [%]. In FIG. 12, symbols PL1A to PL1D, PL2A, PL2B, PL3A to PL3D, PL4A, and PL4B are attached to plots corresponding to Experimental Examples 1A to 1D, 2A, 2B, 3A to 3D, 4A, and 4B, respectively. . In FIG. 12, the experimental example 1A (FIG. 1) is the sensor 33, the experimental example 1B (FIG. 7) is the sensor 54, the experimental example 1C (FIG. 8) is the sensor 35, and the experimental example 1D (FIG. 9) is In the sensor 58, the experimental example 2A (FIG. 10) shows data corresponding to the sensor 33, and the experimental example 2B (FIG. 11) shows data corresponding to the sensor 35, respectively. Further, in FIG. 12, Experimental Example 3A (FIG. 13) is the sensor 133, Experimental Example 3B (FIG. 14) is the sensor 154, Experimental Example 3C (FIG. 15) is the sensor 135, and Experimental Example 3D (FIG. 16) is In the sensor 158, the experimental example 4A (FIG. 17) shows data corresponding to the sensor 133, and the experimental example 4B (FIG. 18) shows data corresponding to the sensor 135.

図１２に示したように、本発明の実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ（プロットＰＬ１Ａ〜ＰＬ１Ｄ，ＰＬ２Ａ，ＰＬ２Ｂ）では、参考例としての実験例３Ａ〜３Ｄ，４Ａ，４Ｂ（プロットＰＬ３Ａ〜ＰＬ３Ｄ，ＰＬ４Ａ，ＰＬ４Ｂ）とそれぞれ比較すると、振幅比の改善が認められた。 As shown in FIG. 12, in Experimental Examples 1A to 1D, 2A, and 2B (plots PL1A to PL1D, PL2A, and PL2B) of the present invention, Experimental Examples 3A to 3D, 4A, and 4B (Plots PL3A to PL3D as reference examples) , PL4A, PL4B), an improvement in the amplitude ratio was observed.

＜４．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、３または４個のセンサがＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶようにした例を説明したが、本発明では、センサの数はこれに限定されるものではなく、２以上であれば任意に選択可能である。また、１つのセンサユニットに搭載される各センサの形状および寸法は同一の場合に限定されるものではない。 <4. Other variations>
While the present invention has been described with reference to some embodiments and modifications, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the example in which three or four sensors are arranged in the X-axis direction or the Y-axis direction has been described. However, in the present invention, the number of sensors is not limited to this. Any number of two or more can be selected. Moreover, the shape and dimension of each sensor mounted on one sensor unit are not limited to the same case.

また、上記実施の形態等では、回転体の回転角の検出に用いられる角度検出センサとして用いられるセンサユニットについて説明したが、本発明のセンサユニットの用途はそれに限定されない。例えば地磁気を検出する電子コンパスなどにも適用可能である。また、センサは磁気抵抗効果素子以外の検出素子、例えばホール素子等を含むものであってもよい。 Moreover, in the said embodiment etc., although the sensor unit used as an angle detection sensor used for the detection of the rotation angle of a rotary body was demonstrated, the use of the sensor unit of this invention is not limited to it. For example, the present invention can be applied to an electronic compass that detects geomagnetism. The sensor may include a detection element other than the magnetoresistive effect element, such as a Hall element.

なお本発明は、磁気抵抗効果素子として、ＧＭＲ膜を有するＧＭＲ素子を採用した場合よりもＭＴＪ膜を有する磁気トンネル接合素子（ＴＭＲ素子）を採用した場合に特に有用である。一般的に、ＴＭＲ素子はＧＭＲ素子よりも感度が高いため、センサに印加される応力の影響を受けやすい（誤差の増大が生じやすい）からである。 The present invention is particularly useful when a magnetic tunnel junction element (TMR element) having an MTJ film is employed as the magnetoresistive element, rather than when a GMR element having a GMR film is employed. This is because the TMR element is generally more sensitive than the GMR element, and thus is easily affected by the stress applied to the sensor (an increase in error is likely to occur).

１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ…センサユニット、１０…基板、１０Ｊ…中心位置、１１…第１の辺、１２…第２の辺、２０…ＩＣチップ、２０Ｊ…中心位置、２１…演算回路、３０…センサ群、３１〜３３，５１〜５８…センサ、４１，４２…磁気センサ部、４１１，４２１…ブリッジ回路、４１２，４２２…差分検出器、４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄ…ＭＲ素子、４０…リード、Ｊ１…第１の軸、Ｊ２…第２の軸。 1A to 1D, 2A, 2B ... sensor unit, 10 ... substrate, 10J ... center position, 11 ... first side, 12 ... second side, 20 ... IC chip, 20J ... center position, 21 ... arithmetic circuit, 30 ... Sensor group, 31-33, 51-58 ... Sensor, 41, 42 ... Magnetic sensor unit, 411, 421 ... Bridge circuit, 412, 422 ... Difference detector, 41A-41D, 42A-42D ... MR element, 40 ... Lead, J1 ... first axis, J2 ... second axis.

Claims

A substrate,
A ratio of the second dimension along the second direction to the first dimension along the first direction that is stacked on the substrate is less than n (n is an integer greater than or equal to 2) and is substantially rectangular. A circuit chip including a sensor region having a planar shape;
A sensor unit comprising: n sensors arranged in a line along the second direction in the sensor region and each having a substantially rectangular planar shape.

The sensor unit according to claim 1, wherein a ratio of the second dimension to the first dimension is substantially 1.

A plurality of leads each having one end provided on the substrate and arranged in the first direction or the second direction, or arranged in both the first direction and the second direction; The sensor unit according to claim 1 or 2.

The sensor unit according to claim 3, wherein the plurality of leads are arranged along the first direction.

Each of the n sensors has a first sensor dimension along the first direction and a second sensor dimension along the second direction;
The sensor unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the first sensor dimension is larger than the second sensor dimension.

The sensor unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the n sensors are arranged at substantially equal intervals.

The sensor unit according to claim 1, wherein all of the n sensors have substantially the same planar shape and substantially the same occupied area.

The sensor according to claim 1, wherein a center position of the substrate in the second direction substantially coincides with a center position of the sensor region in the second direction. unit.

The sensor unit according to any one of claims 1 to 8, wherein all the n sensors have substantially the same structure.

The sensor unit according to claim 1, wherein the n sensors include a magnetoresistive effect element.

The substrate, according to claim 1 having a first substrate dimensions along said first direction, along said second direction, and said first substrate dimensions substantially equal to the second substrate dimensions The sensor unit according to claim 10.

The sensor unit of the center position before Symbol substrate according to any one of claims 1 to 11, which coincides with the center position of the circuit chip.