JP6469335B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗素子が形成された素子基板にフレキシブル配線基板が接続された磁気センサ装置に関するものである。

リニアエンコーダ等に用いられる磁気センサ装置は、磁気抵抗素子が形成された素子基板の一方面側にフレキシブル配線基板が接続された構造を有している。かかる素子基板の一方面側において、磁気抵抗素子が形成されている感磁領域を保護するにあたっては、例えば、フレキシブル配線基板のベースフィルムを感磁領域まで延長して、ベースフィルムによって感磁領域を保護した構造が提案されている（特許文献１参照）。

また、素子基板の感磁領域を覆う導電性フィルムを素子基板の周りで導電性粘着材層によって筐体に固定するとともに、感磁領域と導電性フィルムとの間に絶縁樹脂を設けた構成が提案されている（特許文献２参照）。

特開平６−２２１８６８号公報 特開２００７−２３２６１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ベースフィルムが感磁領域に重なっているだけであるため、ベースフィルムと感磁領域との間に空気が介在することがある。このような場合には、感磁領域からの放熱性が低いという問題点がある。一方、特許文献２に記載の構成では、素子基板の感磁領域と導電性フィルムとの間にフレキシブル配線基板の厚さに相当する隙間が発生するので、かかる隙間を絶縁樹脂で埋めた構成であり、かかる構成の場合でも、絶縁樹脂を塗布する際、気泡の混入や未充填領域が発生することがある。このような場合には、感磁領域からの放熱性が低いという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、素子基板において磁気抵抗素子、およびフレキシブル配線基板が接続される端子が形成された一方面側を適正に保護することのできる磁気センサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、一方面側に磁気抵抗素子が形成された感磁領域、および端子が形成された接続領域を備えた素子基板と、前記接続領域に接続されたフレ
キシブル配線基板と、を有する磁気センサ装置において、前記素子基板の前記一方面のうち、前記感磁領域を含み、前記フレキシブル配線基板の端部から露出した領域にのみ、粘着材層を介して保護シートが貼付されており、前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面には、シールド部材が重なっており、前記素子基板を内側に保持する筐体を有し、当該筐体は、前記素子基板から離間した位置で前記シールド部材が固定されたシールド部材固定部と、前記シールド部材と重なる位置に前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面と同一平面内に位置する基準面と、を有していることを特徴とする。

本発明では、素子基板の一方面には保護シートが貼付されているため、素子基板の感磁領域を保護シートによって保護することができる。また、保護シートは、磁気抵抗素子が形成されている感磁領域を含み、フレキシブル配線基板の端部から露出している領域に貼付されている。このため、保護シートにはフレキシブル配線基板との重なり部分がないので、素子基板の感磁領域と保護シートとの間に空気層が介在しにくい。それ故、感磁領域からの放熱性が高いという利点がある。また、本発明では、前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面には、シールド部材が重なっているため、電波ノイズ等の影響を緩和することができる。さらに、本発明では、前記素子基板を内側に保持する筐体を有し、当該筐体は、前記素子基板から離間した位置で前記シールド部材が固定されたシールド部材固定部と、前記シールド部材と重なる位置に前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面と同一平面内に位置する基準面と、を有している。このため、シールド部材と保護シートとを密着させることができ、空気層が介在しにくい。従って、感磁領域からの放熱性を高めることができる。

本発明において、前記保護シートは、前記素子基板の外縁、および前記フレキシブル配線基板の端部から離間した領域にのみ貼付されていることが好ましい。かかる構成によれば、保護シートが素子基板の外縁から離間しているので、保護シートの貼付位置が多少ずれても、保護シートが素子基板からはみ出さない。また、保護シートがフレキシブル配線基板の端部から離間しているため、保護シートの貼付位置が多少ずれても、保護シートがフレキシブル配線基板に重ならない。従って、保護シートの浮きが発生せず、保護シートと素子基板との間に空気層が介在しにくい。

本発明において、前記保護シートの基材は、前記フレキシブル配線基板のベースフィルムと同一の材料からなることが好ましい。

本発明において、前記筐体の内部において、当該筐体と前記シールド部材との間、および前記筐体と前記素子基板との間に樹脂材が充填されていることが好ましい。かかる構成によれば、感磁領域からの放熱性を高めることができる。

本発明では、素子基板の一方面には保護シートが貼付されているため、素子基板の感磁領域を保護シートによって保護することができる。また、保護シートは、磁気抵抗素子が形成されている感磁領域を含み、フレキシブル配線基板の端部から露出している領域に貼付されている。このため、保護シートにはフレキシブル配線基板との重なり部分がないので、素子基板の感磁領域と保護シートとの間に空気層が介在しにくい。それ故、感磁領域からの放熱性が高いという利点がある。

本発明を適用した磁気センサ装置の全体構成を示す説明図である。 本発明を適用した磁気センサ装置の内部構成を示す分解斜視図である。 本発明を適用した磁気センサ装置の断面構成を示す説明図である。 本発明を適用した磁気センサ装置の素子基板アセンブリの説明図である。

図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ装置について説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用した磁気センサ装置の全体構成を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、磁気センサ装置１を用いたエンコーダの説明図、磁気センサ装置１をセンサ面２側からみた斜視図、磁気センサ装置１からシールド部材８を外した状態をセンサ面２側からみた斜視図、および磁気センサ装置１からシールド部材８を外した状態をセンサ面２側からみた底面図である。図２は、本発明を適用した磁気センサ装置１の内部構成を示す分解斜視図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、磁気センサ装置１の分解斜視図、剛性基板５と素子基板アセンブリ３とを分解した分解斜視図、および素子基板アセンブリ３において素子基板１０からフレキシブル配線基板３０と保護シート４１とを外した状態の分解斜視図である。図３は、本発明を適用した磁気センサ装置１の断面構成を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、素子基板１０周辺の断面図、および素子基板１０周辺の拡大断面図である。

図１に示すように、本形態における磁気センサ装置１を磁気式リニアエンコーダに用いた場合には、固定部材（図示せず）に設けた磁気センサ装置１の底面（センサ面２）に対して、可動部材（図示せず）に固定された磁気スケール１ａを対向させる。磁気スケール１ａには、例えば、長手方向（移動方向）に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配列されている。従って、可動部材が磁気スケール１ａとともに磁気スケール１ａの長手方向に移動した際の磁気センサ装置１からの出力信号を検出すれば、可動部材の位置や移動速度等を検出することができる。

図１、図２および図３に示すように、磁気センサ装置１は、略直方体形状のアルミニウムダイカスト品からなる筐体６と、この筐体６の開口を覆う矩形板状のカバー９０と、筐体６から延びたケーブル７とを備えている。カバー９０はビス９１によって筐体６に固定されている。

（筐体６およびシールド部材８の構成）
筐体６において、磁気スケール１ａと対向する底面６０には、長手方向の両端側に段差６１が形成されており、かかる段部６１に挟まれた領域のうち、段部６１と隣り合う個所６７は、筐体６の底面６０のうち、最もセンサ面２側に位置する面である。筐体６の底面６０には、段差６１で挟まれた領域の中央に、センサ面２側とは反対側に凹んだ基板配置部６２が形成されており、かかる基板配置部６２に、磁気抵抗素子１４が第１面１１に形成された素子基板１０が配置されている。

基板配置部６２は、センサ面２側とは反対側に凹んだ２段の凹部６２１、６２２からなり、かかる凹部６２１、６２２のうち、センサ面２側とは反対側に位置する凹部６２２の底部には開口部６２３が形成されている。開口部６２３は、凹部６２２の底部が長手方向の両側から凸部を形成するように開口しており、かかる凹部６２２の底部には、素子基板１０のセンサ面２側とは反対側の第２面１２が接着剤９５によって固定されている。

筐体６の底面６０において、基板配置部６２の周りには、センサ面２の側で開口する溝からなるシールド部材固定部６６が形成されており、かかるシールド部材固定部６６によって板状のシールド部材８が固定されている。より具体的には、シールド部材８は、基板配置部６２および素子基板１０をセンサ面２側で覆う矩形の端板部８１と、端板部８１の外縁からセンサ面２側とは反対側に屈曲してシールド部材固定部６６に嵌った４枚の側板部８２とを備えており、側板部８２は、シールド部材固定部６６の内部で接着剤（図示せず）等により固定されている。この状態で、素子基板１０において磁気抵抗素子１４が形成されている第１面１１はシールド部材８によって覆われる。

シールド部材８の端板部８１は、筐体６の底面６０において、段差６１とシールド部材固定部６６とに挟まれた個所６７よりセンサ面２側に位置している。従って、シールド部材８の端板部８１において、素子基板１０側とは反対側の面がセンサ面２を構成する。また、筐体６の底面６０には、シールド部材固定部６６と基板配置部６２との間でシールド部材８と重なる領域に基準面６３が形成されており、シールド部材８の端板部８１は基準面６３に接している。従って、シールド部材８の素子基板１０側とは反対側の面（センサ面２）の位置が精度よく規定されることになる。本形態において、シールド部材８は厚さが６５μｍ〜７０μｍ程度の金属板からなる。

本形態の磁気センサ装置１において、筐体６の内部のうち、基板配置部６２には樹脂材４が充填されており、図１にグレー領域で樹脂材４を示すように、筐体６と素子基板１０との間や、筐体６とシールド部材８との間は樹脂材４で埋められている。本形態において、樹脂材４は軟質性であり、かかる樹脂材４としてはエポキシ系樹脂を用いることができる。

（剛性基板５の構成）
筐体６の内側には、凹部６２２の底部に対してセンサ面２側とは反対側に剛性基板５が配置されており、かかる剛性基板５はビス５１によって筐体６に固定されている。剛性基板５には、ケーブル７が接続されるコネクタ５６やＬＥＤ５７等が実装されている。

（素子基板１０等の構成）
図４は、本発明を適用した磁気センサ装置１の素子基板アセンブリ３の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、素子基板アセンブリ３を感磁領域１５側からみた斜視図、素子基板アセンブリ３を感磁領域１５側からみた底面図、素子基板アセンブリ３の正面図、および側面図である。なお、図４では、素子基板１０の配線部分１９については図示を省略してある。

図３および図４に示すように、素子基板１０において磁気センサ装置１のセンサ面２側に向く第１面１１（一方面）には、磁気抵抗パターン１３からなる磁気抵抗素子１４が形成された感磁領域１５と、複数の端子１６が形成された接続領域１７とが形成されている。本形態において、接続領域１７は、素子基板１０の一方側の端部のみに形成されている。感磁領域１５は、素子基板１０の外縁１０ａから所定の寸法を隔てた内側領域に形成されており、また、接続領域１７とは所定の寸法を隔てた位置にある。

感磁領域１５には、磁気抵抗素子１４として、インクリメンタル信号検出用の磁気抵抗素子１４ａ、１４ｂ、および原点信号検出用の磁気抵抗素子１４ｚが形成されており、かかる磁気抵抗素子１４と端子１６とは配線部分１９（図３（ｂ）参照）によって導通している。

図３（ｂ）に示すように、磁気抵抗パターン１３は、素子基板１０の第１面１１に半導体プロセスにより形成された強磁性体ＮｉＦｅ等の磁性体膜からなり、ホイートストン・ブリッジ等を構成している。端子１６および配線部分１９は、磁気抵抗パターン１３と同時形成された導電膜等からなる。素子基板１０の第１面１１には、磁気抵抗パターン１３の表面にシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１８が形成されている。かかる絶縁膜１８は接続領域１７には形成されておらず、端子１６の表面は露出した状態にある。

（フレキシブル配線基板３０の構成）
図２、図３および図４に示すように、素子基板１０の接続領域１７にはフレキシブル配線基板３０の端部３４が接続されており、素子基板１０およびフレキシブル配線基板３０は素子基板アセンブリ３として筐体６に保持されている。

本形態において、フレキシブル配線基板３０は、素子基板１０に端部３４が接続された第１部分３６と、第１部分３６の側縁からセンサ面２側とは反対側に折り曲げられた第２部分３７と、第２部分３７の先端部で折り返されて第２部分３７と対向する第３部分３８と、第３部分３８の先端部で素子基板１０および剛性基板５と対向するように折り曲げられた第４部分３９とを備えており、第４部分３９は剛性基板５に接続されている。

フレキシブル配線基板３０は厚さが５０μｍ程度であり、フレキシブル配線基板３０において、ベースフィルム３１の厚さは１３μｍ程度であり、導電パターン３２の厚さは１８μｍ程度である。フレキシブル配線基板３０において、導電パターン３２の表面は絶縁膜３３で覆われている。但し、導電パターン３２において素子基板１０の端子１６と接続される部分は、絶縁膜３３から露出している。

（保護シート４１の構成）
図２、図３および図４に示すように、素子基板１０において感磁領域１５および接続領域１７が形成されている第１面１１には、粘着材層４２（図３（ｂ）参照）を介して保護シート４１が貼付されている。本形態において、保護シート４１は、素子基板１０の第１面１１のうち、感磁領域１５を含み、かつ、フレキシブル配線基板３０の端部３４から露出した領域に貼付されており、矩形の平面形状を有している。また、保護シート４１は、４辺のいずれもが素子基板１０の外縁１０ａから離間して貼付され、かつ、フレキシブル配線基板３０の端部３４から離間した領域に貼付されている。

ここで、保護シート４１は、フレキシブル配線基板３０のベースフィルム３１と同一の材料からなる。本形態において、保護シート４１およびフレキシブル配線基板３０のベースフィルム３１はポリイミドからなり、保護シート４１の厚さと粘着材層５２の厚さとの和は５０μｍ程度である。

保護シート４１の素子基板１０側とは反対側の面４１１（シール部材８側の面）は、筐体６においてシールド部材８が接する基準面６３と同一平面内に位置する。このため、シールド部材８は、保護シート４１の素子基板１０側とは反対側の面４１１、および筐体６の基準面６３と同一平面内に接している。

（磁気センサ装置１の製造方法）
本形態の磁気センサ装置１を組み立てるにあたっては、素子基板１０にフレキシブル配線基板３０を接続するとともに、素子基板１０に保護シート４１を貼付し、素子基板アセンブリ３を製作しておく。

次に、保護シート４１の素子基板１０とは反対側の面４１１と、筐体６の基準面６３とが同一平面内に位置するように、素子基板アセンブリ３を筐体６内の所定位置に配置し、この状態で、素子基板１０を筐体６に接着剤９５により固定する。

次に、筐体６にシールド部材８を取り付け、シールド部材８と保護シート４１とを密着させる。

次に、筐体６のセンサ面２側と反対側から開口部６２３を介して樹脂材４を充填し、その後、樹脂材４を硬化させる。しかる後に、剛性基板５等の取り付けを行う。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置１では、素子基板１０において感磁領域１５および接続領域１７が形成されている第１面１１には、感磁領域１５と重なるように、粘着材層４２を介して保護シート４１が貼付されている。このため、素子基板１０の感磁領域１５を保護シート４１によって保護することができる。従って、保護シート４１の表面４１１を基準にして素子基板１０を配置することにより、素子基板１０が傾くことを防止しても、感磁領域１５（磁気抵抗素子１４）が損傷することがない等の利点がある。また、保護シート４１は、感磁領域１５を含み、フレキシブル配線基板３０の端部３４から露出している領域に貼付されている。このため、保護シート４１にはフレキシブル配線基板３０との重なり部分がないので、保護シート４１に浮きが発生しにくい。従って、素子基板１０の感磁領域１５と保護シート４１との間に空気層が介在しにくいので、感磁領域１５からの放熱性が高い。

また、保護シート４１は、素子基板１０の外縁１０ａから離間しているので、保護シート４１の貼付位置が多少ずれても、保護シート４１が素子基板１０からはみ出さない。また、保護シート４１がフレキシブル配線基板３０の端部３４から離間している。このため、保護シート４１の貼付位置が多少ずれても、保護シート４１がフレキシブル配線基板３０に重ならない。従って、保護シート４１に浮きが発生しないので、保護シート４１と素子基板１０との間に空気層が介在しにくい。

さらに、保護シート４１の素子基板１０側とは反対側の面４１１にはシールド部材８が重なっているため、電波ノイズ等の影響を緩和することができる。また、筐体６は、シールド部材８と重なる位置に保護シート４１の素子基板１０側とは反対側の面と同一平面内に位置する基準面６３を有しているため、シールド部材８と保護シート４１とを密着させることができ、空気層が介在しにくい。また、保護シート４１は、粘着材層４２を介して貼付されているため、素子基板１０の感磁領域１５に多少の凹凸があっても、保護シート４１の素子基板１０側とは反対側の面４１１に凹凸が発生しにくい。従って、シールド部材８と保護シート４１とを密着させることができ、空気層が介在しにくい。それ故、感磁領域１５からの放熱性を高めることができる。

さらにまた、筐体６の内部において、筐体６とシールド部材８との間、および筐体６と素子基板１０との間に樹脂材４が充填されているため、空気層が介在しない。それ故、素子基板１０からの放熱性を高めることができる。また、樹脂材４が軟質性であるため、環境温度の変化によって、筐体６、シールド部材８、素子基板１０およびフレキシブル配線基板３０の収縮度合や膨張度合が相違しても、素子基板１０や、素子基板１０とフレキシブル配線基板３０との接続部分に過大な負荷が加わらない。また、樹脂材４を充填する際、素子基板１０の感磁領域１５には保護シート４１が貼付されているため、樹脂材４を充填した際、樹脂材４の感磁領域１５への流れ込みが発生しない。従って、樹脂材４を硬化させる際の応力が感磁領域１５に加わらない。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、素子基板１０の一方の端部にフレキシブル配線基板３０が接続された磁気センサ装置１を例示したが、素子基板１０の両方の端部にフレキシブル配線基板３０が接続された磁気センサ装置に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、保護シート４１がポリイミド製であったが、絶縁性であることが好ましく、さらには、耐熱性を有していることが好ましい。保護シート４１が耐熱性を有していれば、樹脂材４を熱硬化させる際の熱によって保護シート４１が変形する等の劣化を防止することができる。なお、保護シート４１については、金属シートやカーボンシートを用いてもよく、この場合には、放熱性をさらに高めることができる。

上記実施の形態では、磁気式リニアエンコーダに用いた磁気センサ装置１を例示したが、磁気式ロータリエンコーダにおいて、回転ドラム（可動部材）の外周面や端面に配置された磁気スケールに対向配置される磁気センサ装置に本発明を適用してもよい。

１ 磁気センサ装置
２ センサ面
３ 素子基板アセンブリ
６ 筐体
８ シールド部材
１０ 素子基板
１１ 第１面
１２ 第２面
１３ 磁気抵抗パターン
１４ 磁気抵抗素子
１５ 感磁領域
１６ 端子
１７ 接続領域
６３ 基準面
６６ シールド部材固定部

Claims (4)

1. 一方面側に磁気抵抗素子が形成された感磁領域、および端子が形成された接続領域を備えた素子基板と、前記接続領域に接続されたフレキシブル配線基板と、を有する磁気センサ装置において、
   前記素子基板の前記一方面のうち、前記感磁領域を含み、前記フレキシブル配線基板の端部から露出した領域にのみ、粘着材層を介して保護シートが貼付されており、
   前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面には、シールド部材が重なっており、
   前記素子基板を内側に保持する筐体を有し、
   当該筐体は、前記素子基板から離間した位置で前記シールド部材が固定されたシールド部材固定部と、前記シールド部材と重なる位置に前記保護シートの前記素子基板側とは反対側の面と同一平面内に位置する基準面と、を有していることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 前記保護シートは、前記素子基板の外縁、および前記フレキシブル配線基板の端部から離間した領域にのみ貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記保護シートの基材は、前記フレキシブル配線基板のベースフィルムと同一の材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記筐体の内部において、当該筐体と前記シールド部材との間、および前記筐体と前記素子基板との間に樹脂材が充填されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気センサ装置。