JP6483435B2

JP6483435B2 - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP6483435B2
Application number: JP2014264392A
Authority: JP
Inventors: 勇西村; 保博不破
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: US9983272B2; US20160187433A1; JP2016125831A

Description

本発明は、磁気検出装置に関する。

方位を検知するための磁気検出装置として、磁気インピーダンス素子を用いた磁気検出装置が提案されている。磁気インピーダンス素子は、アモルファスなどからなるワイヤと、このワイヤを収容するコイルとを備えている。磁気インピーダンス素子は、このワイヤに高周波のパルス電流を流した際に、表皮効果によってインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を利用する。さらに、特許文献１においては、磁気インピーダンス素子と磁気変向体とを組み合わせた構成が提案されている。磁気変向体は、ワイヤとは異なる方向の地磁気などの外部磁場を変向することにより、ワイヤに感応させる機能を果たす。これにより、１つの磁気インピーダンス素子によって２方向の磁気を検出することが可能となる。

しかしながら、磁気インピーダンス素子と磁気変向体とを備えた磁気検出装置の検出精度は、磁気インピーダンス素子と磁気変向体との相対的な位置関係に大きく依存する。すなわち、互いを可能な限り隣接して配置し、且つ位置ずれなどが極力生じないことが好ましい。また、磁気検出装置を、たとえば携帯型電話機などに搭載する用途が盛んであり、さらなる小型化が求められている。

再表２０１０／１１０４５６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化および高精度化を図ることが可能な磁気検出装置を提供することをその課題とする。

本発明によって提供される磁気検出装置は、磁気インピーダンス素子と磁場変向体とを備えた磁気検出装置であって、厚さ方向において互いに反対側を向く搭載面および裏面と、前記搭載面および前記裏面に到達し、且つ前記搭載面側から前記裏面側に向かうほど断面寸法が大となる貫通孔と、を有し、半導体材料よりなる基板をさらに備えており、前記磁気インピーダンス素子は、前記搭載面に搭載されており、前記貫通孔に前記磁場変向体が収容されていることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、前記裏面とは反対側を向く主面と、この主面から凹み、且つ素子配置用凹部底面を有する素子配置用凹部と、を更に有しており、前記搭載面は、前記素子配置用凹部底面である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部底面は、前記厚さ方向に直交する面である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部は、前記素子配置用凹部底面から起立する素子配置用凹部第１側面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部第１側面は、前記厚さ方向に対して傾斜している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部は、前記素子配置用第１側面に繋がり、且つ前記素子配置用凹部底面と同じ側を向く素子配置用凹部中間面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁気インピーダンス素子を用いた磁気検出制御を行う制御素子をさらに備えており、前記制御素子は、前記素子配置用凹部中間面に搭載されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部は、前記素子配置用凹部中間面から起立する素子配置用凹部第２側面を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部第２側面は、前記厚さ方向に対して傾斜している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記素子配置用凹部は、前記厚さ方向視において矩形状である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、且つ前記磁気インピーダンス素子および前記制御素子に導通する導電層とを更に備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記絶縁層は、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＮよりなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記絶縁層は、前記素子配置用凹部の内面に形成された凹部内面絶縁部を含む。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電層は、前記素子配置用凹部底面、前記素子配置用凹部第１側面、および前記素子配置用凹部中間面にわたって形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電層は、前記素子配置用凹部中間面、前記素子配置用凹部第２側面および前記主面にわたって形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁場変向体は、前記貫通孔の内部空間のすべてを埋めている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁場変向体は、軟磁性体からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記軟磁性体は、パーマロイである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁気インピーダンス素子は、１以上のワイヤと、このワイヤに対して絶縁されており、且つこのワイヤを収容する１以上のコイルと、を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ワイヤは、前記搭載面に沿って配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの前記ワイヤに対して、２つの前記コイルが、前記ワイヤの長手方向に離間して配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁気インピーダンス素子は、互いに平行に配置された２つの前記ワイヤを備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記磁気インピーダンス素子は、前記２つのワイヤの長手方向一方側部分に配置された１つの前記コイルと、前記２つのワイヤの長手方向他方側部分に配置された他の１つの前記コイルと、を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、２つの前記貫通孔を有しており、前記２つの貫通孔に対応する、互いの検出方向が異なる２つの前記磁気インピーダンス素子を備える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記２つの磁気インピーダンス素子は、１つの前記素子配置用凹部に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、半導体材料の単結晶よりなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体材料は、Ｓｉである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記搭載面および前記裏面は、前記基板の厚さ方向に直交し、且つ、平坦である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記搭載面および前記裏面は、（１００）面である。

本発明によれば、前記搭載面側から前記裏面側に向かうほど断面寸法が大となる前記貫通孔に前記磁場変向体が収容されている。これにより、磁束は、前記磁場変向体のうち前記搭載面側の部分において密度が高められ、前記磁場変向体の端部から外部にかけて大きく広がるように変向される。これにより、前記基板の厚さ方向に沿う磁気、および当該方向と異なる前記磁気インピーダンス素子の検出方向における磁気を、より高精度に検出することができる。また、前記磁場変向体のうち前記搭載面側が小断面とされていることにより、これに対応して配置される前記磁気インピーダンス素子として、より小サイズのものを採用できる。したがって、前記磁気検出装置の小型化および高精度化を図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る磁気検出装置の一例を示す平面図である。図１の磁気検出装置を示す要部平面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図１の磁気検出装置の基板を示す平面図である。図１の磁気検出装置の磁気インピーダンス素子を示す要部平面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿断面図である。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１の磁気検出装置の磁気インピーダンス素子の他の例を示す要部平面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本発明に係る磁気検出装置の一例を示している。本実施形態の磁気検出装置Ａ１は、基板１、絶縁層２、導電層３、主面側絶縁膜４１、主面電極パッド５１、封止樹脂部６、２つの磁気インピーダンス素子７、制御素子７９および磁場変向体８を備えている。磁気検出装置Ａ１は、たとえば携帯型電話機などに搭載されて、方位を検知するために用いられる。磁気検出装置Ａ１は、たとえば平面視において一辺の長さが１．２〜１．４ｍｍ程度の矩形状である。

図１は、磁気検出装置Ａ１を示す平面図である。図２は、絶縁層２、主面側絶縁膜４１および主面電極パッド５１を理解の便宜上省略した磁気検出装置Ａ１を示す要部平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

基板１は、半導体材料の単結晶よりなる。本実施形態においては、基板１は、Ｓｉ単結晶からなる。基板１の材質は、Ｓｉに限定されず、たとえば、ＳｉＣであってもよい。基板１の厚さは、たとえば、４８０μｍ程度である。基板１には、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９が配置されている。

基板１は、主面１１１と、裏面１１２と、を有する。なお、図４は、基板１を示す平面図である。

主面１１１は、厚さ方向の一方を向く。主面１１１は平坦である。主面１１１は厚さ方向に直交する。主面１１１は、（１００）面、あるいは、（１１０）面である。本実施形態では、主面１１１は、（１００）面である。

裏面１１２は、厚さ方向の他方を向く。すなわち、裏面１１２および主面１１１は互いに反対側を向く。裏面１１２は平坦である。裏面１１２は厚さ方向に直交する。

基板１には、素子配置用凹部１４および２つの貫通孔１９が形成されている。

素子配置用凹部１４は、主面１１１から凹んでいる。素子配置用凹部１４には、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９が配置されている。素子配置用凹部１４の深さ（主面１１１と後述の素子配置用凹部底面１４２との、厚さ方向における離間寸法）は、たとえば、２２０μｍ程度である。素子配置用凹部１４は、厚さ方向視において矩形状である。素子配置用凹部１４の形状は、主面１１１として（１００）面を採用したことに依存している。

素子配置用凹部１４は、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部底面１４２、素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４を有している。

素子配置用凹部底面１４２は、基板１の厚さ方向において主面１１１と同じ側を向く。素子配置用凹部底面１４２は、厚さ方向視において矩形状である。素子配置用凹部底面１４２には、磁気インピーダンス素子７が配置されている。素子配置用凹部底面１４２は、厚さ方向に直交する面である。

素子配置用凹部第１側面１４１は、素子配置用凹部底面１４２から起立する。素子配置用凹部第１側面１４１は、素子配置用凹部底面１４２につながっている。素子配置用凹部第１側面１４１は、厚さ方向に対し傾斜している。厚さ方向に直交する平面に対する素子配置用凹部第１側面１４１の角度は、５５度である。これは、主面１１１として（１００）面を採用したことに由来している。素子配置用凹部第１側面１４１は、４つの平坦面を有している。

素子配置用凹部中間面１４３は、素子配置用凹部底面１４２につながっている。素子配置用凹部中間面１４３は、厚さ方向において主面１１１と同じ側を向いている。素子配置用凹部中間面１４３は、厚さ方向視において互いに平行な２つの帯状部分を有し、平坦面である。

素子配置用凹部第２側面１４４は、素子配置用凹部中間面１４３から起立する。素子配置用凹部第２側面１４４は、主面１１１につながっている。素子配置用凹部第２側面１４４は、厚さ方向に対し傾斜している。厚さ方向に直交する平面に対する素子配置用凹部第２側面１４４の角度は、５５度である。これは、主面１１１として（１００）面を採用したことに由来している。素子配置用凹部第２側面１４４は、４つの平坦面を有している。なお、２つの素子配置用凹部第１側面１４１と２つの素子配置用凹部第２側面１４４とは、互いに連続である。

貫通孔１９は、基板１における一部分を素子配置用凹部底面１４２から裏面１１２へと貫通している。本実施形態では、貫通孔１９の個数は、２つであり、平面視矩形状とされた素子配置用凹部１４の辺方向に沿って離間配置されている。貫通孔１９の深さは、たとえば、２６０μｍ程度である。基板１の厚さ方向視における１９の裏面１１２における開口寸法は、たとえば、４２０μｍ程度である。本実施形態では、貫通孔１９は、厚さ方向視において、矩形状である。また、本実施形態においては、貫通孔１９は、厚さ方向において主面１１１側から裏面１１２側に向かうほど断面寸法が大である。

貫通孔１９は、貫通孔内面１９１を有する。

貫通孔内面１９１は、基板１の厚さ方向に対して傾斜している。貫通孔内面１９１は、４つの平坦面を有している。本実施形態では、貫通孔内面１９１は、素子配置用凹部底面１４２および裏面１１２につながっている。厚さ方向に直交する平面に対する貫通孔内面１９１の角度は、５５度である。これは、主面１１１として（１００）面を採用したことに由来している。

絶縁層２は、導電層３と基板１との間に介在している。絶縁層２の厚さは、たとえば０．１〜１．０μｍ程度である。絶縁層２は、たとえば、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＮよりなる。

絶縁層２は、凹部内面絶縁部２１および主面側絶縁部２７を有する。

凹部内面絶縁部２１は、基板１の素子配置用凹部１４に形成されている。本実施形態では、凹部内面絶縁部２１は、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部底面１４２、素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４のすべてに形成されている。凹部内面絶縁部２１は、たとえば熱酸化によって形成されている。凹部内面絶縁部２１は、たとえば、ＳｉＯ₂よりなる。

主面側絶縁部２７は、基板１の主面１１１に形成されている。主面側絶縁部２７は、凹部内面絶縁部２１と同様に、たとえば、ＳｉＯ₂よりなる。

導電層３は、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９に導通する。導電層３は、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９に入出力する電流経路を構成するためのものである。導電層３は、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部底面１４２、素子配置用凹部中間面１４３、素子配置用凹部第２側面１４４および主面１１１に形成されている。

導電層３は、たとえばシード層およびメッキ層を含む。

シード層は、所望のメッキ層を形成するためのいわゆる下地層である。シード層は、基板１とメッキ層との間に介在している。シード層は、たとえばＣｕよりなる。シード層は、たとえばスパッタリングによって形成される。シード層の厚さは、たとえば、１μｍ以下である。

メッキ層は、シード層を利用した電解めっきによって形成される。メッキ層は、たとえばＣｕあるいはＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕなどが積層された層よりなる。メッキ層の厚さは、たとえば３〜１０μｍ程度である。メッキ層の厚さは、シード層の厚さよりも厚い。

導電層３は、素子配置用凹部パッド３３および主面側パッド３４を含む。

素子配置用凹部パッド３３は、素子配置用凹部１４に形成されており、特に素子配置用凹部底面１４２に形成されたものを含む。また、素子配置用凹部パッド３３は、素子配置用凹部中間面１４３に形成されたものを含んでいてもよい。素子配置用凹部底面１４２に形成された素子配置用凹部パッド３３は、磁気インピーダンス素子７を素子配置用凹部底面１４２に搭載するために用いられる。素子配置用凹部中間面１４３に形成された素子配置用凹部パッド３３は、制御素子７９を素子配置用凹部中間面１４３に搭載するために用いられる。

主面側パッド３４は、主面１１１に形成されており、主面電極パッド５１を設けるために用いられるものである。本実施形態においては、複数の主面側パッド３４が、平面視矩形状とされた素子配置用凹部１４の２辺に沿って配置されている。

また、導電層３は、素子配置用凹部パッド３３および主面側パッド３４を適宜導通させるための帯状部分を含んでいる。

主面側絶縁膜４１は、主面１１１に形成されている。主面側絶縁膜４１と基板１との間に導電層３が介在している。主面側絶縁膜４１は、たとえばＳｉＮよりなる。主面側絶縁膜４１は、たとえば、ＣＶＤによって形成されている。また、主面側絶縁膜４１には、貫通孔４１１が形成されている。貫通孔４１１は、主面側絶縁膜４１を厚さ方向に貫通しており、平面視において導電層３の主面側パッド３４と重なっている。

主面電極パッド５１は、主面側絶縁膜４１上に形成されており、平面視において主面１１１および素子配置用凹部１４に重なる位置に配置されている。主面電極パッド５１は、貫通孔４１１を通して導電層３の主面側パッド３４に接している。また、主面電極パッド５１は、制御素子７９に導通している。主面電極パッド５１は、たとえば基板１に近い順に、Ｎｉ層、Ｐｄ層、およびＡｕ層が積層された構造となっている。本実施形態では、主面電極パッド５１は矩形状である。

封止樹脂部６は、素子配置用凹部１４に充填され、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９を覆っている。封止樹脂部６は、第１封止樹脂部６１および第２封止樹脂部６２を含む。第１封止樹脂部６１は、磁気インピーダンス素子７を覆っており、素子配置用凹部底面１４２および素子配置用凹部第１側面１４１によって囲まれた空間に充填されている。第２封止樹脂部６２は、制御素子７９を覆っており、素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４によって囲まれた空間に充填されている。封止樹脂部６の材質としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂、および、シリコーン樹脂が挙げられる。封止樹脂部６は、透光性樹脂または非透光性樹脂のいずれであってもよいが、本実施形態においては、非透光性樹脂が好ましい。

磁気インピーダンス素子７は、磁気インピーダンス効果を利用して磁気を検出する素子である。図２に示すように、磁気インピーダンス素子７は、平面視において貫通孔１９と重なるように配置されており、本実施形態においては、互いの中心が略一致している。

図５は、磁気インピーダンス素子７を示す要部平面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。

磁気インピーダンス素子７は、素子基板７１、２つのワイヤ７２、コイル７３１、コイル７３２、絶縁部７４、絶縁膜７５および複数の電極パッド７６を備えている。

素子基板７１は、磁気インピーダンス素子７の土台となるものであり、少なくとも表面が絶縁性を有する材質からなり、たとえば適所にＳｉＯ₂などからなる絶縁層が設けられたＳｉ基板である。本実施形態においては、素子基板７１は、平面視矩形状である。素子基板７１には、２つの溝部７１１が形成されている。溝部７１１は、互いに平行に延びており、若干の隙間を隔てて隣り合うように配置されている。また、本実施形態においては、２つの溝部７１１は、素子基板７１の対角線方向に延びている。

ワイヤ７２は、磁気インピーダンス素子７による磁気の検出方向を決定するものである。ワイヤ７２は、磁気に感応してインピーダンス変化や磁束量変化を生じる感磁体であり、本実施形態においては、たとえばアモルファスからなる。ワイヤ７２は、たとえば断面円形状である。２つのワイヤ７２は、素子基板７１の２つの溝部７１１に各別に収容されている。

なお、図２に示すように、２つの磁気インピーダンス素子７のワイヤ７２が延びる方向（検出方向）は、互いに異なっており、本実施形態においては、互いに直角である。

コイル７３１およびコイル７３２は、感磁体としてのワイヤ７２の変化量を検出する検出手段である。コイル７３１は、２つのワイヤ７２の長手方向における一方側を収容している。コイル７３２は、２つのワイヤ７２の他方側を収容している。本実施形態においては、コイル７３１およびコイル７３２を形成するために、磁気インピーダンス素子７は、下層導電層７３４および上層導電層７３５からなる素子導電層７３を備えている。また、平面視において、コイル７３１とコイル７３２との間に、基板１の貫通孔１９の素子配置用凹部底面１４２への開口部が配置されている。

下層導電層７３４は、素子基板７１の表面に形成された層である。上層導電層７３５は、その一部が下層導電層７３４の一部に接し、また他の一部が下層導電層７３４から離間して重なるように形成された層である。下層導電層７３４および上層導電層７３５は、たとえばＣｕからなるメッキ層である。

図６に示すように、コイル７３１およびコイル７３２においては、下層導電層７３４の複数の帯状部分と、上層導電層７３５の複数の帯状部分とが、各々の端部どうしが順次接していることにより、２つのワイヤ７２を螺旋状に取り囲む形態が実現されている。また、図７に示すように、２つのワイヤ７２の端部同士は、上層導電層７３５の一部によって接続されている。

絶縁部７４は、溝部７１１に充填されており、ワイヤ７２を覆うとともに、下層導電層７３４と上層導電層７３５との所望の部位同士を絶縁している。ワイヤ７２は、たとえばＳｉＯ₂またはＳｉＮなどである。

また、磁気インピーダンス素子７は、複数のパッド部７３６を有している。複数のパッド部７３６は、素子導電層７３の下層導電層７３４の一部によって形成されている。本実施形態においては、６つのパッド部７３６が設けられている。２つずつのパッド部７３６が、コイル７３１、コイル７３２および２つのワイヤ７２にそれぞれ導通している。

絶縁膜７５は、素子基板７１の片面および素子導電層７３のほとんどを覆っている。絶縁膜７５は、絶縁性の材料からなる膜であり、たとえばＳｉＯ₂またはＳｉＮなどからなる。絶縁膜７５には、複数の貫通孔７５１が形成されている。貫通孔７５１は、絶縁膜７５を厚さ方向に貫通しており、平面視においてパッド部７３６と重なっている。これにより、複数のパッド部７３６の一部ずつが絶縁膜７５から露出している。

複数の電極パッド７６は、絶縁膜７５上に設けられており、たとえばＮｉおよびＡｕが積層されたものである。各電極パッド７６は、絶縁膜７５の貫通孔７５１を通してパッド部７３６に導通している。複数の電極パッド７６は、磁気検出装置Ａ１において、素子配置用凹部底面１４２に配置された複数の素子配置用凹部パッド３３に対して、たとえばハンダによって接合される。

磁場変向体８は、感磁体であるワイヤ７２の検出方向とは異なる方向の磁場を変向することにより、ワイヤ７２の検出方向およびこれと異なる方向の磁気の検出を磁気インピーダンス素子７に実現させるものである。磁場変向体８は、基板１の貫通孔１９に収容されており、本実施形態においては、貫通孔１９の内部すべてが磁場変向体８によって埋められている。磁場変向体８は、磁場変向体として機能させうる軟磁性体からなり、このましくはパーマロイからなる。貫通孔１９は、磁場変向体８に収容されていることにより、四角錐形状とされている。本実施形態においては、磁場変向体８の図中上端と磁気インピーダンス素子７との距離は、２０μｍ程度である。

磁場変向体８に対して図中上下方向に沿った磁場が存在する場合、磁場変向体８の内部において磁束密度が高められ、磁場変向体８の図中上方においては、磁束が広がるように変向される。磁気インピーダンス素子７の磁場に対する姿勢によって、磁場変向体８から広がる磁束の密度が変化する。この変化は、コイル７３１によって検出される磁気強度と、コイル７３２によって検出される磁気強度とのアンバランスとなって現れる。これを利用することにより、１つの磁気インピーダンス素子７によって２方向の磁気を検出することができる。

制御素子７９は、２つの磁気インピーダンス素子７を用いた磁気検出制御を行う素子である。すなわち、制御素子７９は、各磁気インピーダンス素子７のワイヤ７２への高周波のパルス電流の通電や、コイル７３１およびコイル７３２における起電圧の検出、などの処理を行う。本実施形態においては、制御素子７９は、いわゆるＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）素子である。

次に、磁気検出装置Ａ１の製造方法の一例について、図８〜図１８を参照しつつ、以下に説明する。

まず、図８に示すように基板１を用意する。基板１は、半導体材料の単結晶からなり、本実施形態においては、Ｓｉ単結晶からなる。基板１の厚さは、たとえば４８０μｍ程度である。基板１は、上述した磁気検出装置Ａ１の基板１を複数個得ることのできるサイズである。すなわち、以降の製造工程においては、複数の磁気検出装置Ａ１を一括して製造する手法を前提としている。１つの磁気検出装置Ａ１を製造する方法であっても構わないが、工業上の効率を考慮すると、複数の磁気検出装置Ａ１を一括して製造する手法が現実的である。なお、図８に示す基板１は、磁気検出装置Ａ１における基板１とは厳密には異なるが、理解の便宜上、いずれの基板についても、基板１として表すものとする。

基板１は、互いに反対側を向く主面１１１および裏面１１２を有している。本実施形態においては、主面１１１として結晶方位が（１００）である面、すなわち（１００）面を採用する。

次いで、図９に示すように、貫通孔１９を形成する。この工程は、たとえば、裏面１１２をたとえば酸化させることによりＳｉＯ₂からなるマスク層を形成する。このマスク層の厚さは、たとえば０．７〜１．０μｍ程度である。

次いで、前記マスク層に対してたとえばエッチングによるパターニングを行う。これにより、前記マスク層にたとえば矩形状の開口を形成する。この開口の形状および大きさは、最終的に得ようとする貫通孔１９の形状および大きさに応じて設定する。

次いで、基板１に対して、たとえばＫＯＨを用いた異方性エッチングによって行う。この際、主面１１１は、エッチングされない酸化膜などによって保護しておく。ＫＯＨは、Ｓｉ単結晶に対して良好な異方性エッチングを実現しうるアルカリエッチング溶液の一例である。これにより、基板１には、貫通孔１９が形成される。この貫通孔１９は、底面および貫通孔内面１９１を有する。前記底面は、厚さ方向に対して直角である。貫通孔内面１９１が厚さ方向に直交する平面に対してなす角度は、５５°程度となる。

次いで、図１０に示すように、磁場変向体８を形成する。磁場変向体８の形成は、たとえば軟磁性体としてのパーマロイを含むペーストを用意し、このペーストをスキージなどを用いて貫通孔１９内に塗りこむ。この際、貫通孔１９の内部すべてを前記ペーストによって埋めることが好ましい。そして、基板１とともに前記ペーストを焼成することにより、貫通孔１９に収容された磁場変向体８が得られる。

次いで、主面１１１をたとえば酸化させることによりＳｉＯ₂からなるマスク層を形成する。このマスク層の厚さは、たとえば０．７〜１．０μｍ程度である。

次いで、前記マスク層に対してたとえばエッチングによるパターニングを行う。これにより、前記マスク層にたとえば矩形状の開口を形成する。この開口の形状および大きさは、最終的に得ようとする素子配置用凹部１４の形状および大きさに応じて設定する。

次いで、基板１に対して、たとえばＫＯＨを用いた異方性エッチングによって行う。ＫＯＨは、Ｓｉ単結晶に対して良好な異方性エッチングを実現しうるアルカリエッチング溶液の一例である。これにより、基板１には、凹部が形成される。この凹部は、底面および側面を有する。前記底面は、厚さ方向に対して直角である。前記側面が厚さ方向に直交する平面に対してなす角度は、５５°程度となる。

次いで、前記マスク層の開口を拡大する。続いて、上述したＫＯＨを用いた異方性エッチングによって行う。そして、前記マスク層を除去する。この２段階のエッチングを行うことにより、図１１に示す素子配置用凹部１４が形成される。素子配置用凹部１４は、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部底面１４２、素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４を有しており、主面１１１から凹んでいる。素子配置用凹部１４は、厚さ方向視矩形状である。

次いで、図１２に示すように、熱酸化させることにより、主面１１１、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部底面１４２、素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４に、絶縁層２を形成する。この絶縁層２は、上述した凹部内面絶縁部２１および主面側絶縁部２７となる。

次いで、図１３に示すように、導電層３を形成する。導電層３の形成は、シード層およびメッキ層の形成を含む。シード層は、たとえばＣｕを用いたスパッタリングを行った後にパターニングを施すことにより、形成される。メッキ層の形成は、たとえばシード層を利用した電解メッキによって行う。この結果、たとえばＣｕあるいはＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕなどが積層された層からなるメッキ層が得られる。シード層およびメッキ層は、積層されることにより導電層３をなす。この際、導電層３は、たとえば素子配置用凹部パッド３３および主面側パッド３４を含む形状とされている。

次いで、図１４に示すように、磁気インピーダンス素子７を素子配置用凹部１４に配置する。より具体的には、磁気インピーダンス素子７を素子配置用凹部底面１４２に搭載する。磁気インピーダンス素子７には、たとえばはんだボールを形成しておく。はんだボールには、フラックスを塗布しておく。このフラックスの粘着性を利用して、磁気インピーダンス素子７を素子配置用凹部底面１４２の素子配置用凹部パッド３３に載置する。そして、リフロー炉によって上記はんだボールを溶融させた後に硬化させることにより、磁気インピーダンス素子７の配置が完了する。はんだボールを形成する手法の他に、導電層３の素子配置用凹部パッド３３にはんだペーストを塗布しておく手法を採用してもよい。

次いで、図１５に示すように、第１封止樹脂部６１を形成する。第１封止樹脂部６１の形成は、たとえば浸透性に優れるとともに、感光することによって硬化する樹脂材料を素子配置用凹部底面１４２および素子配置用凹部第１側面１４１に囲まれた空間に磁気インピーダンス素子７を覆うように充填し、これを硬化させることによって行う。

次いで、図１６に示すように、制御素子７９を素子配置用凹部１４に配置する。より具体的には、制御素子７９を素子配置用凹部中間面１４３に搭載する。制御素子７９には、たとえばはんだボールを形成しておく。はんだボールには、フラックスを塗布しておく。このフラックスの粘着性を利用して、素子配置用凹部中間面１４３の素子配置用凹部パッド３３に制御素子７９を載置する。そして、リフロー炉によって上記はんだボールを溶融させた後に硬化させることにより、制御素子７９の配置が完了する。はんだボールを形成する手法の他に、導電層３の素子配置用凹部パッド３３にはんだペーストを塗布しておく手法を採用してもよい。

次いで、図１７に示すように、第２封止樹脂部６２を形成する。第２封止樹脂部６２の形成は、たとえば浸透性に優れるとともに、感光することによって硬化する樹脂材料を素子配置用凹部中間面１４３および素子配置用凹部第２側面１４４に囲まれた空間に制御素子７９を覆うように充填し、これを硬化させることによって行う。

次いで、図１８に示すように、主面側絶縁膜４１を形成する。主面側絶縁膜４１は、たとえばＳｉＮを用いたＣＶＤを行った後にパターニングを施すことにより、形成される。この際、主面側絶縁膜４１に貫通孔４１１を形成しておく。

この後は、主面電極パッド５１を形成する。主面電極パッド５１は、たとえばＮｉ，Ｐｄ，Ａｕなどの金属を無電解めっきすることにより形成される。

そして、基板１をたとえばダイサーによって切断するこれにより、図１〜図３に示した磁気検出装置Ａ１が得られる。

なお、磁場変向体８は、上述した手法の他に、たとえばメッキによって形成してもよい。パーマロイを含む前記ペーストを焼成する場合は、焼成温度が高いため、焼成の後に磁気インピーダンス素子７や制御素子７９を搭載している。メッキによる場合は、磁気インピーダンス素子７および制御素子７９と搭載した後に磁場変向体８を形成することも可能である。

次に、磁気検出装置Ａ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、素子配置用凹部底面１４２側から裏面１１２側に向かうほど断面寸法が大となる貫通孔１９に磁場変向体８が収容されている。これにより、磁束は、磁場変向体８のうち素子配置用凹部底面１４２側の部分において密度が高められ、磁場変向体８の端部から外部にかけて大きく広がるように変向される。これにより、基板１の厚さ方向に沿う磁気、および当該方向と異なるワイヤ７２が延びる方向における磁気を、より高精度に検出することができる。また、磁場変向体８のうち素子配置用凹部底面１４２側が小断面とされていることにより、これに対応して配置される磁気インピーダンス素子７として、より小サイズのものを採用できる。したがって、磁気検出装置Ａ１の小型化および高精度化を図ることができる。

磁気インピーダンス素子７と制御素子７９とを積層するように、素子配置用凹部１４に収容することにより、基板１の厚さ方向における磁気検出装置Ａ１のサイズを縮小することができる。

Ｓｉからなる基板１を用い、主面１１１および裏面１１２として（１００）面を選択することにより、素子配置用凹部第１側面１４１、素子配置用凹部第２側面１４４および貫通孔内面１９１を顕著に平滑な面とすることができる。これは、素子配置用凹部第１側面１４１および素子配置用凹部第２側面１４４に導電層３を適切に形成可能であるという利点がある。また、磁場変向体８を所望の整った角錐形状に仕上げるのに適している。磁場変向体８の形状が正確であるほど、磁気インピーダンス素子７との位置決めが正確となり、磁気検出装置Ａ１の高精度化に好ましい。

１つの素子配置用凹部１４に２つの磁気インピーダンス素子７を収容することは、磁気検出装置Ａ１の小型化に好適であり、かつ１つの磁気検出装置Ａ１で３方向の磁気を検出することができる。

図１９は、磁気検出装置Ａ１に用いられる磁気インピーダンス素子７の変形例を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

本変形例においては、磁気インピーダンス素子７は、１つのワイヤ７２を備えている。ワイヤ７２の一方側部分は、コイル７３１に収容されており、他方側部分は、コイル７３２に収容されている。本変形例においても、磁気インピーダンス素子７は、６つのパッド部７３６および６つの電極パッド７６を備えている。

このような変形例によっても、磁気検出装置Ａ１の小型化と高精度化とを図ることができる。

本発明に係る磁気検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る磁気検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１磁気検出装置
１基板
１１１主面
１１２裏面
１４素子配置用凹部
１４２素子配置用凹部底面
１４１素子配置用凹部第１側面
１４３素子配置用凹部中間面
１４４素子配置用凹部第２側面
１９貫通孔
１９１貫通孔内面
２絶縁層
２１凹部内面絶縁部
２７主面側絶縁部
３導電層
３１シード層
３２メッキ層
３３素子配置用凹部パッド
３４主面側パッド
４１主面側絶縁膜
４１１貫通孔
５１主面電極パッド
６封止樹脂部
６１第１封止樹脂部
６２第２封止樹脂部
７磁気インピーダンス素子
７１素子基板
７１１溝部
７２ワイヤ
７３１コイル
７３２コイル
７４絶縁部
７３素子導電層
７３４下層導電層
７３５上層導電層
７３６パッド部
７５絶縁膜
７５１貫通孔
７６電極パッド
７９制御素子
８磁場変向体

Claims

磁気インピーダンス素子と磁場変向体とを備えた磁気検出装置であって、
厚さ方向において互いに反対側を向く搭載面および裏面と、前記搭載面および前記裏面に到達し、且つ前記搭載面側から前記裏面側に向かうほど断面寸法が大となる貫通孔と、を有し、半導体材料よりなる基板をさらに備えており、
前記磁気インピーダンス素子は、前記搭載面に搭載されており、
前記貫通孔に前記磁場変向体が収容されており、
前記基板は、前記裏面とは反対側を向く主面と、この主面から凹み、且つ素子配置用凹部底面を有する素子配置用凹部と、を更に有しており、
前記搭載面は、前記素子配置用凹部底面であり、
前記基板は、２つの前記貫通孔を有しており、
前記２つの貫通孔に対応する、互いの検出方向が異なる２つの前記磁気インピーダンス素子を備えることを特徴とする、磁気検出装置。
前記素子配置用凹部底面は、前記厚さ方向に直交する面である、請求項１に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部は、前記素子配置用凹部底面から起立する素子配置用凹部第１側面を有する、請求項２に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部第１側面は、前記厚さ方向に対して傾斜している、請求項３に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部は、前記素子配置用凹部第１側面に繋がり、且つ前記素子配置用凹部底面と同じ側を向く素子配置用凹部中間面を有する、請求項４に記載の磁気検出装置。
前記磁気インピーダンス素子を用いた磁気検出制御を行う制御素子をさらに備えており、
前記制御素子は、前記素子配置用凹部中間面に搭載されている、請求項５に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部は、前記素子配置用凹部中間面から起立する素子配置用凹部第２側面を有する、請求項６に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部第２側面は、前記厚さ方向に対して傾斜している、請求項７に記載の磁気検出装置。
前記素子配置用凹部は、前記厚さ方向視において矩形状である、請求項７または８のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記基板に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、且つ前記磁気インピーダンス素子および前記制御素子に導通する導電層とを更に備える、請求項９に記載の磁気検出装置。
前記絶縁層は、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＮよりなる、請求項１０に記載の磁気検出装置。
前記絶縁層は、前記素子配置用凹部の内面に形成された凹部内面絶縁部を含む、請求項１０または１１に記載の磁気検出装置。
前記導電層は、前記素子配置用凹部底面、前記素子配置用凹部第１側面、および前記素子配置用凹部中間面にわたって形成されている、請求項１０ないし１２のいずれかに記載
の磁気検出装置。
前記導電層は、前記素子配置用凹部中間面、前記素子配置用凹部第２側面および前記主面にわたって形成されている、請求項１３に記載の磁気検出装置。
前記磁場変向体は、前記貫通孔の内部空間のすべてを埋めている、請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記磁場変向体は、軟磁性体からなる、請求項１５に記載の磁気検出装置。
前記軟磁性体は、パーマロイである、請求項１６に記載の磁気検出装置。
前記磁気インピーダンス素子は、１以上のワイヤと、このワイヤに対して絶縁されており、且つこのワイヤに収容された１以上のコイルと、を備える、請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記ワイヤは、前記搭載面に沿って配置されている、請求項１８に記載の磁気検出装置。
１つの前記ワイヤに対して、２つの前記コイルが、前記ワイヤの長手方向に離間して配置されている、請求項１８または１９に記載の磁気検出装置。
前記磁気インピーダンス素子は、互いに平行に配置された２つの前記ワイヤを備える、請求項１８ないし２０のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記磁気インピーダンス素子は、前記２つのワイヤの長手方向一方側部分に配置された１つの前記コイルと、前記２つのワイヤの長手方向他方側部分に配置された他の１つの前記コイルと、を備える、請求項２１に記載の磁気検出装置。
前記２つの磁気インピーダンス素子は、１つの前記素子配置用凹部に配置されている、請求項１ないし２２のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記基板は、半導体材料の単結晶よりなる、請求項１ないし２３のいずれかに記載の磁気検出装置。
前記半導体材料は、Ｓｉである、請求項２４に記載の磁気検出装置。
前記搭載面および前記裏面は、前記基板の厚さ方向に直交し、且つ、平坦である、請求項２５に記載の磁気検出装置。
前記搭載面および前記裏面は、（１００）面である、請求項２６に記載の磁気検出装置。