JPH02162279A - 磁気抵抗素子およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高感度の強磁性体薄膜からなる磁気抵抗素子
およびその製造法に関する。

［従来の技術］ 本発明者らは既に、特開昭６２−１２８５７８号公報。

特開昭６２−１３１５８９号公報および特開昭［ｉ３−
１７０９８１号公報において強磁性薄膜磁気抵抗素子の
技術を提案している。第９図（＾）にその−例の上面図
を、第９図（Ｂ）にその＾−Ａ線に沿った断面図を示す
。この従来例は絶縁性基板１上に強磁性薄膜３で３端子
形のセンサ部を形成したものである。５は保護膜、７は
リード線、８は樹脂被覆層である。これら従来の技術に
おいては、第９図（＾）および（Ｂ）に示されているよ
うに、リード７の取り出し部の電極すなわち端子部と、
磁界を検知するセンサエレメント部とが同一平面上に形
成されることを基本としている。このような構造を有す
る磁気抵抗素子は、それを直流モータの速度検出素子と
して利用する場合に、基本的には第１０図に示されてい
るような配置で使用される。この場合着磁されたリング
１１が磁気信号源となり、その磁界強度は着磁ピッチが
微細になるほど弱くなる。近年、モータの小型化、高精
度化が進みその着磁ピッチは微細になってきているため
、磁気信号源と素子１３のセンサ部とのギャップを非常
に狭く、例えば１００μＩ程度にする必要が生じる。し
かるに、第９図に示されているような従来の素子１３で
は、リード取り出しのための端子部１４は、通常ハンダ
付けまたは類似の方法でボンディングされており、かつ
補強のためそのボンディング部は樹脂によりモールドさ
れた構造となっている。すなわち、ボンディングおよび
モールド部がセンサ面よりも突出している。そのため従
来は、このモールド部を含めた素子全体を磁気信号源１
１に対向させると、第１θ図に示したごとく、センサ部
を磁気信号に充分に近付けることができず、そのため充
分な出力を得ることができないという問題があった。特
に小型のモータで精度のよい角速度検出をしようとする
とこの問題は大きかった。また、出力の低下を招かない
ようにするため、センサ部を磁気信号に近付けることが
できる・ように、端子部１４をセンサ部に対して離れた
位置に形成するという方法があるが、第１１図に示した
ように、この場合素子１５の小型化が図れないとともに
、磁気信号源に素子を対向配置する際、信号源の厚みｔ
以上の空間を必要とし、その結果モータの小型化、薄型
化を図ることができない等の問題が生じていた。特に、
磁気抵抗素子の小型化は、素子コストを下げると共に、
それを含めたシステムの小型化につながる。そのため、
素子の小型化は長年の課題であった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、以上説明したような問題点を解消し、
端子部のモールド突出による弊害のない素子配置で使用
できる、すなわちリードの取り出し部が磁気信号の検出
に障害となり、または素子やモータの小型化に障害とな
ることのない構造の強磁性体薄膜よりなる磁気抵抗素子
とその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、強磁性体
材料の薄膜を磁気センサ部として利用する磁気抵抗素子
において、薄膜から成るセンサ部が、素子を構成するペ
レット上の他の部分に対して突出していることを特徴と
する。

本発明方法は、高さが少なくとも２０μｍの突出部を１
力所以上有する絶縁性基板に強磁性体薄膜を被着させる
工程を含むことを特徴とする。

［作　用］ 本発明の磁気抵抗素子は、センサ部のみを素子基板面上
で突出させる構造をとり、リード取り出しのための端子
部をセンサ面よりも低い位置に形成する。従って、ボン
ディング部を補強する目的でモールドした際、そのモー
ルド表面をセンサ面と同一レベルに形成することもでき
る。また、従来の製造プロセスを大幅に変えることなく
、すなわちプロセスコストの上昇なく量産でき、かつ小
型化しても素子の基本特性が従来と比して同等である。

さらに実使用上、従来よりもその特性を最大限に生かす
ことができる位置に配置することができる素子構造であ
る。

本発明によれば、強磁性薄膜からなる磁気抵抗素子を小
型化することができ、小型化を図っても磁気信号源に対
して、使用上最適位置にて磁界検出することが可能であ
る。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明を説明する。

第１図（＾）は、本発明の磁気抵抗素子の実施例の上面
図、同図（［Ｉ）は同図（Ａ）の＾−＾線に沿った断面
図である。この例は、第９図に示した従来例と同じ３端
子の素子の例を示しである。

第１図（＾）、（Ｂ）において１は絶縁性基板、２は絶
縁性の材料からなる焼成膜、３は強磁性体薄膜であり、
センサ部を形成している。４＾、４Ｂ、４Ｃは外部接続
のための端子電極部である。センサ部を含む強磁性体薄
膜は保護膜５で覆われている。第１図では素子ベレット
の構成を示しており、リードおよびモールド樹脂の図示
は省略しである。

第２図は、本発明実施例において、端子電極４とリード
７とがハンダ６を介して接続されている場合の素子断面
図を示している。リード接続部近傍は樹脂８で覆われた
構造となっている。また、第３図は本発明実施例におい
て、端子電極４とリード７とをワイヤ９を介して接続し
た場合の断面構造を示しており、素子ベレットが樹脂８
で覆われた構造となっている。

通常、磁気抵抗素子は１０００Å以下の非常に薄い薄膜
でセンサ部を形成するため、焼成１１！２０表面は凹凸
の極めて少ない鏡面状態が必要であり、好ましくは１０
０Å以下の表面粗さにする必要がある。この焼成部の形
成は、ガラス粉末あるいはペーストをスクリーン印刷等
の方法により、所要の部位に塗布し焼結してもよく、所
要の部位にガラスチップを融着してもよい、焼成膜を平
坦にし、表面を鏡面にするため焼成した後に表面を研磨
する場合も・ある。基板１と焼成膜２の表面との段差は
、端子部にモールドを施した際、モールド面が焼成膜表
面よりも１００μ履以上突出すると前述のごとく出力が
極端に低くなってしまうので、少なくとも２０μｍの段
差が必要であり、さらにその段差は好ましくは５０μｍ
以上である。しかし段差が大きすぎると、その後のフォ
トリソグラフィ工程等が困難になるので段差は３００μ
■以下が望ましい。また、基板１としては耐熱性の優れ
た材料が必要である。焼成膜形成時の温度または融着時
の温度等を考慮すると、少なくとも４００℃までは安定
な材料が好ましい、従って、基板１は、一般に半導体素
子の基板等に使われている絶縁性の基板でよいが、特に
セラミック基板、ガラス基板、サファイア基板、酸化膜
付きシリコン基板等が好ましい材料である。

また、センサ部と端子部との間に段差を設ける手段とし
ては前述のような方法とは別に、機械的な加工により基
板に段差をつけたり、初めから段差のついた基板をプレ
ス、焼結して作るという方法も等しく用ル）られる、こ
の場合もセンサ部を形成する面は鏡面にする必要があり
、その目的でセンサ部が形成される部分、あるいは基板
全°面に５ｉ０２等をコーティングする場合もある。

第４図は、機械加工して段差を設けた基板ｌＯを用いた
磁気抵抗素子の断面図を示した。

第５図には、本発明素子１２をリング状の磁気信号源１
１に対向させた場合のようすを示している。

素子１２はモールド面１２＾がセンサ面１２Ｂとほぼ同
一の位置に形成しであるので、第１０図に示した従来例
のようにセンサ部が磁気信号源と離れすぎたり、第１１
図に示した従来例のように磁気信号源の下にモールド部
をもってくる必要もない、さらに素子を磁気信号源とな
るリングの厚みよりも薄くすることもできる。

第１表に抵抗値および感度が同一となるように設計した
場合の素子ベレット形、状および３インチ角基板から採
れる素子数について従来例との比較を載せた。

第　　１　　表 本発明の素子は従来素子と抵抗および感度を同一になる
ように設計した場合、同じ基板面積で約３倍の採り数と
なる。

次に本発明の磁気抵抗素子の製造法について、第６図、
第７図および第８図を参照してその一例を述べる。第６
図は工程図の一例、第７図は各工程における素子の上面
図、第８図は第７図におけるトＢ線に沿った断面図であ
る。

第６図におけるガラス融着工程は、この例の場合、絶縁
性の基板ｌにガラスチップ２を融着し基板の一部に突出
部を設ける工程である。この工程後の基板の状況を第７
図（＾）および第８図（＾）に示す。

次は、素子パターン形成工程である。これは強磁性体薄
１１ｊ３を基板に被着した後、エツチングにより素子パ
ターンを形成する工程である。この工程により、素子は
第７哩（Ｂ）および第８図（Ｂ）に示す状態となる。

保護膜形成工程は素子の所要の部位に保護膜を付着形成
する工程である。その後端子電極形成工程が続く。

引続き、通常の半導体の電子部品等で行われているダイ
シングによる切断工程、ボンディングおよびモールド等
の工程が続いて行われ、本発明の磁気抵抗素子の製造は
完了する。

製造例１ ３インチ角アルミナセラミック基板上のセンサ部を形成
する部位に、厚み０．２５ｍｍ、１ｍｌｌ１ｘ　１．５
ｍｍ角の表面が鏡面のガラスチップを５５０℃で融着し
た。次に、基板全体を３００℃に加熱保持し、厚さ５０
０人の８１ｋＮｉ−１９ＸＦｅ合金薄膜をスパッタによ
り形成した。次いでフォトレジストをエツチングマスク
とし、塩化第二銅系のエツチング液を用い、第７図（Ｂ
）に示した如ぎセンサパターンを形成した。次に基板全
面にＰＣＶＤにより、５ｉｎ２膜を１μｌ付着させた８
次いで端子電極を形成するため、所要部位の５ｉ０２窓
明けを行い、窓明けした部分にへｕ膜を積層し、第１図
に示したような素子ベレットを３インチ角の基板上に、
約２０００偏向時に形成した。

この基板をダイシングソーにより、１．２＋＋ａ＋　ｘ
ｌ、１ｌａａ＋の素子チップに切断した。その各素子チ
ップに３本のリード線をハンダボンディングした後、エ
ポキシ樹脂を塗布硬化し、第２図に示したようなセンサ
部とモールド上面がほぼ同一面上という断面構造をもつ
本発明の磁気抵抗素子を製作した。

その素子特性を第２表に示す。比較のため従来例の値を
同時に示したが、本実施例の素子は素子チップ面積が従
来のものの約１７３であるにもかかわらず同等の抵抗値
、感度が得られている。

第　　２　　表 製造例２ ３インチ角アルミナセラミック基板手に、スクリーン印
刷法によりガラスペーストを厚み０．０５ｍｍ、１ｍｍ
ｘ　１．５ｍｍ角のパターンに塗布し、約６００℃で焼
成した。次いで、表面研磨を施し、ガラス焼成面の表面
粗さを１００Å以下にした。次に、基板全体を３００℃
に加熱保持し、厚さ５００人の８１！ｋＮｉ−１９＊Ｆ
ｅ合金薄膜をスパッタにより形成した。以降、製造例１
と同様の方法にて本発明の磁気抵抗素子を製作した。得
られた素子の特性は製造例１に示した素子と同様であっ
た。

製造例３ 表面が鏡面の厚み０．６ｍ＋ａの３インチ角ガラス基板
を、ダイヤモンドプレートを用いて、深さ０．２１１１
１１１の溝加工を施し、Ｉｎ＋ｍ　ｘ　＋、５ａｕｎ角
の突出部を後にセンサ部を形成する部位に設けた。次に
、基板全体を３００℃に加熱保持し、厚さ５００人の８
３零Ｎｉ−１７￥Ｆｅ合金薄膜をスパッタにより形成し
た。次いでフォトレジストをエツチングマスクとし、塩
化第二銅系のエツチング液を用い、製造例１と同様のセ
ンサパターンを形成した。次に基板全面にスパッタによ
り、ｓ＋ｏ２膜を２μｍ付着させた。次いで端子電極を
形成するため、所要部位のＳｉｎ、窓明けを行い、窓明
けした部分にＡｕ膜を積層し、第４図に示したような断
面構造を有する素子ベレットを３インチ角の基板上に、
約２０００測量時に形成した。

この基板をダイシングソーにより、１．２ｍｍ　ｘｌ、
８＋ｎｍの素子チップに切断した。その各素子チップと
リードとをワイヤーボンディングにて接続した後、エポ
キシ樹脂にて端子部のモールドをした。得られた素子の
特性を第３表に示す。製造例１と同等の抵抗値、感度が
得られている。

第　　３ 表 製造例４ 高さ０．１ｍｍ、１ｍｍ　Ｘ　１．５ＩＩ１ｍ角の突出
部を有するアルミナセラミック基板を金型でプレスし、
焼結して形成した。次に、基板全面にＰＣＶＤによりＳ
ｔ、２膜を３μｍ付着させ、センサ部を形成する突出部
の表面粗さを１００Å以下にした。次いで、基板全体を
３００℃に加熱保持し、厚さ５００人の８３零旧−１７
ＪＦｅ合金薄膜をスパッタにより形成した。以降、製造
例３と同様の方法で本発明の磁気抵抗素子を製作した。

得られた素子の特性は製造例３に示した素子と同様であ
った。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、従来の約１７３のチ
ップサイズの素子を作ることができる。

また、端子部モールドがセンサ面に対し、突出しない構
造の素子が製作可能であり、センサ面と磁気信号源との
ギャップを任意に設定できるので、信号源ピッチの微細
化に伴う信号磁界強度の低下にも十分に対応できる。ま
た、従来のように端子部のモールド突出部を磁気信号源
の下側にもってくる必要もないので、素子の小型化が図
れると共に、モータの薄型化、小型化にも役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示し、同図（Ａ）は素
子ベレット上面図、同図（Ｂ）は同図（八）の八−へ線
に沿った断面図、 第２図はハンダボンディングした場合の本発明実施例を
示す素子構造断面図、 第３図はワイヤーボンディングした場合の本発明実施例
を示す素子構造断面図、 第４図は第２の実施例を示す素子ベレット断面図、 第５図はリング状磁気信号源への本発明素子の配置図、 第６図は本発明磁気抵抗素子の製造法の実施例を示す工
程図、 第７図（八）および（Ｂ）は各工程における磁気抵抗素
子の上面図、 第８図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ第７図（Ａ）およ
び（Ｂ）のトＢ線に沿った断面図、 第９図は従来の磁気抵抗素子を示し、同図（Ａ）は上面
図、同図（１１１は同図（八）のＡ−Ａｔ、！１１に沿
った断面図、 第１θ図および第１１図はそれぞれリング状磁気信号源
への従来素子の配置に例を示す図である。 １．１０・・・絶縁性基板、 ２・・・焼成膜、 ３・・・強磁性体薄膜、 ４．４八、４Ｂ、４Ｃ・・・端子部、 ５・・・保護膜、 １１・・・リング状磁気信号源、 １２・・・本発明素子、 １３．１５・・・従来の素子。 リ（−ｙ！、イＴリ　の〕二面　ｂロ　ｔテＪひ°Ｗ杓
＝面　ε］第１図 大　シタ２ｐ巳コイ３「夏コσンａ−″ｉｆｆ　　圀弗 図 化ｆ）×テ克イ列／）止乍面図 第４図 慮＼イ賽号湿へ／）苓把明京千０配１図第５図 ”ｌ１ｚｔＬ？／）　大ＪＰ、ＤＪ　の）：釦ｒＡ第７
図 不光明−Ｖ止シ太の亥１克グ１］をホす工程図第６図 髪凌工程市０木〃巴４列α峻而団 第８図 ス来り帥入希ｄｔ奪チの１狛図＃−Ｊｆ＃午鉛図第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）強磁性体材料の薄膜を磁気センサ部として利用する
   磁気抵抗素子において、前記薄膜から成るセンサ部が、
   素子を構成するペレット上の他の部分に対して突出して
   いることを特徴とする磁気抵抗素子。 ２）高さが少なくとも２０μｍの突出部を１カ所以上有
   する絶縁性基板に強磁性体薄膜を被着させる工程を含む
   ことを特徴とする磁気抵抗素子の製造法。 ３）絶縁性の基板の一部に絶縁性材料からなる高さが少
   なくとも２０μｍの突出部を焼成あるいは融着すること
   により形成する工程を含むことを特徴とする磁気抵抗素
   子の製造法。 ４）高さが少なくとも２０μｍの突出部を有する基板を
   金型にて成形する工程を含むことを特徴とする磁気抵抗
   素子の製造法。 ５）機械的な加工手段により、高さが少なくとも２０μ
   ｍの突出部を有する基板を形成する工程を含むことを特
   徴とする磁気抵抗素子の製造法。