JPH02307067A - 磁気センサユニット - 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］ 本発明はホール効果を用いた高感度の磁気センサに関す
るものである。

［従来の技術］ ホール効果を応用した磁電変換素子を用いた磁気センサ
は広く使われているが、感度を増大させるために材料、
構造、あるいは製造方法などにおいて種々の工夫がなさ
れてきた。その−例として第５図および第６図に特公昭
５３−４６６７６号公報に示された高感度ホール素子を
示す。第５図は平面断面図であり、第６図は第５図のＡ
−Ａ線に沿りた立面断面図である。このホール素子１４
は第１の磁性体２上に接着剤層３．補強層１１を介して
感磁部１を設け、さらに保護層１２．接着剤層９を介し
て第２の磁性体８を設けたものである。４ａ、　４ａ’
　。

４ｂ、　４ｂ’　は入°出力電極、５は感磁部子字状部
分、６．６’　、７．７’　は入出力リード線、ｌＯは
接着剤、１３ａ、　１３ａ’　、　１３ｂ、　１３ｂ’
　はハンダ層である。

第１の磁性体２および第２の磁性体８はそれぞれホール
素子１４の表面に露出している。この構造のホール素子
は第７図に示されるような閉ループの磁性体コア１６に
設けたコア空隙１５に挿入されて、コアを貫通する導線
１７に流れる電流によってコア１６内に話起される磁束
から、導線１７に流れる電流を感度よく計測する場合な
どには特に有効である。その原理を説明すると、コア１
６およびコア空隙１５の磁束密度Ｂはコア１６の透磁率
が犬きく、かつ、コア空隙長が小さければ近似的に次式
となる。

Ｂ＃μｏＮＩ／ｄ 但しμ０　：真空透磁率、Ｎ■：起磁力、ｄ：コア空隙
長 たとえば、導線１７を流れる電流が１−１八でＮ−１回
貫通する場合には、コア空隙１５の磁束密度Ｂをホール
素子の出力信号強度上で精度よく計測できる５０〜６０
ガウス以上とするためには、コア本隙長ｄを約０．２　
ｉｏ＋以下とする必要があり、第５図および第６図の構
造のホール素子をコア空隙１５に挿入して、露出したホ
ール素子１４の磁性体２および８をコア端面１６ａおよ
び１６ｂに密着させることにより実現できる。すなわち
、このホール素子１４は全体の厚さが１〜３ｍｍあるが
、纂１の磁性体２および第２の６Ｈ性体８が空隙１５に
介入することにより、実質的な非磁性体からなる空隙ｄ
は感磁部薄膜１、接着剤層３および９．補強層１１．お
よび保護層１２だけとなり、実効的なコア空隙長ｄを約
０．１１ｎＬ１１程度以下にできるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように第５図および第６図に示した高感度のホール
素子１４を用いて第７図に示した磁気センサを構成すれ
ば、実効的なコア空隙長ｄの縮小により高感度の磁気セ
ンサが可能である。しかし、この構造の高感度ホール素
子は量産するうえで難点がある。

このホール素子は、たとえば特公昭５３−４６６７６号
公報に示される方法で製造されるが、第２の磁性体８は
軸長または一辺が０．３〜１．２Ｈの小さな円柱または
角柱であるため、接着する工程でどうしても第８図に示
されるように、感磁部１の膜面に垂直な方向から傾ぎ易
く、そのため実効的な空隙長ｄが増大し、かつ感磁部１
を通過する磁束が偏倚する。

また、第２の磁性体８は棒状あるいは板状の物体から切
断して製作するが、寸法が小さいため正しい形状に作る
ことが難しく、特に感磁部側と、その反対側の表面が平
行でない場合は影響が大きい。

これらの理由から、有効検出領域である感磁部の十字状
部分５において磁束密度が減少していずれの場合でも感
度は悪化する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、感磁部および入出力のための複数のリード線
を挟んで配設された第１および第２の磁性体を有し、２
つの磁性体のそれぞれ感磁部側でない表面が実質的に露
出し、かつ複数のリード線が感磁部を挟んで第１および
第２の磁性体の周縁部に位置することを特徴とする。

ここで第２の６Ｈ性体は感磁部と対向する側に先端が平
坦で、かつ第１の磁性体の感磁部側表面と平行な突起部
を有してもよい。

より詳しくは本発明の磁気センサユニット１４は、第１
図、第２図に示すように、感磁部１を挟んで配設された
第１の磁性体２と第２の磁性体８を有し、該磁性体の感
磁部側でない表面が実質的に露出し、感磁部に先端の平
坦な突起部８ａを有する第２の磁性体８は感磁部１．電
極４ａ、４ｂ、４ａ’４ｂ’　、　Ａンダ層１３ａ、１
３ｂ、１３’ｂ、１３ｂ　’　　、　　リード線４ａ、
４ｂ、４ａ’　　、４ｂ　’　接着層３．９および補強
層ＩＩを介して第１の磁性体２の感磁部側の表面と接し
、ざらに第１の磁性体２の感磁部側の表面と第２の磁性
体の突起部８ａの表面とをほぼ平行に保持する構造にし
ている。

すなわち、従来の高感度型ホール素子では、第２の磁性
体８を接着剤９を用いて固定する際に傾きのない状態を
規定することが困難であったが、本発明では、主として
、接着層９および間隔をおいて配設されたリード！３６
．６’　　、７．７’　の厚さを主な°寸法基準として
、第１および第２の磁性体の空隙長ｄを規定すると同時
に、両磁性体の感電部側の表面を平行に保つことを可能
にしている。

その具体的な方法は、例えば第３図に示されるような均
一の厚さからなる第２の磁性体８を用い、リード線６．
５’　　、７．７’　の厚さがそのまま非磁性空隙をな
す磁気センサユニット１４を形成する。もし第３図に示
した磁気センサユニットの構造のまま感度を向上させよ
うとすれば、非磁性空隙長ｄを縮小するため、リード線
６．６’　。

７．７′の厚さを５０Ｈｎ程度に薄くすることにより、
実効的な空隙長ｄを０．１ｍｍ以下にすることも可能で
ある。ただしリード線の厚さが約０．１ａ＋ｍ以下とな
ると、自重によるたわみ変形などが生じて磁気センサユ
ニット量産時の工程内ハンドリング、あるいは第７図に
示した磁気センサに用いる場合に電源増巾器１８との接
続でリード線同士の接触などに注意を要する。

それらが問題の場合には第１図のように第２の６ｎ性体
８に於て先端の平坦な突起部８ａを感磁部側の表面に設
ける構造にして、非磁性空隙ｄの縮小、および第１の磁
性体２の感磁部側の表面が第２の磁性体の突起部８ａの
表面と平行に保持されることの両方を同時に解決する方
法も有効である。

［作　用］ 第３図に示した磁気センサユニット１４の断面構造は各
部の厚さで感磁部１を０．５〜１．５　μｍ、リード線
を５０Ｈｎ、電極４ａ、　４ｂ、　４ａ’　、　４ｂ’
　を５〜６μｍ、ハンダ層１３ａ、１３ｂ、　１３ａ’
　　、ｉ３ｂ’　を１〜２μｍとしたり、あるいは第２
図のように第２の磁性体８に突起部８ａをリード線の厚
さ１５０〜２００μｍと同じ程度の高さで設けたりして
非磁性体空隙ｄを１００μｍ以下に短縮できる。

また平行度を規定するうえで最も影響するのは接着層お
よびリード線の非平行性、すなわち感磁部１の膜面方向
の距離に対する接着層またはり−ト線の厚さの差分の比
率である。まず、接着層３および９の非平行性は３〜４
ｍａ＋の距離に対して厚さの差分が両端で１μｍ以下、
またリード線の非平行性はリードフレームの加工精度が
±１０μｍ程度である。従って非平行性は接着層とリー
ド線のうち主として後者によって規定され、リード線間
隔を２〜３ｍｍにとれば第１および第２の磁性体の非平
行性は２０μｍ７２ｍｍすなわち１％以下となる。

これらの作用により、磁気センサユニット１４に印加し
た磁束は感磁部１の十字状部分５を確実に通過するため
、第５図および第６図に示した従来型のホール素子１４
で発生していた量産時の感度のばらつきを縮小できる。

特に、その効果は磁気センサユニットを第７図に示した
ような磁性体コア１６の空［１５に挿入して磁気センサ
として使用する場合には、平均して高感度の磁気センサ
が工業的に安定に得られることで顕著である。

［実施例コ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に本発明の実施例の平面断面図（第２図のＢ−Ｂ
線に沿った断面図）を示す。また、第２図にその立面断
面図（第１図の八−Ａ線に沿りた断面図）を示す。まず
、構造を述べると、軟磁性のフェライトからなる第１の
磁性体２の表面上に蒸着法で作成された感磁部薄膜１が
ＳｉまたはＳｉｎ、などをスパッタまたは蒸着した補強
層１１および接着剤層３を介して固定され、電極４ａ、
４ｂ、４ａ’　４ｂ’　、ハンダ層１３ａ、　１３ａ’
　　、１３ｂ、１３ｂ’　、　　リード線６゜６’　、
７．７’　を積層して、接着剤層９により軟磁性のフェ
ライトからなる突起部８ａを有する第２の磁性体８を固
定している。感磁部の十字状部分５には保護層１２を形
成して耐環境信顆性を向上させている。なお、一連の製
造工程は、前述したように、たとえば特公昭５３−４６
６７６号公報に示される方法によってなされたが、特に
注意を要する点は次の数点である。

第１に非磁性空隙ｄの短縮のため第２の磁性体８に突起
部８ａを設ける方法は、均一な厚さのフェライト板を研
削する。すなわち、第４図（＾）に断面を、第４図（Ｂ
）　に平面を示すように、フェライト板８を研削して角
柱状の突起部８ａを残して、その他の部分を削り落した
うえで、点線に沿って個別ベレットに切断分離した。な
おフェライト板の厚さは研削時の破損を避けるためには
厚めが良いが、コスト低減のためには薄めが良く、最適
の厚さが存在するが本実施例では１ｍｍとした。また、
突起部８ａの高さく段差）は−例としてリード線の厚さ
に等しくするのが良い、その理由は保護層１２と突起部
８ａとの間の非磁性空隙部をなす接着剤層９ａが、リー
ド線６．６’　　、７．７’　　と第２の磁性体８との
間の接着剤層９ｂとほぼ同じ厚さとなり、前述した非磁
性空隙長ｄの規定および量産時の操業管理が容易になる
ためである。なお、研削精度は非磁性空隙長に直接影響
するが、研削面のあらさは、磁束のほとんどが突起部８
ａを貫通するため、精密仕上を要しない、因みに本実施
例では研削精度は表面あらさを含めて±１０μｍであっ
た。

第２に平行性を保持するための方法を述べると、まず接
着剤層に対する注意としては接着剤に混入する異物、特
に粒状の固形物を完全に除去することと、接着時に磁気
センサ全体を昇温しで十分な接着剤の流動性を得ること
である。また、第１の磁性体２からリード線６．６’　
　、７．７’　まで形成の終った磁気センサユニット１
４のベレット上に最終工程として第２の磁性体８を接着
する工程で製作したが、その際接着剤９を一定量ずつ各
ベレットに滴下することも有効である。さらに、ベレッ
トを平坦な板の表面に並べてから第２の磁性体８を重ね
たのち別の平坦な板を治具として使用し、均圧するなど
の工夫も平行度保持に加えてベレット個別の非磁性空隙
長ｄを一定幅以内に平均化するうえで有効である。因み
に、本実施例では、シリコン系接着剤を用い温度１５０
℃、圧力３００ｇ／ｃｍ’で接着した。

平行性を保持するうえで最も重要なことは、前述したよ
うにリード線厚さの均一化であるが、これはリード線を
電極に接続するためのハンダ層の厚さも含むものである
。本実施例では電極およびリード線に、予め電解メッキ
法でハンダ層を形成したうえで、加熱圧接法により両者
を接続した。

因みにハンダ層の厚さは約１〜２μｍである。

製作した磁気センサユニットは４×５１１ＩＩ１１２の
面積で厚さ約２ｍ＋ａであった。また、内部構造は接着
剤層３および９が各々平均ｌＯμｍおよび２０μｍ。

補強層、感磁部、および保護層が各々平均１μ―。

リード線厚さと第２の磁性体の突起部高さはともに２０
μｍであった。

以上から本磁気センサユニット車体の非磁性空ｌｉｄは
リードフレームの加工精度の±１０μｍ、および第２の
磁性体８の研削精度の±１０μｍを含めてｄ＝３０±２
０μ■であった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば非磁性空隙ｄ極小
なる磁気センサを構成でき、磁界測定の検出感度が大幅
に向上し、第７図のような６１１性体コアと組合せれば
１アンペアターン（へ丁）程度までの電流に相当する６
ｎ界測定も可能である。特に本発明は第９図に示される
磁気平衡式電流センサに応用すれば、ゼロ点の温度依存
性、いわゆるオフセットドリフトが小さく、かつ高透磁
率の磁性体コアと組合せて使うことにより優れた周波数
特性を具備した高精度の電流センサが達成できる。

また、第１および第２の磁性体が平行に保持されること
により印加した磁束が確実に感６ｎ部の十字状部分を通
過するため、磁気センサユニットの量産時に感度のばら
つきが少なくなり、歩留りの向上によるコストの低減が
可能である。

さらに、磁気センサユニットに外圧、特に第１の磁性体
２と第２の磁性体８の間に圧迫力が加わフた場合に、感
磁部１に生じる応力を両側のリード線６．６’　、７．
７’　により支持して緩和することができる。感磁部１
に加わる応力は感磁部薄膜の亀裂やオフセット誤差、す
なわち無磁界時の信号出力を増大させる。そのため、た
とえば第７図に示した磁気センサのように、コア１５に
挿入する際のクリアランスを低減しようとして、コア空
隙幅と磁気センサユニットの厚さをぎりぎりに設定して
押し込むことによる応力発生時などに特に有効である。

従って外圧による損傷劣化が防止でき、信頼性の高い磁
気センサが実現できる。

さらに本発明による磁気センサユニットは生産性に優れ
ている。予め単体として製作して保存しておくこともで
き、またコアまたはその他の磁気検出装置に組込むこと
も容易であり、磁気センサユニットおよびそれを組込ん
だ装置の生産利便性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の平面断面図、第２図は本発明
の実施例の立面断面図、第３図は第２の磁性体が突起部
を有しない場合の立面断面図、 第４図は第２の磁性体の製法を説明する図、第５図は従
来のホール素子の平面断面図、′：ｉ３６図は従来のホ
ール素子の立面断面図、第７図は磁気センサユニットの
使用形、態を説明する図、 第８図は従来のホール素子の問題点を説明する図、 第９図は従来の磁気平衡式電流センサの基本的な構成を
示す図面である。 １・・・感磁部（薄膜）、 ２・・・第１の６ｆｉ性体、 ３・・・接着剤層、 ４ａ、４ｂ、４ａ’　、４ｂ　’　−−−入出力電極、
５・・・感６ｎ部十字状部分、 ６．６’　、７．７’　・・・人出力リード線、８．８
ａ・・・第２の磁性体および突起部、９、９ａ、９ｂ・
・・接着剤層、 １０・・・接着剤 １１・・・補強層、 １２・・・保護層、 １３ａ、１３ｂ、ｌｊａ　’　、１３ｂ’　−・−ハン
ダ層、１４・・・ホール素子あるいは磁気センサユニッ
ト、１５・・・コア空隙、 １６・・・磁性体コア、 １５ａ、１６ｂ　−：Ｔ　７端面、 １７・・・導線、 １８・・・電源増幅器、 １９・・・２次コイル。 ２−ｅ８月寝方也ｆ列の平の皮ｎｉ１口第１図 オＩＣ日月実施イ列の直Ａ動区１力躬 第２図 平坦な昶＋を体υｌる 石６汽仁ンザユニ・ノドの文面耐釦躬 第３図 第２の９１１体の製鎖ε説明１ろ口 第４図 イ疋未の悉贋＼浅ホール系今の平ｔｏの９第５図 促采の高」（良ホール尭否の１面前白目第６図 鳥４文・住６気〔ン切ユニットのイυ升ａ態と８光り月
１６目第７図 と 炎束の扁４）Ｌホー）ν孝子の問題克独睨明１６図第８
図 挟夕ミ、の禾α’ｆｔ’ｒイ９了八電６たセンサの基藝
ト的ａ万Ｘさ＆乞ν月ｊろ図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）感磁部および入出力のための複数のリード線を挟ん
   で配設された第１および第２の磁性体を有し、該２つの
   磁性体のそれぞれ感磁部側でない表面が実質的に露出し
   、かつ前記複数のリード線が前記感磁部を挟んで前記第
   １および第２の磁性体の周縁部に位置することを特徴と
   する磁気センサユニット。 ２）前記第２の磁性体は感磁部と対向する側に先端が平
   坦で、かつ前記第１の磁性体の感磁部側表面と平行な突
   起部を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気セ
   ンサユニット。