JPH03263385A - 磁気センサ - 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、磁気抵抗素子を磁気検知部に用いた磁気セン
サに関する。

〔従来の技術〕

感磁素子として磁気抵抗素子を利用した磁気センサが知
られており、ロータリーエンコーダや、モータの回転検
出等に広く利用されている。

従来、この種の磁気センサは、第５図（ａ）、（ｂ）に
示すように、磁気検知部を構成する磁気抵抗素子１２２
と、該磁気抵抗素子１２２が固定される基台１２１と、
磁気抵抗素子１２２が接続される導電端子１２６とを備
えた構造であり、一般的には、ガラス等の絶縁体からな
る基台１２１の片面に磁気抵抗素子１２２を設けて、こ
の面と同じ面から導電端子１２６を引き出し、導電端子
１２６と磁気抵抗素子１２２をハンダ１２５で接続した
後、保護膜１２３で表面を被覆し、さらに導電端子１２
６と磁気抵抗素子１２２のハンダ付は部分を端子塗料１
２４で被覆保護した構造となっている。

ところで、第５図に示す構造の磁気センサでは、磁気検
知部を構成する磁気抵抗素子１２２と導電端子１２６と
が同じ基台面上にあり、端子部分１２６及び接続部を保
護する端子塗料部分１２４が磁気抵抗素子１２２よりも
突出した構造となっている。このため、第６図に示すよ
うに、局面にＮＳ極が交互に着磁された磁気ドラム（あ
るいはＦＧマグネット等）１３１等の磁気を検出する場
合に、端子部分１２６及び端子塗料部分１２４の突出を
磁気ドラム１３１の周面からずらした位置に設けなくて
はならず、■基台を小さくできない、■検出ギャップ調
整の際、突出部が邪魔になるため、例えば磁気ドラム側
に段差を設ける等、手間がかかる、■磁気ドラム１３１
の回転軸１３０方向の位置ずれを防止する処置を施す必
要がある、等の問題があった。

そこでこの間題を解決するため、第７図（ａ）。

（ｂ）に示すように、少なくと４角に切欠きをもつアル
ミナ基台１４１の一方の面に磁気検知部１４４を設け、
且つ基台１４１の切欠きに設けた導電部１４５を介して
磁気検知部１４４と基台裏面側の端子１４７とを導通さ
せた磁気センサが提案されている（特開昭６３−３４９
８６号公報）。

尚、この磁気センサの基台１４１は、多数のスル３− め、スルーホールの形成が技術的に困難である。

特に、表面粗度が良く、安価で且つ化学的に安定である
ことから磁気センサ用基板として広く使用されているガ
ラス基板の場合、割れやすく且つ化学的に安定であるた
め、スルーホール加工することはより技術的に困難であ
る。

このタメ、スルーホール形成用の基板には、レーザー加
工や機械加工でスルーホールを形成できるアルミナセラ
ミック基板が使用されているが、アルミナセラミック基
板は表面粗度がガラス基板に比べて悪いため、表面研磨
やグレーズド処理を必要とする。この表面研磨やグレー
ズド処理を行わないと磁気抵抗素子膜のエツチングの際
にエツチング残りによる電極間の絶縁が取れなかったり
、磁気抵抗素子膜からなるセンサパターンのインピーダ
ンスばらつきが大きくなったり、磁歪やバルクハイゼン
ノイズの影響を受けることによりセンサ特性を劣化させ
るという問題が生じる。

従って、アルミナセラミック基板を使用する場合には、
上述したように表面研磨やグレーズド処−ホール用穴を
有する基板を分割して得たものである。

さて、第７図に示す構造の磁気センサにおいては、端子
１４７が基台の裏面側で導電部１４５と接続されるため
、基台表面側を平坦化でき、検出ギャップ調整が容易と
なり、且つ、磁気センサの小型化も容易に図れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第７図に示す構造の磁気センサにおいては、
スルーホール方式により基台に切欠きゃ穴を設けてセン
サ面の平坦化を達成しているが、電極（導電部）は磁気
検知部と同一材料を使用しているため電極幅を狭くでき
ず、且つ配線自由度も低いため、センサの小型化が図り
にくいという問題がある。

また、センサ面を平坦化する方式としてスルホール方式
を使用しているが、磁気センサ用基板の厚さは、プロセ
ス中の基板破損防止や、フォトリソグラフィのパターン
幅精度の厳密維持のため、一般的には、３００〜１００
０μｍ厚で使用されているた４− 理を必要とするわけであるが、基板の表面研摩と、基板
表面をガラスで覆うグレーズ処理とを行う場合、基板の
製造コストがかかるという問題がある。

また、スルーホール方式の場合、切欠き部にＡｇ−Ｐｄ
等の導電材料を焼成して導電部を設ける処理も必要とし
、よりコストアップの原因となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、従来
、平坦化若しくは小型化の一方しかできなかった磁気セ
ンサの小型化とセンサ面の平坦化とを同時に達成し、且
つガラス基板の使用も可能とした磁気センサを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による磁気センサは、
ガラス基板の少なくとも一方の面に凹加工を施して同一
基板面内に深さ６０〜１００μｍの段差を形成し、その
段差が形成された基板面の段上側に磁気抵抗素子薄膜か
らなる磁気検知部を設けてセンサ面を形成すると共に上
記磁気検知部の端子部から金属薄膜からなる導電部を設
け、且つ、上記基板面の段下部で上記導電部と外部リー
ド端子とを接続電極を介して接続したことを特徴とする
。

また、上記磁気センサにおいて、外部リード端子と接続
電極との接続部分の突出量が、センサ面から５０μｍ以
下となるように段差を形成したことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明による磁気センサにおいては、ガラス基板の少な
くとも一方の面に凹加工を施して基板面内に深さ６０−
１００μｍの段差を形成し、基板面の一段高い段上側を
センサ面とし、且つ、外部リードと導電部との接続を股
下の凹加工面側で行ったことにより、接続部の突出量が
センサ面より５０μｍ以下とすることができ、センサ面
の平坦化を容易に図れる。

また、従来磁気検知部と同一材料で構成されていた電極
部（導電部）を、低抵抗金属電極にすることにより、配
線幅の減少、電極引き回し自由度の増加を図ることがで
き、磁気センサの小型化も容易に図れる。

従って、本発明によれば、従来平坦化若しくは７− 少なくとも片面に、フォトリソグラフィ技術を用いてエ
ツチングによる凹加工を行うことにより、同一基板面内
に段差２を形成する。そして、段差２が形成された基板
面に第１の絶縁膜３を形成した後、基板面の段上側に磁
気抵抗効果を有する薄膜センサパターンとして、例えば
Ｎｉ合金磁性膜からなるセンサパターン４を形成し、股
下側にはＮｉ合金磁性膜４の延出部、金属電極６．補強
電極７が単層若しくはそれらの積層構造になった導電部
を設け、この導電部が接続電極８を介して外部リード９
と電気的に接続されている。尚、外部リード９は、セン
サチップの側面に配置されている。

ここで上記絶縁膜３は、ガラス基板中に含まれるＮａイ
オン等のイオンによるＮｉ合金薄膜のインピーダンスド
リフトを防止するために形成する。

絶縁膜３としては、シリコン窒化膜、アルミナ膜、若し
くは、それらの絶縁膜を含み且つ最上層を絶縁膜で形成
した単層若しくは多層膜を、蒸着、スパッタリング、若
しくは、化学的気相成長法等に小型化の一方しかできな
かった磁気センサの小型・平坦化を同時に達成すること
ができる。

尚、電極は、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｍｏ、
　Ｔｉ。

Ａｌ、　Ａｕ、　Ｃｕ、　Ｐｔ、　Ａｇ、若しくはそれ
らの合金からなり、電極構造はそれらの単層、若しくは
積層を用いる。

また、本発明による磁気センサにおいては、基板にガラ
ス基板を用いるので、表面研磨やグレーズド処理を必要
としない。

〔実　施　例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す磁気センサの側断面図
であって、図中符号ｌはガラス基板、符号２は段差部、
符号３は第Ｉの絶縁膜、符号４は磁気検知部を構成する
磁気抵抗効果を有する薄膜センサパターン、符号５は第
２の絶縁膜、符号６は金属電極、符号７は補強電極、符
号８は接続電極、符号９は外部リード端子である。

第１図において、本発明では、ガラス基板１の８− より形成する。但し、近年電子工業用ガラス基板として
使用されている無アルカリガラス（アミノ珪酸塩ガラス
又は硼珪酸ガラス）のように、イオンによる磁性膜のイ
ンピーダンスドリフトが特性上問題が無い場合は上記絶
縁膜３を必要としない。

磁気抵抗素子を構成するＮｉ合金磁性膜からなるセンサ
パターン４は、前述したように基板面の段上側のセンサ
面に形成され、蒸着若しくはスパッタリングで堆積した
後に、フォトリソグラフィ技術により、所望のセンサパ
ターンを形成する。

絶縁膜５は、磁性薄膜からなるセンサパターン４へのプ
ロセス中の物理的、化学的ダメージ防止用の保護膜とし
てや、金属電極６をエツチングによりパターニングする
ときの保護膜として使用される。また、絶縁膜５は、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜等を、スパッタリングや
化学的気相成長法等により成膜して形成する。また、第
１図から容易に類推できるように、Ｎｉ合金磁性膜から
なるセンサパターン４上以外の部分の絶縁膜は無くとも
センサ特性上問題はないので省いても良い。

更に、金属電極６をリフトオフで形成する場合は、絶縁
膜５は形成しなくともプロセス技術上やセンサ特性上問
題はない。

上記金属電極６は、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　
Ｍｏ。

Ｔｉ若しくはそれらの合金の単層若しくは積層構造で形
威した中間層を介してＡＩ＋　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ｐ　ｔ
。

Ａｇ、若しくはそれらの合金を形成することにより形成
されるが、これらを用いて電極を形成することにより、
ガラス基板に対する接着力を向上できることは一般的に
知られている。従って、本発明の磁気センサにおいても
同様の電極構造を用いて金属電極６を形成する。この金
属電極６は、蒸着、スパッタｉ〕ング等により堆積した
後、フォトリソグラフィ技術を用いて所望のパターンを
形成することによって形威される。

補強電極７は、段差部２において金属電極６の断線を防
止するために形成されており、この補強電極７を設けた
ことにより、段差を６０〜１１００１Ｌと大きく取るこ
とができる。また補強電極７としては、金属電極６と同
様の材料、構造を使用し、パ１１− うに行う。

尚、第１図から容易に類推できるように、金属電極６と
補強電極７の形成順序を逆にしても同様の機能を達成す
ることは可能である。

また、第工図では明示していないが、上記素子上には、
絶縁膜からなるパッシベーション膜を形威し、外部から
の物理的、化学的ダメージや、湿度、汚れ等から素子を
保護するようにする。

さて、本構成で基板にガラス基板を使用したのは、ガラ
ス基板はＮｉ合金磁性薄膜からなる磁気抵抗素子を形成
するに充分な表面粗度であることが判っていること、絶
縁基板であること、安価であることからである。

尚、同様の構成を、ＩＣ等で広く使用されている半導体
であるＳｉ基板で実現しようとすると、外部リード、若
しくは接続電極が基板側面に接触するため、基板側面に
絶縁膜の形成等の絶縁処理を施す必要がある。この基板
側面への絶縁処理は、素子をダイシング等により分離し
た後に行うしかなく、量産性は極めて悪い。そのため、
ブリッジターンの形成は、フォトリソグラフィ技術を用
いたエツチング、リフトオフや、マスク蒸着により行う
。但し、補強電極７が形成され、且つ金属電極６と電気
的に接続されていれば、補強電極７の下部の一部に金属
電極６が形威してあればＮｉ合金磁性薄膜からなるセン
サパターン４で検出された磁気抵抗効果の信号を伝達す
る機能上問題はない。また、段差部２の傾斜がなだらか
であり、金属電極６と外部リード９とが、接続電極８を
介してエツチングにより凹加工された部分で電気的に接
続していれば補強電極７を必ずしも必要としないが、設
けた方が段差部２の傾斜や高さを調整し易く得策である
。

接続電極８は、導電性ペースト、クリーム半田、半田ボ
ール等からなり、この接続電極８を介して外部リード９
と補強電極７若しくは金属電極６とが電気的に接続され
るが、この時、外部リード９と接続電極８との重なりあ
った部分の突出量が、Ｎｉ合金磁性薄膜からなるセンサ
パターン４を形成した段上側のセンサ面から５０μｍ以
下になるよ１２− 配線を取らざるをえないという問題が生じる。

次に、第２図は本発明の別の実施例を示す磁気センサの
側断面図である。

第２図において、図中符号２１はガラス基板、符号２２
は段差部、符号２３は第１の絶縁膜、符号２４は磁気検
知部を構成する磁性薄膜センサパターン、符号２５は第
２の絶縁膜、符号２６は金属電極、符号２７は補強電極
、符号２８は接続電極、符号２９は外部リード端子であ
り、構成要素は第１図に示す磁気センサと同一である。

第２図に示す実施例の磁気センサにおいては、Ｎｉ合金
からなる磁性薄膜２４の端子部分を段差の下まで延した
例であり、このように金属電極２６の下にＮｉ合金から
なる磁性薄膜２４があってもセンサの特性上は問題が無
いためこの□様な構成とすることもできる。また、金属
電極２６の下に第１図の様に絶縁膜が形威しである場合
にも特性上の問題は無い。

次に、第３図は本発明のさらに別の実施例を示す磁気セ
ンサの側断面図である。

第３図において、図中符号３１はガラス基板、符号３２
は段差部、符号３３は絶縁膜、符号３４は磁気検知部を
構成する磁性薄膜センサパターン、符号３５は金属電極
、符号３６は補強電極、符号３７は接続電極、符号３８
は外部リード端子である。

第３図に示す構成の磁気センサの特徴は、ガラス基板上
３１に絶縁膜３３と金属電極３５を形威した後にＮｉ合
金磁性薄膜からなるセンサパターン３４を形成すること
にある。すなわち、Ｎｉ合金磁性薄膜からなるセンサパ
ターン３４は膜厚が３００〜２０００人であるため、金
属電極３５のエツチング断面にテーパーを形成してステ
ップカバレージ性を向上させて接続するわけである。ま
た、金属電極３５の最上層部に高融点金属であるＣｒ、
　Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｔｉ。

Ｍｏ、Ｐｔ若しくはそれらの合金を形成することにより
、これらが第１図の金属電極６で説明した中間層を介し
て形威したＡＩＤ　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ｐ　ｔｔ　Ａｇ、
若しくはそれらの合金の酸化防止、拡散防止のバリヤ層
としての機能を有する。尚、本構成においては、第工図
、第２図に示した磁気センサで設け１５− 構造は第３図で説明した金属電極３５と同一であり、ま
た、その他の構成要件は第１図のものと同様である。

尚、上述の実施例においては、磁気検知部に磁気抵抗効
果を有する薄膜としてＮｉ合金磁性膜を用いた例を示し
たが、Ｎｉ合金磁性膜の代わりに、磁気検知部に磁気抵
抗効果を有するＩｎＳｂ等の化合物半導体を用いても同
様の磁気センサを構成できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１図乃至第４図に示した構成か
らなる本発明の磁気センサによれば、ガラス基板の少な
くとも一方の面に凹加工を施して基板面内に段差を形成
し、基板面の一段高い段上側をセンサ面とし、外部リー
ドと導電部との接続を段下側で行ったことにより、段下
側に設けた接続電極と外部リードとの重なりあった部分
の突出量が段上側に形成したセンサ面より５０μｍ以下
とすることができ、磁気センサのセンサ面を容易に平坦
化することができるので、磁界発生用ロータられでいた
絶縁膜５，２５が無くても素子性能上の問題はない。そ
の他の構成要件は第工図のものと同様である。

次に、第４図は本発明のさらに別の実施例を示す磁気セ
ンサの側断面図である。

第４図において、図中符号４１はガラス基板、符号４２
は段差部、符号４３は絶縁膜、符号４４は磁気検知部を
構成する磁性薄膜センサパターン、符号４５は金属電極
、符号４６は補強電極、符号４７は接続電極、符号４８
は外部リード端子である。

第４図に示す構成の磁気センサの特徴は、第３図の磁気
センサとほぼ同様であり、Ｎｉ合金磁性薄膜からなるセ
ンサパターン４４が金属電極４５の上に形威されている
ことにある。尚、第４図に示す構成では、Ｎｉ合金磁性
薄膜からなるセンサパターン４４の端子部を股下まで延
出しているが、端子部で金属電極４５と電気的に接続さ
れていれば段上側から段下側にかけて延出して金属電極
４５の上部面にも磁性薄膜を形威し、金属電極４５とと
もに導電部を構成してもよい。尚、金属電極４５の材料
、１６− 等と磁気センサの検出部とのギャップを最適に調整して
磁気センサを実装することができるという効果が得られ
る。

また、本発明による磁気センサでは、導電部を低抵抗金
属で構成するため、配線幅の縮小、配線引き回し自由度
の増加を図れるので、磁気センサを小型化できる。

このように、本発明の構成によれば、磁気センサ表面の
平坦化と、磁気センサの小型化とを同時に達成できるの
で、磁気センサと磁界発生用ロータ等とのギャップを最
適に保つことができ、センサの性能を損なわずに磁気セ
ンサの小型化を図れ、磁気センサの大きさを磁界発生用
ロータ等の厚みより小さくすることも可能となる。

したがって１本発明の磁気センサを用いることにより、
モータ内の制御基板等への高密度実装が容易に可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す磁気センサの側断面図
、第２図乃至第４図は夫々本発明の別の実施例を示す磁
気センサの側断面図、第５図乃至第７図は従来技術の説
明図である。 １　、２１．３１．４１・・・・ガラス基板、２．２２
．３２゜４２・・・・段差部、３．５．２３．２５．３
３．４３・・・・絶縁膜、４．２４．３４．４４・・・
・磁性薄膜（センサパターン）　、６．２６．３５．４
５・・・・金属電極、７．２７．３６゜４６・・・・補
強電極、８．２８．３７．４７・・・・接続電極、９　
、２９．３８．４８・・・・外部リード端子。 １９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス基板の少なくとも一方の面に凹加工を施して
   同一基板面内に深さ６０〜１００μｍの段差を形成し、
   その段差が形成された基板面の段上側に磁気抵抗素子薄
   膜からなる磁気検知部を設けてセンサ面を形成すると共
   に上記磁気検知部の端子部から金属薄膜からなる導電部
   を設け、且つ、上記基板面の段下部で上記導電部と外部
   リード端子とを接続電極を介して接続したことを特徴と
   する磁気センサ。 ２、請求項１記載の磁気センサにおいて、外部リード端
   子と接続電極との接続部分の突出量が、センサ面から５
   ０μｍ以下となるように段差を形成したことを特徴とす
   る磁気センサ。