JPH05335651A - 強磁性磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強磁性磁気抵抗素子において、２００℃にて
３０００時間以上の連続使用を可能にし、抗折強度が大
きく、保護膜の密着強度が大きい信頼性の高く、スルー
ホール電極を備えることにより出力を向上させ、製造歩
留まりを向上させた素子を安価に提供するものである。 【構成】 アルミナ焼結体基板１表面に形成されたニッ
ケル合金の強磁性磁気抵抗薄膜２と、この強磁性磁気抵
抗薄膜２を覆う保護膜３とを備え、さらに厚膜スルーホ
ール電極４にて裏面電極と導通させ、基板の表面研磨プ
ロセスを最後にすることに依って製造歩留まりを向上さ
せたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル合金の強磁性
薄膜を用いた強磁性磁気抵抗素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在主に用いられている回転検出装置の
中で、光半導体を用いた光式回転検出装置や、ホールＩ
Ｃを用いた磁気式回転検出装置は、耐熱温度が１２５℃
以下であり、産業機器に対して使用する際には大きな障
害となっているのが現状である。そこで２００℃以上の
耐熱温度のある強磁性磁気抵抗素子の産業機器への利用
がますます高まってきている。特に電装品分野では、１
８０℃以上の耐熱性を要求される電子部品が多く、検出
体の物性から見て、強磁性磁気抵抗素子以外の回転検出
装置は使用できないことは明らかであり、その期待度は
高まる一方である。

【０００３】一方、強磁性磁気抵抗素子はガラスまたは
セラミック基板上にニッケル合金からなる膜厚約５００
Åの強磁性薄膜をパターニングし、その上に保護膜Ｓｉ
Ｎなどをコーティングすることによって構成される。強
磁性薄膜は、あらゆる方向に対し強い形状異方性を示す
ため、パターンの長手方向に異方性を生じせしめて使用
する磁気抵抗素子の場合、その基板の表面状態は表面粗
度でＲａ０．０１μｍ以下の鏡面にせねばならない。

【０００４】さらに強磁性磁気抵抗素子は出力を大きく
取るためには検出素子と被検出体とのエアギャップをで
きるだけ小さくする必要があるために、電極を感知面に
対して裏側に形成する構造がとられてきた。これらの条
件を満たすために現在アルミナ基板の上に高温焼成ガラ
スグレーズを形成し、次に厚膜スルーホール印刷を行っ
ている。しかし表面粗度をＲａで０．０１μｍ以下にす
るためには１２００℃以上の焼成温度のガラスグレーズ
を使用する必要があり、焼成温度８５０℃の厚膜電極は
ガラスグレーズ焼成後に形成するほかはなかった。これ
には次のような問題点があった。

【０００５】１．スルーホール厚膜電極形成時のガラス
グレーズ面上への電極材料の飛散による強磁性磁気抵抗
薄膜ファインパターンの歩留りの低下。

【０００６】２．厚膜グレーズ焼成後の基板の反りの発
生 特に下地基板のアルミナは１２００℃付近の温度で焼成
した後は□２．５cm²で１００μｍ以上反るために、こ
れらの材料を用いた基板上での５μｍ以下のファインパ
ターン形成は不可能であった。

【０００７】また、強磁性磁気抵抗素子を磁気センサと
して使用する場合、連続使用において、抵抗値変化率で
２％以下、中点電位変化量で１ｍＶ以下に抑えなければ
使用することが極めて困難である。従来は、図７に示す
ようにニッケル合金からなる強磁性磁気抵抗薄膜を形成
する基板に、例えばアルカリガラス、ほう珪酸ガラス、
グレーズドアルミナを用いていた。

【０００８】ここで、２は強磁性磁気抵抗薄膜、３は保
護膜、４は基板、５はＡｇ−Ｐｄ厚膜スルーホール電
極、６はガラスグレーズ、７はＡｇ−Ｐｄ裏面電極であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来強磁性磁
気抵抗素子について、２００℃での連続使用による中点
電位変化量を図２に示すが、どの方式も２０ｍＶ以上マ
イナス側にずれていることが判る。図において従来例
１，２，３はそれぞれグレーズドアルミナ基板、アルカ
リガラス基板、無アルカリガラス基板を用いた場合を示
している。

【００１０】また２００℃での連続使用による抵抗値変
化率を図３に示すが、いずれの方式も１０％以上増大し
ていることがわかる。

【００１１】以上のような従来使用していた基板の有す
る問題点の原因として以下のものが考えられる。

【００１２】１．基板中に含まれるアルカリ成分または
ハロゲン分子の、電気泳動によるニッケル合金中への拡
散。

【００１３】２．基板材料とニッケル合金薄膜の界面の
熱による移動。 ３．基板材料とニッケル合金薄膜の密着強度不足。

【００１４】４．ＳｉＮ保護膜との密着力不足。 これらの問題を解決するために、現在では単結晶サファ
イア基板が用いられているが、無アルカリガラス基板の
３０倍以上のコストがかかるために、ごく一部の高付加
価値製品にしか適応されていないのが現状である。また
アルミナ焼結体を研磨して基板に使用する試みも行われ
てきたが、以下の理由により使用が不可能であった。

【００１５】１．結晶の粒度が１００Å〜１０μｍまで
ばらついており、このため基板の表面粗度がＲａで０．
２μｍ以上になるため強磁性磁気抵抗薄膜の形状異方性
が損なわれ、磁気抵抗特性が著しく劣化する。

【００１６】２．Ｎａ⁺やＫａ⁺等の不純物が多く含まれ
ており、高温時での連続使用が困難である。

【００１７】以上の問題を鑑みて、２００℃で３０００
時間以上の使用において中点電位変化量１ｍＶ以下、抵
抗値変化率０．５％以下、出力特性の変化率０．５％以
下で、しかも安価で歩留まりが良好で高出力の強磁性磁
気抵抗素子を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、結晶の粒径を１〜１０μｍ以内に抑えて研
磨したアルミナ焼結体からなる基板の表面に形成された
ニッケル合金の強磁性磁気抵抗薄膜と、この強磁性薄膜
を覆う保護膜と、基板の裏面に形成した電極と、この裏
面の電極と表面の電極とを導通させるスルーホールとを
備えたものである。

【００１９】

【作用】本発明によれば、アルミナ焼結体からなる基板
を用いることで熱によるニッケル合金薄膜内へのＮ
ａ⁺，Ｋａ⁺，Ｃ１^-などの拡散をなくすことができる。
これは９９．９％以上の高純度の原料を用い、また熱的
に安定なアルミナを用いて、アルミナ焼結体基板を形成
することによるもので、２００℃で３０００時間以上に
おいてニッケル合金の強磁性薄膜に全く変化を起こさな
いものである。さらにアルミナの結晶粒径を１〜１０μ
ｍ以内にすることにより、基板の表面粗度をＲａ０．０
１μｍ以下に抑えて磁気抵抗特性が劣化しない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例の強磁性磁気抵抗素
子について説明する。図１において１はアルミナ焼結体
基板、２はニッケル合金の強磁性磁気抵抗薄膜、３はＳ
ｉＮからなる保護膜、５はＡｇ−Ｐｄ厚膜スルーホール
電極、７はＡｇ−Ｐｄ裏面電極である。ここで使用した
アルミナ焼結体基板は、図６に示すように前記Ａｇ−Ｐ
ｄ厚膜スルーホール電極形成後に鏡面研磨を行ってい
る。

【００２１】なお、図６は本発明の強磁性磁気抵抗素子
の製造プロセスを示す図である。すなわち、図６の工程
によれば、厚膜導体の基板表面への飛散物が研磨工程に
よって除去され、異物によるファインパターン切れなど
の歩留まり低下要因をなくすことができる。さらに厚膜
ガラスグレーズを印刷焼成しないため、基板の反りを□
２．５cm²あたり５μｍ以下に抑えることが可能にな
る。

【００２２】図２は本実施例の素子を用いて２００℃で
の連続使用を行った後の中点電位ドリフト量の結果であ
り、横軸は時間、縦軸は中点電位のドリフト量を示して
いる。これによると、従来例のアルカリガラス、無アル
カリガラス、グレーズドセラミックと比較して全く中点
がドリフトしていないことが判る。これはアルミナが熱
的に非常に安定であり、しかも原材料に不純物をほとん
ど含んでいないことによるものである。

【００２３】図３は本実施例の素子を用いて２００℃で
の連続使用した後の抵抗値変化率の結果であり、横軸は
時間、縦軸は抵抗値の変化率を示している。これによる
と、抵抗値の変化は全く無いことがわかる。

【００２４】このことはアルミナ焼結体と強磁性薄膜と
の密着強度が非常に大きいことを示している。（表１）
は同一の基板厚に於ける各素子の抗折強度及び保護膜と
して使用するＳｉＮと基板との密着強度を測定したもの
であるが、これによるとアルミナ焼結体が最も優れてい
ることがわかる。

【００２５】

【表１】

【００２６】図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ本実施例と
従来例の素子の磁気抵抗効果を表す抵抗値変化率Δρ／
ρを示す特性図であるが、ここで横軸は磁界強度、縦軸
は抵抗値変化率を示している。これによると従来例のグ
レーズドセラミックと比較してヒステリシスが大幅に減
少していることが判る。これは基板の表面粗度を１／２
０以下にすることにより、磁気抵抗効果を確保したこと
によるものである。

【００２７】また基板に係るコストは単結晶サファイア
基板の１／３０以下、無アルカリガラス基板とほぼ同じ
であった。

【００２８】図５は本実施例の素子を用いて生産したも
のの歩留まりを調べた結果であり、横軸は各ロットを示
し、縦軸は歩留まりを示している。これによると従来例
のアルミナ基板上にガラスグレーズを印刷焼成したもの
と比較して２倍以上向上しているのが判る。

【００２９】なお、スルーホール部については、図１の
右側部のように集合基板を１つずつの素子に分割する際
に穴のまま残してもよいし、左側部のようにスルーホー
ルを半分に分割して素子の一部と成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。

【００３１】１．２００℃での連続使用において、中点
電位のドリフトが非常に少なく、無視できる程度であ
る。

【００３２】２．２００℃での連続使用において、抵抗
値変化が非常に少なく無視できる程度である。

【００３３】３．素子の機械的強度が大きくなる。 ４．保護膜の密着性が大きいため、信頼性を確保でき
る。

【００３４】５．上記の特性を備えた素子を従来の無ア
ルカリガラスを用いた素子とほぼ同じコストで供給でき
る。

【００３５】６．生産歩留まりが２倍以上向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による強磁性磁気抵抗素子の
断面図

【図２】同実施例及び従来例の中点電位の変化量を示し
た特性図

【図３】同実施例及び従来例の抵抗値変化率を示した特
性図

【図４】（ａ），（ｂ）は同実施例及び従来例の磁気抵
抗特性を示した特性図

【図５】同実施例及び従来例の生産歩留まりを示した特
性図

【図６】同実施例の素子の製造プロセスを示す工程図

【図７】従来の強磁性磁気抵抗素子の断面図

【符号の説明】

１ アルミナ焼結体基板 ２ 強磁性磁気抵抗薄膜 ３ 保護膜 ５ Ａｇ−Ｐｄ厚膜スルーホール電極 ７ Ａｇ−Ｐｄ裏面電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶の粒径を１〜１０μｍとしたアルミナ
   焼結体からなる基板の表面に形成されたニッケル合金の
   強磁性磁気抵抗薄膜と、この強磁性磁気抵抗薄膜と接続
   されかつ基板の裏面に形成した電極と、前記強磁性磁気
   抵抗薄膜と前記裏面の電極とを導通させるスルーホール
   と、前記磁気抵抗薄膜を覆う保護膜とを備えた強磁性磁
   気抵抗素子。