JPH06125122A

JPH06125122A - 磁気抵抗素子及びその取付基板並びに該磁気抵抗素子と取付基板を用いた磁気センサ

Info

Publication number: JPH06125122A
Application number: JP4297657A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ito; 昌久伊藤; Toshiaki Yoshida; 俊昭吉田
Original assignee: NIPPON AUTOM KK; Nippon Automation Co Ltd
Current assignee: NIPPON AUTOM KK; Nippon Automation Co Ltd
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1994-05-06

Abstract

(57)【要約】【目的】高温雰囲気下でも使用可能とする。【構成】磁気抵抗素子として、ガラス基板２上に蒸着し
て形成されたインジウムアンチモンからなる化合物半導
体薄膜を所定のパターンに加工してなるパターン部３を
有するものを用いる。取付基板７として厚さ０．０５〜
０．３０ｍｍのジルコニア系セラミック基板上の複数箇
所に、導体ペーストを印刷・焼成して形成した電極を有
するものを用いる。磁気センサ１２は、磁気抵抗素子の
パターン部形成面を取付基板の電極形成面に対向させ
て、導電ペースト９を介して一体化し加熱硬化した複合
体を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁性体歯車用の回転検知
センサ、特に、鉄系磁性体歯車を検出体とする車載用ア
ンチロックブレーキ用センサとして好適な磁気抵抗素子
及びその取付基板並びに該磁気抵抗素子と取付基板を用
いた磁気センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体磁気抵抗素子は、小型、軽量、高
信頼性、超寿命等の利点を有するセンサとして、無接触
のポテンショメータ、歯車の歯数をカウントするセン
サ、傾斜計、磁気インク読み取りヘッド等に幅広く用い
られている。また、これらの用途のほかに、最近の傾向
として、工場の現場や自動車内部などのように周囲温度
が高くなるところでの使用要求が多くなってきている。
特に、車載用アンチブロックブレーキの歯数をカウント
するセンサとして用いる場合には、１５０〜２００Ｃ
程度の高い温度に耐えることが要求される。

【０００３】ところで、かかる従来の半導体磁気抵抗素
子２１は、図８及び図９に示す構造を有している。すな
わち、ガラス基板２２と、その一方の面を平らに研磨し
て塗布したエポキシ系接着剤層２４と、該接着剤層２４
上に積層されたパターン部２３とからなるものである。
そして、このパターン部２３は、一般に電子移動度が高
いことからインジウムアンチモンが用いられているが、
厚み数μｍのパターン部２３とするためには、インジウ
ムアンチモンの単結晶を０．７〜１ｍｍの厚さの薄板状
に切って接着剤層２４上に積層し、続いてこの薄板を化
学的エッチング法などにより所望の厚さとなるように研
磨して製造していた。これは、ガラス基板２２にインジ
ウムアンチモンを直接蒸着しても結晶化しないために、
このようないわゆる単結晶切り出し法が用いられていた
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体磁気抵抗素子は、上記したように、薄板状に切り
出したインジウムアンチモンの単結晶を、磁気抵抗素子
として使いやすい全抵抗数ｋΩとするために、数μｍの
厚みになるまで研磨する必要があり、製造工程が複雑
で、コスト的にも不利であった。また、ガラス基板とパ
ターン部とを接着剤を用いて積層するため、上記したよ
うに使用環境温度が高温である場合には、接着剤の大き
な熱膨張係数の影響を受けて、伸縮による特性劣化によ
り高温使用には耐えられないという問題もあった。

【０００５】また、インジウムアンチモンを用いた半導
体磁気抵抗素子としては、上記した単結晶を切り出して
接着積層したもの以外に、インジウムアンチモンの格子
定数に近い雲母などを基板材料（マイカ基板）として用
いたものもある。このような基板材料を用いると、蒸着
法によりインジウムアンチモンを結晶化し薄膜化するこ
とが可能である。

【０００６】しかしながら、かかる半導体磁気抵抗素子
は、マイカ基板が極めて薄く剥離するためそのままでは
使用することができず、エポキシ系の接着剤を用いてガ
ラスやセラミックスなどの基板に転写する必要があっ
た。したがって、この場合も、製造工程が複雑であると
共に、接着剤の大きな熱膨張係数の影響により、高温使
用には適さないという問題があった。

【０００７】一方、図９に示したように、上記した半導
体磁気抵抗素子２１は、導体ペーストを複数箇所に印刷
焼成して形成した電極２６ａを有するアルミナ基板２６
に、パターン部２３の形成面を電極２６ａが形成されて
いる面に対向させて接合する、いわゆるフェースダウン
方法を用いて取り付けられ、さらにガラス基板２２の反
対面にバイアス磁石２５を固着して、磁気センサとして
用いられている。

【０００８】しかしながら、アルミナ基板２６は靱性が
３〜４ＭＮ／ｍ^3/2 、曲げ強度が４５ｋｇ／ｍｍ² 程度
であるため、ある程度の厚みとしなければ使用の際割れ
たり欠けたりしてしまうことがあった。例えば、直径１
０ｍｍの場合、厚み０．１ｍｍでは使用の際に割れてし
まうことがあった。その結果、図９に示すように、検出
体たる歯車２８とのクリアランスｌが決まっている場合
には、アルミナ基板の厚み分、感磁部として機能するパ
ターン部２３との距離Ｌが長くなってしまい、信号出力
が比較的小さいという問題もあった。特に、この信号出
力が比較的小さいという問題は、インジウムアンチモン
が高温下で特性が劣化する傾向を示すことと相俟って、
高温雰囲気での使用を困難にする一因でもあった。

【０００９】本発明は上記課題を解消するためになされ
たものであり、簡単かつ安価に製造でき、高温雰囲気下
でも使用可能であると共に、信号出力を従来よりも大き
くすることができる磁気抵抗素子及びその取付基板並び
に該磁気抵抗素子と取付基板を用いた磁気センサを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にかかる磁気抵抗素子は、ガラス基板と、該ガラ
ス基板上に蒸着して形成されたインジウムアンチモンか
らなる化合物半導体薄膜を、所定のパターンに加工して
なるパターン部と、を有することを特徴とする。また、
本発明にかかる磁気抵抗素子用取付基板は、厚さ０．０
５〜０．３０ｍｍのジルコニア系セラミック基板上の複
数箇所に、導体ペーストを印刷・焼成して形成した電極
を有することを特徴とする。さらに、本発明にかかる磁
気センサは前記磁気抵抗素子のパターン部形成面を、前
記磁気抵抗素子取付基板の電極形成面に対向させ、両者
を銀系導電ペーストを介して一体化し加熱硬化してなる
複合体を有することを特徴とする。

【００１１】本発明の磁気抵抗素子は、ガラス基板、例
えば石英ガラス上にインジウムアンチモンからなる化合
物半導体薄膜（以下、「ＩｎＳｂ薄膜」と略す）を蒸着
して形成される。この場合、ガラス基板として表面が粗
いものを用いる場合には、表面を研磨処理し、清浄にし
ておく。

【００１２】ＩｎＳｂ薄膜の形成方法としては、蒸着法
が適用されるが、蒸着により結晶化するためには、次の
ような方法が採られる。すなわち、まず、公知の蒸着法
を適用してＩｎＳｂ薄膜を形成する。次に、このＩｎＳ
ｂ薄膜を、限定された線状の単位領域ごとに連続的に全
面にわたって、ＩｎＳｂの融点未満でかつその近傍の温
度で加熱する再結晶化処理を行う（以下、「マイクロゾ
ーン精製処理」という）。単位領域ごとに連続的に加熱
する装置としては、スリットを有する熱遮蔽板とその一
面側にヒータ等の熱源を組み合わせたものを用いること
ができる。そして、これをＩｎＳｂ薄膜に対して一定の
間隔をおいて配置し、一定方向に移動させることで、ス
リット部分を通過する熱のみがＩｎＳｂ薄膜上の限定さ
れた線状の単位領域を過熱し、過熱装置の移動にともな
いこの線状の単位領域も連続的に移動して、ＩｎＳｂ薄
膜全面が過熱される。この方法によれば、Ｉｎの針状結
晶が析出しこれがラスタ電極として作用するため、大き
な磁気抵抗が得られる。なお、このマイクロゾーン精製
処理は１回以上行われるが、数回以上繰り返すとその効
果も大きくなる。

【００１３】また、ＩｎＳｂ薄膜の形成方法としては、
特公昭６２−５０９９３号公報に開示されている方法を
用いることができる。すなわち、まず、ＩｎとＳｂとを
それぞれ蒸発させてガラス基板上にＩｎＳｂ薄膜を形成
する。その後、この時の構成元素ＩｎとＳｂのガラス基
板への入射分子密度の比率に対し、Ｓｂの蒸発量を一定
に保持し、Ｉｎの蒸発量を徐々に増加させて、針状結晶
となるべきＩｎの入射分子密度を徐々に上げ薄膜形成を
続行する方法である。この方法によっても、Ｉｎの針状
結晶が形成されるため、大きな磁気抵抗効果が得られ
る。

【００１４】なお、ＩｎＳｂ薄膜を形成した後は、一般
的な磁気抵抗素子製造工程と同様の工程、例えば、フォ
トリソグラフィによるパターン加工、基板カット等の各
工程を行う。

【００１５】また、本発明で用いる磁気抵抗素子の取付
基板であるジルコニア系セラミック基板（以下、「ジル
コニア基板」という）は、ジルコニア材料が靱性９ＭＮ
／ｍ^3/2 、曲げ強度１００ｋｇ／ｍｍ² であるため、従
来のアルミナ材料からなる基板よりもその厚みを薄くす
ることができる。基板の直径によっても異なるが、磁気
抵抗素子として通常用いられる取付基板の大きさの範囲
ならば、０．０５〜０．３ｍｍ程度とすることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明にかかる磁気抵抗素子及びその
取付基板並びに該磁気抵抗素子と取付基板を用いた磁気
センサを図面に示した実施例に基づき説明する。まず、
６０×６０×０．４ｍｍ厚のガラス基板２に、ＩｎＳｂ
を膜厚１〜５μｍの範囲、本実施例では２μｍで均一に
蒸着し、上記したマイクロゾーン精製処理法を適用して
結晶化した。次に、このＩｎＳｂ薄膜上にフォトレジス
トを塗布し、乾燥させ、さらにフォトマスクを介して紫
外線露光し、所望のパターンを焼き付けた。そして、現
像して感光したフォトレジストを除去し、その後フォト
レジストを乾燥硬化させ、さらにエッチングしてフォト
レジストを除去した。その結果、図１に示すように、幅
１５０μｍで全長約８ｍｍのつづら折り状のＩｎＳｂか
らなるパターン部３が形成された。なお、ガラス基板２
は、４．６×１×０．４ｍｍ厚にカットした。

【００１７】次に、このパターン部３の上面に、蒸着及
びフォトリソグラフィにより、クロム、銅等からなる短
いショートバー４（長さ２０μｍ、幅１５０μｍ）を約
２０μｍピッチで、該パターン部３に沿って積層形成し
た。このショートバー４は、パターン部３の磁気感度を
上げる作用を有するため、必要に応じて形成することが
好ましい。また、図示しないが、パターン部３及びショ
ートバー４の上面には、信頼性向上のため、ポリイミド
等からなる保護膜を塗布形成することが好ましい。

【００１８】パターン部３の両端部に電流の出入り口と
なる電極５はショートバー形成と同時に形成される。腐
食防止のためさらに金メッキ処理を行ってもよい。これ
により、本実施例の磁気抵抗素子１が製作される。

【００１９】ジルコニア基板７としては、図２に示すよ
うに、直径１０ｍｍ×０．１ｍｍ厚に形成したものを用
いた。このジルコニア基板７の一面には、導体ペース
ト、例えば、セラミック基板に配線パターン用として使
用される焼成タイプの銀ペーストを印刷して焼成し、電
極７ａ，７ｂ，７ｃを形成した。なお、本実施例におい
ては、図面上手前側に所定間隔をおいて２つの電極７
ａ，７ｂを、この２つの電極７ａ，７ｂの双方に対して
所定間隔をおいて後方側に１つの電極７ｃを形成した。

【００２０】そして、上記した磁気抵抗素子１を２つ用
意し、ジルコニア基板７の電極７ａ，７ｂ，７ｃ形成部
付近に銀系の導電ペースト９を塗布して、各磁気抵抗素
子１の電極５を形成した面を、ジルコニア基板７の電極
７ａ，７ｂ，７ｃを形成した面に対向させて両者を一体
化する。具体的には、一方の磁気抵抗素子１の２つの電
極５がそれぞれジルコニア基板７の電極７ａと７ｃに接
合するように、他方の磁気抵抗素子１の２つの電極５が
それぞれジルコニア基板の電極７ｂと７ｃに接合するよ
うにして一体化する。しかる後、導電ペースト９を所定
温度下（本実施例では約１５０Ｃ）で加熱し硬化させ
る。これにより、図３に示した磁気抵抗素子１とジルコ
ニア基板７とからなる複合体８が製作される。なお、こ
の２つの磁気抵抗素子１の間隔ｘは、検出対象たる鉄系
磁性体歯車１１の歯のピッチｙの約１／２とすると、信
号出力が最大となるため好ましい（図５参照）。

【００２１】また、図５に示したように、この複合体８
における磁気抵抗素子１のガラス基板２の他面にバイア
ス磁石１０を積層固着することにより、本実施例の磁気
センサ１２が製作される。ここで、本実施例において
は、バイアス磁石１０として０．３テスラ程度の磁界を
付与することができる直径１０ｍｍ×５ｍｍ厚のものを
用いている。なお、バイアス磁石１０を構成する材料と
しては、サマリウムコバルト、ネオジウム鉄ボロン等を
用いることができる。

【００２２】以上により形成した本実施例の磁気センサ
１２を、図５に示したように、鉄系磁性体歯車１１に対
し、ジルコニア基板７側を対面させて配置した。なお、
磁性体歯車１１の表面とジルコニンア基板７の対面する
表面との距離（クリアランスｌ）は１．３ｍｍとして配
置した。図４はこのときの等価回路を示す。

【００２３】そして、使用温度雰囲気１５０Ｃにおい
て、ジルコニア基板７の電極７ａ，７ｂに８Ｖの電圧を
印加し、歯車１１を回転させたところ、電極７ｃにおい
て２９０ｍＶの出力が得られた。比較のため、同じクリ
アランスｌ＝１．３ｍｍでジルコニア基板７に代えて厚
み０．５ｍｍのアルミナ基板を用いた場合には、１５０
ｍＶ程度の出力しか得られなかった。これは、感磁部と
して機能するパターン部３の表面までの距離Ｌが基板の
厚み分長くなるためと考えられる。

【００２４】なお、図６は、印加電圧を８Ｖとした場合
の、本実施例における磁気センサ１２の室温における検
出距離と出力電圧との関係を示す図であり、図７はクリ
アランスｌ＝１．３５ｍｍ、印加電圧８Ｖの場合の周囲
温度と出力電圧との関係を示す図である。比較のため、
図６には、本実施例のジルコニア基板７に代えて、厚み
０．７ｍｍのアルミナ基板を使用した場合の検出距離と
出力電圧との関係も示す。これらの図からも明らかなよ
うに、本実施例の磁気センサ１２は、検出距離が長くな
っても、又は高温下でも高い出力電圧を示している。ま
た、この測定において、周囲温度を１５０Ｃまで上げ
たが、ＩｎＳｂから構成されるパターン部３がガラス基
板２から剥がれ落ちることがなかった。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、インジウムアンチモン
からなる化合物半導体薄膜から形成されるパターン部を
接着剤を使用せずに、蒸着法を利用して形成しているた
め、簡易かつ安価に製造できる。また、接着剤を使用し
ていないことから、工場におけるファクトリーオートメ
ーション用のセンサや自動車の内部に配設されるセン
サ、例えば車載用アンチブロックブレーキの歯数をカウ
ントするセンサのように、高温下での使用が余儀なくさ
れるセンサとして好適である。

【００２６】さらに、靱性、曲げ強度の優れるジルコニ
ア基板を磁気抵抗素子の取付基板として用いているた
め、従来用いられているアルミナ基板よりその厚みを薄
くでき、大きな信号出力を得られる。また、ジルコニア
基板を用いることにより、その厚みを相当薄くできるこ
とから、電極が透けて見え、磁気抵抗素子の取り付けの
際に、取り付け方向を外側から確認でき、作業性が向上
するという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明にかかる磁気抵抗素子の一実施例
を示す平面図である。

【図２】図２は本発明にかかる磁気抵抗素子用取付基板
の一実施例を示す斜視図である。

【図３】図３は上記実施例における磁気抵抗素子と磁気
抵抗素子用取付基板との複合体を示す斜視図である。

【図４】図４は鉄系磁性体歯車の歯数をカウントする場
合の等価回路を示す図である。

【図５】図５は上記実施例における複合体にバイアス磁
石を取り付けた磁気センサと、鉄系磁性体歯車との配設
関係を示す図である。

【図６】図６は上記実施例における磁気センサとアルミ
ナ基板を用いた場合の磁気センサとの検出距離に対する
出力電圧特性を示す図である。

【図７】図７は上記実施例における周囲温度に対する出
力電圧特性を示す図である。

【図８】図８は従来の磁気抵抗素子を示す断面図であ
る。

【図９】図９は従来の磁気センサを用いた場合の、鉄系
磁性体歯車との配設関係を示す図である。

【符号の説明】

１磁気抵抗素子２ガラス基板３パターン部４ショートバー５電極７ジルコニア基板８磁気抵抗素子とジルコニア基板の複合体１０バイアス磁石１１鉄系磁性体歯車１２磁気センサ

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】半導体磁気抵抗素子は、小型、軽量、高
信頼性、超寿命等の利点を有するセンサとして、無接触
のポテンショメータ、歯車の歯数をカウントするセン
サ、傾斜計、磁気インク読み取りヘッド等に幅広く用い
られている。また、これらの用途のほかに、最近の傾向
として、工場の現場や自動車内部などのように周囲温度
が高くなるところでの使用要求が多くなってきている。
特に、車載用アンチブロックブレーキの歯数をカウント
するセンサとして用いる場合には、１５０〜２００℃程
度の高い温度に耐えることが要求される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】そして、上記した磁気抵抗素子１を２つ用
意し、ジルコニア基板７の電極７ａ，７ｂ，７ｃ形成部
付近に銀系の導電ペースト９を塗布して、各磁気抵抗素
子１の電極５を形成した面を、ジルコニア基板７の電極
７ａ，７ｂ，７ｃを形成した面に対向させて両者を一体
化する。具体的には、一方の磁気抵抗素子１の２つの電
極５がそれぞれジルコニア基板７の電極７ａと７ｃに接
合するように、他方の磁気抵抗素子１の２つの電極５が
それぞれジルコニア基板の電極７ｂと７ｃに接合するよ
うにして一体化する。しかる後、導電ペースト９を所定
温度下（本実施例では約１５０℃）で加熱し硬化させ
る。これにより、図３に示した磁気抵抗素子１とジルコ
ニア基板７とからなる複合体８が製作される。なお、こ
の２つの磁気抵抗素子１の間隔ｘは、検出対象たる鉄系
磁性体歯車１１の歯のピッチｙの約１／２とすると、信
号出力が最大となるため好ましい（図５参照）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】そして、使用温度雰囲気１５０℃におい
て、ジルコニア基板７の電極７ａ，７ｂに８Ｖの電圧を
印加し、歯車１１を回転させたところ、電極７ｃにおい
て２９０ｍＶの出力が得られた。比較のため、同じクリ
アランスｌ＝１．３ｍｍでジルコニア基板７に代えて厚
み０．５ｍｍのアルミナ基板を用いた場合には、１５０
ｍＶ程度の出力しか得られなかった。これは、感磁部と
して機能するパターン部３の表面までの距離Ｌが基板の
厚み分長くなるためと考えられる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】なお、図６は、印加電圧を８Ｖとした場合
の、本実施例における磁気センサ１２の室温における検
出距離と出力電圧との関係を示す図であり、図７はクリ
アランスｌ＝１．３５ｍｍ、印加電圧８Ｖの場合の周囲
温度と出力電圧との関係を示す図である。比較のため、
図６には、本実施例のジルコニア基板７に代えて、厚み
０．７ｍｍのアルミナ基板を使用した場合の検出距離と
出力電圧との関係も示す。これらの図からも明らかなよ
うに、本実施例の磁気センサ１２は、検出距離が長くな
っても、又は高温下でも高い出力電圧を示している。ま
た、この測定において、周囲温度を１５０℃まで上げた
が、ＩｎＳｂから構成されるパターン部３がガラス基板
２から剥がれ落ちることがなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板と、該ガラス基板上に蒸着し
て形成されたインジウムアンチモンからなる化合物半導
体薄膜を、所定のパターンに加工してなるパターン部
と、を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】厚さ０．０５〜０．３０ｍｍのジルコニ
ア系セラミック基板上の複数箇所に、導体ペーストを印
刷・焼成して形成した電極を有することを特徴とする磁
気抵抗素子用取付基板。
【請求項３】請求項１記載の磁気抵抗素子のパターン
部形成面を、請求項２記載の磁気抵抗素子取付基板の電
極形成面に対向させ、両者を導電ペーストを介して一体
化し加熱硬化してなる複合体を有することを特徴とする
磁気センサ。