WO2005008268A1 - ３次元磁気方位センサおよびマグネト・インピーダンス・センサ素子 - Google Patents

３次元磁気方位センサおよびマグネト・インピーダンス・センサ素子 Download PDF

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WO2005008268A1
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magnetic
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insulator
electrode
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Yoshinobu Honkura
Michiharu Yamamoto
Kouei Genba
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Aichi Steel Corporation
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    • G01R33/18—Measuring magnetostrictive properties

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional magnetic direction sensor and a magneto 'impedance' sensor element applicable to an electronic compass. Kyoto technology
  • magnetic azimuth sensor having two or three sets of the magnetic sensors configured as described above.
  • the magnetic sensors are arranged such that the axes of the amorphous wires are substantially orthogonal to each other (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 JP 2001-296127 A
  • Patent Document 2 JP-A-11-64473
  • the above-mentioned conventional magnetic sensor has the following problems.
  • This magnetic sensor employs a structure in which the individual element in which an amorphous wire is arranged on a substrate is used, and this is inserted and arranged in a tubular bobbin. Therefore, the number of parts and the number of manufacturing steps are large, so that manufacturing and assembling are complicated, and there is a problem that the sensor is not suitable for miniaturization and cost reduction.
  • the above-described conventional magnetic azimuth sensor in which three sets of the magnetic sensors configured as described above are arranged has the following problem.
  • a magnetic azimuth sensor in which three sets of the magnetic sensors described above are not sufficiently reduced in size and cost is not only larger in size but also possibly higher in cost.
  • the first invention is directed to a magnetic sensing element whose characteristics change according to an external magnetic field, an insulator formed so as to penetrate the magnetic sensing element, and a foil-shaped conductive material adjacent to the outer surface of the insulator.
  • a magneto having an electromagnetic coil composed of a pattern; impedance, including a first sensor, a second sensor, and a third sensor composed of a sensor element;
  • the three-dimensional sensor is characterized in that the first sensor, the second sensor, and the third sensor are arranged so that directions in which the magnetic field detection sensitivities of the respective magnetosensitive members are maximum are substantially orthogonal to each other. It is in the magnetic direction sensor.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first aspect of the invention is a magnetic sensor whose characteristics change according to an external magnetic field, an insulator formed to penetrate the magnetic sensor, and an outer surface of the insulator. And a first sensor, a second sensor, and a third sensor comprising a magneto 'impedance' sensor element having an electromagnetic coil formed of a foil-shaped conductive pattern disposed adjacent to the sensor. .
  • the sensors are arranged so that the directions in which the magnetic sensitivity of the magnetosensitive members are maximum are substantially orthogonal to each other.
  • the electromagnetic coil in each of the above-mentioned sensors is formed of a foil-shaped conductive pattern.
  • Electromagnetic coils consisting of foil-shaped conductive patterns are formed in a very efficient and compact form by, for example, a method of metal deposition, a method of selectively removing a metal thin film by etching, or a method of applying conductive ink. can do. Therefore, each of the above sensors can be formed small and at low cost. Furthermore, if the electromagnetic coil is formed by the conductive pattern as described above, the variation in characteristics can be suppressed by increasing the formation accuracy, and a high-accuracy sensor can be realized.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor is configured such that the respective sensors are arranged such that directions in which the magnetic sensitivity of the respective magnetic sensitive bodies become maximum are substantially orthogonal to each other. Therefore, the three-dimensional magnetic azimuth sensor using each of the above sensors of excellent quality is a small, low-cost, high-precision, superior product.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first aspect of the present invention is easy to manufacture and assemble and realizes downsizing. According to the three-dimensional magnetic azimuth sensor, highly accurate azimuth detection can be performed regardless of the posture.
  • an electromagnetic coil is wound around the outer periphery of a magnetosensitive material whose characteristics change according to an external magnetic field.
  • Rotating magneto 'impedance' sensor element is wound around the outer periphery of a magnetosensitive material whose characteristics change according to an external magnetic field.
  • An electromagnetic coil comprising a sensor substrate for holding the magnetic sensitive body, an insulator formed to penetrate the magnetic sensitive body, and a foil-shaped conductive pattern disposed adjacent to an outer surface of the insulator;
  • a magneto 'impedance' sensor characterized in that the sensor substrate has electrodes extending on the surface of the outer surface thereof substantially perpendicular to the axial direction of the magneto-sensitive body, the electrodes being respectively extended by the electromagnetic coil and the magneto-sensitive force.
  • the sensor substrate has electrodes extending on the surface of the outer surface thereof substantially perpendicular to the axial direction of the magneto-sensitive body, the electrodes being respectively extended by the electromagnetic coil and the magneto-sensitive force.
  • the substrate in the magneto'impedance sensor element of the second invention is provided on the outer surface of the magneto-impedance sensor element, the surface being substantially perpendicular to the axial direction of the magneto-sensitive body, and extending from the electromagnetic coil and the magneto-sensitive body, respectively. Electrodes. Therefore, for example, when mounting the magneto 'impedance' sensor element on an electronic circuit board or the like, it is suitable for the case where the axial direction of the magnetic sensitive body is set along the thickness direction of the electronic circuit board or the like.
  • the surface on which the electrodes of the magneto 'impedance sensor element are arranged can be oriented in the same direction as the mounting surface of the electronic circuit board or the like, so that connection work using lead wires or the like can be easily performed. I can do it.
  • this magneto 'impedance' sensor element can be manufactured by a two-dimensional process. Therefore, the cost can be reduced by eliminating the need for expensive 3D processes.
  • the magneto 'impedance sensor element has an electromagnetic coil formed of a foil-like conductive pattern disposed adjacent to an outer surface of an insulator formed so as to penetrate the magnetic sensitive body. Things.
  • the conductive pattern forming the electromagnetic coil can be formed in a very small and high efficiency by a method of metal evaporation, a method of selectively removing a metal thin film by etching, a method of applying a conductive ink, or the like. It can be formed with high precision. Therefore, the magneto 'impedance' sensor element is small, high-precision, and low-cost.
  • the magneto 'impedance. Sensor element of the second invention is small in size, configuration and low cost, and furthermore, an electronic circuit mounting the magneto' impedance 'sensor element. Suitable as a device for magnetic sensing in the thickness direction of substrates etc. Things.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a front view of an Ml element in Example 1.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a cross section taken along line AA of FIG. 1 showing an Ml element in Example 1.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of a three-dimensional magnetic bearing sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an arrangement of electromagnetic coils in an extending groove according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a partial plan view showing an arrangement of a first conductive pattern in Example 1.
  • FIG. 5B is a partial plan view showing an arrangement form of a second conductive pattern in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a partial plan view showing the arrangement of the electromagnetic coils in the extending grooves according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing first and second sensors according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a third sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a partial perspective view for explaining electrode formation of a third sensor in Example 1.
  • FIG. 10 is a block circuit diagram showing an electronic circuit of a three-dimensional magnetic bearing sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 11 is a diagram showing X-axis and Y-axis outputs detected by a three-dimensional magnetic bearing sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing X-axis and Z-axis outputs detected by a three-dimensional magnetic bearing sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing Y-axis and Z-axis outputs detected by a three-dimensional magnetic bearing sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 14A is a plan view showing a configuration of another three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 14B is a plan view showing the configuration of another three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 14C is a plan view showing the configuration of another three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 14D is a plan view showing a configuration of another three-dimensional magnetic azimuth sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing a relationship between an external magnetic field acting on a magnetic sensor using an Ml element and an output voltage in Example 2.
  • FIG. 16 is a front view showing a bobbin type Ml element to be compared in Example 2.
  • FIG. 17 is a perspective view showing an insulator having an amorphous wire penetrated therein in Example 4.
  • FIG. 18 is a perspective view showing an insulator obtained by annularly removing metal thin films near both ends in Example 4.
  • Garden 19 A perspective view showing an MI element in a fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a perspective view showing a three-dimensional magnetic azimuth sensor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 22 is a perspective view showing the overall configuration of a three-dimensional magnetic bearing sensor 1 in Embodiment 5.
  • FIG. 23 is a perspective view showing an overall configuration of a three-dimensional magnetic bearing sensor No. 2 in Embodiment 5.
  • an amorphous wire having a diameter of 50 ⁇ or less can be used as the magnetic sensitive body in the three-dimensional magnetic azimuth sensor or the magneto 'impedance sensor element of the first and second inventions.
  • the sectional area of the electromagnetic coil can be made small, and the magneto 'impedance sensor element can be made small.
  • an amorphous wire having a diameter of 30 / im or less can be used.
  • FeCoSiB, NiFe, or the like can be used as the material of the magnetic sensitive body.
  • the magneto 'impedance sensor element performs magnetic sensing using a so-called Ml phenomenon, in which an induced voltage is generated in an electromagnetic coil in accordance with a change in a current flowing through the magnetic sensitive body.
  • Ml phenomenon is caused by the This is caused for a magnetic sensing element made of a magnetic material having an arrangement.
  • the energizing current of the magnetic sensing element is abruptly changed, the magnetic field in the circling direction is abruptly changed, and the action of the magnetic field change causes a change in the spin direction of electrons according to the peripheral magnetic field.
  • the phenomenon in which the internal magnetization and impedance of the magnetosensitive material change at that time is the above-mentioned Ml phenomenon.
  • the magneto 'impedance sensor element uses a magnetic sensing element made of a magnetic material having an electron spin array in a direction of circulation with respect to a supplied current direction.
  • the magnetic field in the circling direction is rapidly changed, and the action of the magnetic field change causes a change in the spin direction of electrons according to the peripheral magnetic field.
  • a change in the internal magnetization and impedance of the magnetic sensing element at that time is converted into a voltage or current generated in the magnetic sensing element, or a voltage or current generated at both ends of an electromagnetic coil arranged on the outer periphery of the magnetic sensing element.
  • the resulting element is the magneto 'impedance sensor element.
  • the magneto 'impedance sensor element transmits a current flowing through the magnetic sensitive body.
  • It is configured to be able to measure the intensity of the magnetic field that acts by measuring the magnitude of the induced voltage generated at both ends of the above-mentioned electromagnetic coil when it rises or falls in 10 nanoseconds or less. preferable.
  • the rapid change in the current flowing as described above can cause the magnetic sensitive body to generate a magnetic field change in the circumferential direction that is close to the propagation speed of the electron spin change and is commensurate with the speed.
  • a sufficient Ml phenomenon can be exhibited.
  • the energizing current rises or falls within 10 nanoseconds or less, a change in current including a high-frequency component of about 0.1 GHz can be applied to the magnetic sensitive body. Then, if the induced voltage generated at both ends of the electromagnetic coil is measured, the change in the internal magnetic field generated in the magnetic sensing element according to the peripheral magnetic field can be measured as the magnitude of the induced voltage, and the strength of the peripheral magnetic field can be more accurately measured. Can be measured.
  • the rise or fall of the conduction current means, for example, that the current value of the current flowing through the magnetic impedance element is changed from 10% or less (90% or more) of the steady current value to 90% or more (10% or more). Below).
  • the magneto 'impedance sensor element transmits a current flowing through the magnetic sensitive body. It is preferable to measure the induced voltage generated at both ends of the electromagnetic coil at the time of falling.
  • the linearity of the measurement signal of the magnetic detection head is improved with respect to the strength of the magnetic field.
  • the first sensor, the second sensor, and the third sensor each include an electrode wiring substrate provided with a concave-shaped extending groove, A first conductive pattern disposed on the inner peripheral surface of the extension groove so as to intersect the groove direction of the extension groove and having both ends extended on the surface of the electrode wiring board;
  • the electromagnetic coil includes one coil portion made of the first conductive pattern and the other coil portion made of the second conductive pattern for electrically connecting an end of the adjacent first conductive pattern. Can be combined.
  • the one coil portion made of the first conductive pattern provided on the inner peripheral surface of the extension groove and the second coil portion provided on the outer surface of the insulator are provided.
  • the other coil portion made of a conductive pattern it is possible to make the electromagnetic coil extremely compact. Therefore, each of the sensors is small, and the three-dimensional magnetic azimuth sensor using the sensors is small and has excellent mountability.
  • the conductive pattern on the inner peripheral surface of the extending groove or the outer surface of the insulator can be formed extremely efficiently and with high precision by, for example, metal deposition or etching. Therefore, the three-dimensional magnetic azimuth sensor can be manufactured with high production efficiency, and has high accuracy and excellent quality.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor has a substantially rectangular shape with four side walls, and has an IC in which an electronic circuit is formed.
  • the first sensor, the second sensor, and The third sensor is arranged on the IC,
  • the third sensor may be disposed on any of the side wall surfaces such that a groove direction of the extension groove substantially coincides with a thickness direction of the IC.
  • the third sensor is provided on one of the side walls so that the groove direction of the extending groove substantially matches the thickness direction of the IC, the magnetic field component in the thickness direction is measured.
  • the third sensor can be efficiently arranged.
  • the first and second sensors can be attached to the surface of the IC, the side wall surface, or the like. Since the first and second sensors have grooves extending along the surface of the IC, the degree of freedom in arranging them on the IC is higher than that of the third sensor.
  • the first sensor and the second sensor are provided on the two side surfaces of the IC, respectively, which are orthogonal to each other. It is preferable that the other sensor is substantially perpendicular to the side wall surface on which the sensor is provided.
  • the IC is substantially parallel to the IC. It is possible to detect magnetic field components in two orthogonal directions in a simple plane. Furthermore, for example, if the same sensor is used as the first and second sensors, the types of components can be reduced.
  • an electrode is formed on a surface of the IC facing the surface facing the surface of the IC, and the electrode is connected to an electrode disposed on the surface of the IC and a lead wire. Les, preferably connected electrically through.
  • the surface on which the electrodes of the third sensor are provided and the surface of the IC on which the electrodes are provided are substantially in the same direction, so that the operation of connecting the lead wires can be easily performed.
  • an electrode is formed on a surface of the IC facing the surface facing the surface of the IC, and the electrode is connected to an electrode disposed on the surface of the IC and a lead wire. Are electrically connected via
  • the first sensor and the second sensor have an electrode formed on the surface facing the surface of the IC, and the electrode is connected to an electrode disposed on the surface of the IC and a lead wire. It is preferable that they are electrically connected to each other.
  • the surface on which the electrodes of the first, third and third sensors are provided and the surface of the IC on which the electrodes are provided are substantially in the same direction.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor may be within 3 mm in length, 3 mm in width, and 1.5 mm in height.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor When the three-dimensional magnetic azimuth sensor is configured to be small as described above, it becomes easy to apply the three-dimensional magnetic azimuth sensor to portable terminal devices such as mobile phones and PDAs. If the above three-dimensional magnetic direction sensor is within 2.5 mm in height, 2.5 mm in width, and lmm in height, it cannot be mounted on a portable terminal device. It becomes even easier.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor includes an IC that forms an electronic circuit and a common substrate on which the IC is mounted, and includes the first sensor, the second sensor, and the third sensor. Is disposed on the common substrate,
  • the third sensor is disposed so that a groove direction of the extension groove substantially coincides with a thickness direction of the common substrate.
  • the sensors can be efficiently arranged together with the IC using the common substrate.
  • the insulator is formed on the outer periphery of an amorphous wire or a magnetic anisotropic thin film as the magnetic sensitive body.
  • the conductive pattern is formed on the outer peripheral surface of the insulator.
  • each of the above sensors can be configured to be very small. If a three-dimensional magnetic azimuth sensor is configured using the sensors configured as described above, an excellent product that is small, highly accurate, has good production efficiency, and is low in cost can be realized.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor has a substantially rectangular shape with four side walls, and has an IC in which an electronic circuit is formed, and the first sensor, the second sensor, and the like.
  • the third sensor is arranged on the IC,
  • the third sensor is surface-mounted on a daughter board disposed on the side wall surface in a state substantially orthogonal to the surface of the IC, and has a maximum magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensitive body. It is preferable that the direction in which the thickness becomes substantially coincides with the thickness direction of the IC.
  • the magnetic field component in the thickness direction can be measured using the third sensor.
  • each of the sensors has a direction in which the magnetic field detection sensitivity is maximized in the longitudinal direction of the magnetic sensitive body.
  • the daughter substrate can be erected on the surface of the IC.
  • first sensor and the second sensor can be arranged on the surface of the IC.
  • the overall size of the three-dimensional magnetic azimuth sensor can be further reduced.
  • the third sensor has an electrode facing the mounting surface of the daughter substrate, and can be surface-mounted in a state where the electrode is in contact with the electrode of the daughter substrate.
  • the electrical connection between the daughter board and the third sensor can be realized with high reliability.
  • the third sensor has an electrode facing the mounting surface of the daughter board, and the electrode is surface-mounted in a state of being in contact with the electrode of the daughter board.
  • the first sensor and the second sensor have electrodes facing the surface of the IC, and the electrodes can be arranged in a state of contacting the electrodes of the IC.
  • a small three-dimensional magnetic azimuth sensor can be realized by efficiently arranging the sensors with respect to the IC.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor can be within 3 mm in length, 3 mm in width, and 1.5 mm in height.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor When the three-dimensional magnetic azimuth sensor is configured to be small as described above, it becomes easy to apply the three-dimensional magnetic azimuth sensor to portable terminal devices such as mobile phones and PDAs. If the above three-dimensional magnetic direction sensor is within 2.5 mm in height, 2.5 mm in width, and lmm in height, it cannot be mounted on a portable terminal device. Sa Easier.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor has an IC that forms an electronic circuit and a common substrate on which the IC is mounted, and includes the first sensor, the second sensor, and the third sensor. Is disposed on the common substrate,
  • the third sensor is disposed so that the direction in which the magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensitive body is maximized substantially coincides with the thickness direction of the common substrate.
  • the sensors can be efficiently arranged together with the IC using the common substrate.
  • the magneto 'impedance sensor element is substantially perpendicular to a groove direction of the extension groove, the electrode wiring board serving as the sensor substrate provided with a concave extension groove.
  • the first conductive pattern which is disposed on the inner peripheral surface of the extending groove and has both ends extending on the surface of the electrode wiring board, and the amorphous wire as the magnetic sensing element are penetrated.
  • the insulator housed in the extending groove in a state, and a second conductive pattern disposed on an outer surface of the insulator so as to straddle the extending groove,
  • the electromagnetic coil includes one coil portion made of the first conductive pattern and the other coil portion made of the second conductive pattern for electrically connecting an end of the adjacent first conductive pattern. Can be combined.
  • the one coil portion made of the first conductive pattern provided on the inner peripheral surface of the extension groove and the second coil portion provided on the outer surface of the insulator are provided.
  • the other coil portion made of a conductive pattern it is possible to make the electromagnetic coil extremely compact. Therefore, the magneto 'impedance sensor element is small and has excellent mountability.
  • the conductive pattern on the inner peripheral surface of the extending groove or the outer surface of the insulator can be formed extremely efficiently and accurately by, for example, metal deposition or etching. Therefore, the magneto 'impedance' sensor element can be manufactured with high production efficiency and has high accuracy and excellent quality.
  • the magneto 'impedance sensor element is provided on an insulator covering the outer periphery of the amorphous wire or the magnetic anisotropic thin film as the magnetic sensing element, and is disposed on the outer peripheral surface of the insulator. And a daughter board as the sensor board on which the insulator accommodating the magnetic sensitive body is disposed.
  • the conductive pattern on the outer peripheral surface of the insulator formed on the outer periphery of the magnetic sensitive body, it is possible to form an electromagnetic coil with high efficiency and high accuracy. Also, if a conductive pattern is provided on the outer peripheral surface of the insulator to form an electromagnetic coil, a very small magneto 'impedance sensor element can be realized. Examples of a method for forming the conductive pattern forming the electromagnetic coil on the outer peripheral surface of the insulator include a method by metal deposition, a method of removing a deposited metal thin film by etching, and a method of applying conductive ink. There is. As the insulator, an insulator made of at least one of epoxy resin, silicone, and the like can be used. Example
  • This example relates to a three-dimensional magnetic direction sensor 10a using a magneto 'impedance' sensor element 10 with an electromagnetic coil. This will be explained with reference to Figs.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of this example includes a magnetic sensitive body 2 whose characteristics change according to an external magnetic field as shown in FIGS. 1 and 3, and an insulator 4 formed so as to penetrate the magnetic sensitive body 2.
  • a first sensor 101 comprising a magneto 'impedance' sensor element 10 having an electromagnetic coil 3 comprising foil-shaped conductive patterns 31 and 32 disposed adjacent to the outer surface of the insulator 4, It includes a sensor 102 and a third sensor 103.
  • the first sensor 101, the second sensor 102, and the third sensor 103 are disposed such that directions in which the magnetic field detection sensitivity of each magnetic sensitive body 2 is maximum are substantially orthogonal to each other.
  • the magneto 'impedance sensor element 10 forming the first sensor 101, the second sensor 102, and the third sensor 103 extends in a concave extending groove 11 as shown in Figs. 1 and 2.
  • the electrode wiring board 1 provided is disposed on the inner peripheral surface of the extension groove 11 so as to be substantially perpendicular to the groove direction of the extension groove 11, and both ends are extended on the surface of the electrode wiring board 1.
  • the first conductive pattern 31 and an amorphous wire as the magnetic sensing element 2 (hereinafter, referred to as an amorphous Described as wire 2. ) Penetrating through the extension groove 11 and a second conductive pattern 32 disposed on the outer surface of the insulator 4 so as to straddle the extension groove 11. .
  • the electromagnetic coil 3 of this example has one coil portion made of the first conductive pattern 31 and the other coil made of the second conductive pattern 32 electrically connecting the end of the adjacent first conductive pattern 31. It is a combination of a coil part.
  • the first sensor 101 is disposed so that the amorphous wire 2 extends along the X direction of the IC 100 as shown in FIG.
  • the second sensor 102 is disposed so that the amorphous sensor 2 is disposed along the Z direction of the IC 100
  • the third sensor 103 is disposed so that the amorphous sensor 2 is disposed along the Z direction of the IC 100.
  • Ml element 10 the magneto 'impedance' sensor element 10 with an electromagnetic coil constituting each of the sensors 101-103 will be described first.
  • the Ml element 10 includes an electrode wiring board 1 provided with an extended groove 11 as shown in FIGS. 1 and 2, an amorphous wire 2 whose characteristics are changed by an applied magnetic field, and an amorphous wire via an insulator 4. 2 has an electromagnetic coil 3 wound around the outer periphery, an amorphous wire 2, and electrodes 52 and 51, which are terminals extending from the electromagnetic coil 3.
  • the amorphous wire 2 is a conductive magnetic wire having a diameter of 20 ⁇ m. Then, in the Ml element 10 of the present example, as shown in FIGS. 1 and 2, in the extension groove 11 having a depth of 50 / im and a width of 70 / im formed in the electrode wiring substrate 1, along the groove direction. Houses amorphous wire 2. In addition, an insulator 4 made of epoxy resin is filled in the extension groove 11 containing the amorphous wire 2.
  • the electromagnetic coil 3 extends along the surface of the electrode wiring board 1 with the one coil portion including the conductive pattern 31 disposed on the inner peripheral surface 111 of the extension groove 11.
  • a spiral electric path as a whole is formed by combining with the other coil portion composed of the conductive pattern 32 disposed on the outer surface of the insulator 4 so as to straddle the groove 11.
  • the conductive pattern 31 is formed substantially perpendicular to the groove direction of the extending groove 11 as shown in FIGS.
  • the conductive pattern 32 is formed obliquely with respect to the width direction of the extension groove 11, and electrically connects the end portions of the adjacent conductive patterns 31.
  • the conductive pattern 32 is arranged in the width direction of the extending groove 11 and the conductive pattern 31 is It can also be formed obliquely.
  • a method of forming the conductive pattern 31 disposed on the inner peripheral surface 111 of the extension groove 11 will be described with reference to FIGS.
  • conductive metal is applied to the entire inner peripheral surface 111 of the extending groove 11 formed in the longitudinal direction of the electrode wiring substrate 1 and the region near the extending groove 11 on the surface of the electrode wiring substrate 1.
  • a thin film was deposited.
  • the conductive pattern 31 including the vertical pattern 311 and the horizontal pattern 312 was formed by selectively removing a part of the metal thin film using a selective etching technique.
  • a vertical pattern 311 is formed vertically on the groove side surface 113 of the extending groove 11, and a horizontal pattern 312 connecting the mutually facing vertical patterns 311 is formed on the groove bottom surface 110 of the extending groove 11.
  • the extension groove 11 is filled with the insulator 4
  • a conductive metal thin film was deposited on the upper surface 112 of the extending groove 11 and a region in the vicinity of the upper surface 112 of the electrode wiring substrate 1 thus formed.
  • the metal thin film was removed using a selective etching technique as shown in FIGS. 4 and 6, thereby forming a conductive pattern 32 connecting the ends of the adjacent conductive patterns 31.
  • the widths of the vertical pattern 311 and the horizontal pattern 312 shown in FIG. 6 in the groove direction are set to 50 / im, 10 / im, etc., and the same width of the gap is 25 / im, which is half of the width, respectively. Can be set to 5 / m etc.
  • the width of each of the patterns 311 and 312 in the groove direction may be 25 ⁇ m, and the same width of the gap may be equivalent to 25 ⁇ m.
  • an insulator 4 is disposed between the amorphous wire 2 and the electromagnetic coil 3, and the insulator 4 provides electrical insulation between the amorphous wire 2 and the electromagnetic coil 3. keeping.
  • the electromagnetic coil 3 is formed directly on the outer periphery of the insulator 4 through which the amorphous wire 2 penetrates.
  • the inner diameter of the electromagnetic coil 3 is made extremely small to be 200 zm or less, thereby realizing the miniaturization of the entire Ml element 10. I have.
  • the amorphous wire 2 having a diameter of 1-150 x m is adopted, the coil diameter of the electromagnetic coil 3 can be further reduced.
  • the inner diameter of the circle corresponding to the circle of the electromagnetic coil 3 (same as the groove cross-sectional area formed by the height and width)
  • the diameter of a circle that is one area. ) Is very small diameter of 66 / m.
  • the extending groove 11 is formed on the upper surface 1011, the upper surface 1021, or the side wall surface 1032, respectively.
  • the electromagnetic coil 3 is formed along the direction of the extending groove 11.
  • the insulator 4 is accommodated in a space having a substantially rectangular cross section formed on the inner peripheral side of the electromagnetic coil 3.
  • An amorphous wire as the magnetic sensing element 2 is penetrated along the groove direction at a substantially central portion of the cross section of the insulator 4.
  • the size of the electrode wiring board 1 of the Ml element 10 of the present example constituting each sensor 101 103 is 0.5 mm X O. 4 mm X 1. O mm.
  • the amorphous wire 2 is made of CoFeSiB alloy and has a diameter of 20 zm and a length of lmm.
  • the extending groove 11 is formed in the longitudinal direction of the electrode wiring board 1.
  • the first sensor 101 and the third sensor 103 are each realized with a size of 0.5 mm ⁇ 0.4 mm X I ⁇ 0 mm.
  • the electrodes 5 are formed on the upper surfaces 1011, 1021, and 1031 of the electrode wiring board 1.
  • the number of the electrodes 5 is a total of four: an electrode 51 extended from the electromagnetic coil 3 and an electrode 52 extended from the amorphous wire 2.
  • electrodes 52 extending from both ends of the amorphous wire 2 and electrodes extending from both ends of the electromagnetic coil 3 are provided on the upper surfaces 1011 and 1021 of the first sensor 101 and the second sensor 102, respectively. 51 and are arranged. In this example, the electrodes 52 were provided near both ends of each of the sensors 101 and 102, and the electrode 51 was disposed between the pair of electrodes 52. The electrodes 51 and 52 are each configured to be electrically connectable to an electrode pad (not shown) formed on the IC 100 via the lead wire 6 (see FIG. 3).
  • an electrode 52 extending from both ends of the amorphous wire 2 and an electromagnetic coil are provided on an upper surface 1031 adjacent to the side wall surface 1032 via a longitudinal ridge as shown in FIG. 3 and electrodes 51 extended from both ends.
  • Each of these electrodes 51 and 52 is electrically extended from the amorphous wire 2 or the electromagnetic coil 3 via a conductive pattern provided on the side wall surface 1032.
  • the electrodes 51 and 52 of the third sensor 103 are electrically connected to electrode pads (not shown) formed on the IC 100 via lead wires, respectively. (See Figure 3).
  • Grooves 1034 having a predetermined width are formed at both ends in the longitudinal direction of the electrode wiring board 1 constituting the third sensor 103 (only one end is typically shown in FIG. 9).
  • the electrodes 51 and 52 extending from the electromagnetic coil 3 or the amorphous wire 2 to the inner wall surface of the groove 1034, that is, the end surface of the third sensor 103 are formed.
  • the 32nd sensor 103 is cut and cut at the groove 1034.
  • the extending groove 11 is formed on the side surface 1032 by etching and the like, and the bonding pad portion is formed.
  • the third sensor 103 was manufactured by using a photolithography process (semiconductor technology).
  • the pad portion of the side surface 1032 of the third sensor 103 is brought into contact with the side wall surface 1003 of the IC 100 and bonded.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a is such that the substantially rectangular parallelepiped sensors 101 to 103 each including the Ml element 10 as shown in FIG.
  • the first sensor 101 is for measuring the magnetic field component along the X direction
  • the second sensor 102 is for measuring the magnetic field component along the Y direction
  • the third sensor 103 is for measuring the magnetic field component along the Y direction. Is for measuring the magnetic field component along the Z direction (the thickness direction of the IC 100).
  • the IC 100 is a rectangular plate having four orthogonal side walls.
  • the first sensor 101 and the second sensor 102 are attached to the adjacent side wall surfaces 1001 and 1002, respectively.
  • the third sensor 103 is attached to a side wall surface 1003 of the IC 100 that is substantially parallel to the side wall surface 1022 (or may be a side wall surface that is substantially parallel to the side wall surface 1001).
  • the first sensor 101 has, on an upper surface 1011 along the longitudinal direction, an extending groove 11 along the longitudinal direction.
  • the first sensor 101 is mounted in a state where a side wall surface 1012 adjacent to the upper surface 1011 via a longitudinal ridge line is in contact with the side wall surface 1001.
  • the second sensor has an extending groove 11 on the upper surface 1021 along the longitudinal direction along the longitudinal direction.
  • the second sensor 102 is mounted in a state where the side wall surface 1022 adjacent to the upper surface 1021 is in contact with the side wall surface 1002 via the ridge line in the longitudinal direction.
  • the third sensor has an extending groove 11 on a side wall surface 1032 along the longitudinal direction, substantially perpendicular to the longitudinal direction.
  • the third sensor 103 is attached with the side wall surface 1032 provided with the extension groove 11 in contact with the side wall surface 1003.
  • the X direction is defined along the side wall surface 1001
  • the Y direction is defined along the side wall surface 1002
  • the Z direction is defined orthogonal to the X direction and the Y direction. It has been done.
  • the first sensor 101 is disposed so that the groove direction of the extending groove 11 substantially matches the X direction
  • the second sensor 102 is
  • the third sensor 103 is disposed so that the groove direction of the extension groove 11 substantially coincides with the Z direction
  • the third sensor 103 is disposed so that the groove direction of the extension groove 11 substantially coincides with the Z direction.
  • the first sensor 101—the third sensor 103 are each 0.5 mm ⁇ 0.4 mm
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of this example using each of the sensors 10 1 to 103, which is a small Ml element 10, has a very small size of 2.Omm X l. 8mm X l. , And realizes a size with excellent mountability.
  • the first sensor 101 and the second sensor 102 are connected to the ICs 100 through the leads f springs 6 connected to the electrodes 51 and 52 on the upper surfaces 1011 and 1021, respectively. It is electrically connected to.
  • the third sensor 103 is electrically connected to the IC 100 via the lead wire 6 connected to the electrodes 51 and 52 on the upper surface 1031. That is, in the three-dimensional magnetic azimuth sensor, the electrical connection with the IC 100 side is efficiently realized by using the electrodes 51, 52 of the upper surfaces 1011, 1021, 1031 of the sensors 101, 102, 103.
  • These sensors 101-103 detect the external magnetic field acting on the magnetic sensitive body 2 by measuring the voltage generated in the electromagnetic coil when a high frequency or pulse current is applied to the amorphous wire 2. I do.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of the present example integrally has the electronic circuit shown in FIG.
  • this electronic circuit By using this electronic circuit to apply a current change in the high-frequency region to the amorphous wire 2 and measuring the induced voltage generated in the electromagnetic coil 3 at this time, the acting magnetic field strength is measured. It is composed.
  • This electronic circuit includes a signal generator 6, sensors 101 103, and a signal processing circuit 7.
  • the signal generator 6 generates a pulse signal having a strength of 170 mA mainly including 200 MHz and a signal interval of 1 ⁇ sec.
  • the electronic circuit is configured to input the pulse signal to the amorphous wire 2.
  • each of the sensors 101 to 103 utilizes a phenomenon that an induced voltage is generated in the electromagnetic coil 3 according to an external magnetic field acting on the amorphous wire 2. Note that the induced voltage of the electromagnetic coil 3 is generated when the pulse signal rises or falls.
  • the signal processing circuit 7 is a circuit configured to process the induced voltage of the electromagnetic coil 3.
  • the induced voltage of the electromagnetic coil 3 is extracted through the synchronous detection 71 that is opened and closed in conjunction with the pulse signal, and is amplified by the amplifier 72 at a predetermined amplification factor. Then, the signal amplified by the signal processing circuit 7 is output as an output signal of the electronic circuit.
  • the cut-off time for falling from 90% to 10% of the steady state of the pulse current force was set to 4 nanoseconds.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of the present example includes three Ml elements 10 (the first sensor 101, the second sensor 102, and the third sensor 103) provided at predetermined positions of the IC 100. ) To detect the magnetic field components in the X, Y, and Z axes.
  • each of the sensors 101-103 outputs the X-axis output, the Y-axis output, and the Z-axis output having different phases as shown in FIGS. It is configured to output to the formed signal processing circuit 7 of FIG.
  • FIG. 11 shows the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a in which the extension groove 11 of the third sensor 103 is oriented in the vertical direction in the Z-axis direction, that is, when the sensor is rotated 360 degrees around the Z-axis. 3 shows a change in an output signal of a horizontal component of terrestrial magnetism detected by the first sensor 101 and the second sensor 102.
  • FIG. 12 shows the first sensor 101 and the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a in which the extending groove 11 of the second sensor 102 is oriented in the vertical direction in the Y-axis direction, 3 shows a change in the output signal of the third sensor 103. Further, FIG.
  • FIGS. 11 and 13 show the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a in which the extension groove 11 of the first sensor 101 is oriented in the vertical direction in the X-axis direction, that is, when the second sensor 102a is rotated around the X-axis. 3 shows a change in the output signal of the third sensor 103.
  • the rotation angle around each axis is defined on the horizontal axis
  • the magnitude of the output signal of each sensor 101, 102, 103 is defined on the vertical axis.
  • the three-dimensional magnetic direction sensor 10 a is a small and highly accurate one that performs magnetic sensing in the X, Y, and ⁇ directions simultaneously using three Ml elements 10, which was difficult with the conventional technology. Therefore, the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a can accurately detect an external magnetic field that acts regardless of its posture.
  • the third sensor 103 manufactured by the two-dimensional process is used, and is bonded to the side surface of the IC 100 in an upright state. . Therefore, a costly three-dimensional process can be dispensed with and costs can be reduced.
  • the Ml element 10 is configured using the extending groove 11 formed in the electrode wiring substrate 1. Therefore, compared to the case where the bobbin around which the electromagnetic coil is wound is arranged on the electrode wiring board 1, the size can be reduced, and external contact with the electromagnetic coil 3 is prevented beforehand, and mechanical stability is improved. Can be improved.
  • the amorphous wire 2 is employed as the magnetic sensitive body. If the amorphous wire 2 having excellent magnetic sensing performance is used, the output voltage per turn of the electromagnetic coil 3 can be further increased, and the number of turns can be further reduced. In this case, the axial length of the Ml element 10 can be further reduced. In the Ml element 10 of the present embodiment, the winding interval per unit length of the electromagnetic coil 3 is 50 ⁇ m / turn, which is 100 ⁇ m / turn or less.
  • the output voltage can be increased. If the winding interval per unit length of the electromagnetic coil 3 is 100 / im / wind or less as in this example, the effect of increasing the output voltage as described above can be obtained. Then, the length of the Ml element 10 can be relatively reduced with respect to the output voltage.
  • the first sensor 101 and the second sensor 102 are arranged using the adjacent side walls 1001 and 1002 of the substantially rectangular IC 100 having four side walls. It is set up.
  • the third sensor 103 is provided on one of the remaining two side wall surfaces 1003.
  • the respective sensors 101 103 are efficiently arranged. Further, the same as the first sensor 101 and the second sensor 102 By adopting the specifications, the number of components that compose a 3D magnetic azimuth line of 1 Oa can be reduced, and costs have been reduced.
  • the third sensor 103 a force using a shape and dimensions different from those of the first and second sensors 101 and 102 is used. Instead, the first to third sensors 101 to 103 are used. The same shape and dimensions can be used.
  • the first and second sensors 101 and 102 are mounted on the side wall surfaces 1 001 and 1002 adjacent to the IC 100, and the third sensor 103 is mounted on the remaining two side wall surfaces of the IC 100.
  • the third sensor 103 is disposed on the side wall surface 1001 on which the first sensor 101 is disposed as shown in FIG. 14 (FIG. 14A).
  • the first and third sensors 101-103 are arranged on the same side wall surface ((C) in the same figure), and the first and third sensors 101-103 are arranged on the upper surface (lower surface) of the IC 100. ((D) in the figure) is also possible.
  • This example is an example in which the characteristics of each of the sensors 101 to 103 (see FIG. 3; hereinafter, referred to as a new structure sensor) constituting the three-dimensional magnetic direction sensor of the first embodiment are evaluated. This content will be described with reference to FIGS.
  • a conventional sensor including a bobbin element 9 which is a conventional bobbin type Ml element shown in FIG. 16 was used as a comparative example.
  • the bobbin element 9 has a winding frame (bobbin) 94 having an insulating property interposed between the amorphous wire 92 and the electromagnetic coil 93 to ensure electrical insulation.
  • the magnetic sensing element is an amorphous wire 92 having a diameter of 30 ⁇ m using a CoFeSiB-based alloy.
  • Electromagnetic coil 93 has an inner diameter of 1.5 mm.
  • two electrodes 95 extending from the electromagnetic coil 3 and two electrodes 95 extending from the amorphous wire 92 are formed on the winding frame 94.
  • the dimensions of the bobbin element 9 are 3 mm X 2 mm X 4 mm.
  • the conventional bobbin element 9 has a large physique as described above. For this reason, it is difficult to apply the conventional sensor of the above comparative example using this to portable devices or the like where the installation space is limited.
  • the above-mentioned conventional sensor comprising the bobbin element 9 (wire length 2.5 mm, coil diameter 1.5 mm, 40 turns) and a new structure sensor (wire diameter 20 / im, length 1.
  • coil diameter ( Fig. 15 shows the results of comparing the magnetic detection characteristics of a circle with an equivalent diameter of 66 / m and 18 turns).
  • the horizontal axis in the figure is the external magnetic field, and the vertical axis is the output voltage output from the signal processing circuit.
  • the output voltage of the new structure sensor of this example is slightly more than 80% compared to the conventional sensor equal to ⁇ 3G. In other words, the new structure sensor of this example suppresses a decrease in output voltage in spite of its small size and thickness.
  • the Ml element of the new structure sensor of this example is superior to the bobbin element 9 in the voltage per turn. Compared to 28mV / turn of the bobbin element 9, the Ml element of the new structure sensor of this example realizes 53mVZturn, which is about twice as large.
  • the new structure sensor of this example has a size of ⁇ 3G as shown in FIG. It has excellent characteristics that can obtain excellent linearity in a magnetic field region.
  • This example is an example in which the geomagnetic detection characteristics of each of the sensors 101 to 103 constituting the three-dimensional magnetic azimuth sensor of the first embodiment are evaluated. This will be explained with reference to Fig.3, Fig.7-Fig.9 and Table1Table4.
  • D5 is the width of the first sensor 101
  • D4 is the length of the first sensor 101 in the longitudinal direction
  • D6 is the height of the first sensor 101.
  • D7 is the width of the second sensor 102
  • D8 is the length of the second sensor 102 in the longitudinal direction
  • D9 is the height of the second sensor 102.
  • D1 is the width of the third sensor 103
  • D2 is the length of the third sensor 103 in the longitudinal direction
  • D3 is the height of the third sensor 103.
  • W 34 in FIG. 8 is the width of the conductive pattern 31 formed on the inner peripheral surface 111 of the extending groove 11 formed in the longitudinal direction of the electrode wiring board 1 in the third sensor 103. Is the pitch between adjacent conductive patterns 31.
  • D6 (D9) is the height of first sensor 101 (second sensor 102)
  • D5 (D7) is the width of first sensor 101 (second sensor 102)
  • D4 (D8) is the longitudinal length of the first sensor 101 (second sensor 102).
  • W14 (W24) in FIG. 7 is a conductive pattern 3 formed on the inner peripheral surface 111 of the extending groove 11 formed in the longitudinal direction of the electrode wiring board 1 in the first sensor 101 (second sensor 102).
  • W15 (W25) is an arrangement pitch of the adjacent conductive patterns 31.
  • Ml is the width of the groove 1034 provided in the process of manufacturing the third sensor 103
  • M2 is the depth of the groove 1034
  • W53 is formed to extend on the wall surface of the groove 1034.
  • the third sensor 103 is obtained by being divided by the groove 1034 in a later step.
  • This embodiment is an example in which the configuration of the Ml element 10 is changed based on the first embodiment. This will be described with reference to FIGS. 17 to 21.
  • the Ml element 10 of this example is one in which an electromagnetic coil 3 is formed on an outer peripheral surface of an insulator 4 provided on an outer peripheral side of an amorphous wire 2.
  • the electromagnetic coil 3 is formed by a conductive pattern 33 provided on the outer peripheral surface of the insulator 4.
  • an insulator 4 made of resin was formed on the outer periphery of the amorphous wire 2 by molding as shown in FIG.
  • the insulator 4 is a rod having a rectangular cross section, and the ends of the amorphous wire 2 are exposed at both end surfaces.
  • the electromagnetic coil 3 was formed by the following procedure. First, a metal material containing copper was vapor-deposited over the entire outer circumferential surface of the rod-shaped insulator 4 to form a metal thin film. Thereafter, the electromagnetic coil 3 was formed by selective etching. Further, in the present example, at the same time when the electromagnetic coil 3 was formed, an electrode 52 extending from both ends of the amorphous wire 2 and an electrode 51 extending from both ends of the electromagnetic coil 3 were formed.
  • the metal thin film was annularly removed at a predetermined distance WD1 from both ends of the insulator, and the metal thin film was divided into three parts.
  • the intermediate metal thin film 30a was subjected to a selective etching process to form the conductive pattern 33 forming the electromagnetic coil 3 and the electrodes 51 extended at both ends thereof.
  • the metal thin films 30b at both ends are electrically connected to the ends of the amorphous wire 2 penetrating the insulator 4, and function as the electrodes 52 of the amorphous wire 2.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of the present example is configured using three Ml elements 10 directly or indirectly arranged on the IC 100 as shown in FIG.
  • the above-described Ml element 10 is provided as a first sensor 101 and a second sensor 102 for measuring the magnetic field strength in the X direction and the Y direction, which are two orthogonal directions on the surface of the IC 100, respectively.
  • the third sensor 103 for measuring the magnetic field strength in the Z direction, which is the thickness direction of the IC 100 has a Ml element 10 surface-mounted on a daughter substrate 100d.
  • the third sensor 103 is configured to be bonded to the side wall surface of the IC 100 by using a pad formed on the back surface of the daughter substrate 100d.
  • the daughter substrate 100d is provided with electrodes corresponding to the electrodes 51 and 52 of the Ml element. Electrodes 51d and 52d extending from each electrode are provided on the side wall surface. These electrodes 51d and 52d are configured to be electrically connectable to the electrodes (not shown) of the IC 100 via the same lead wires as in the first embodiment.
  • a magnetic anisotropic thin film having a thin film shape can be employed instead of the amorphous wire 2 of the present example.
  • the outer periphery of the magnetic anisotropic thin film is covered with the insulator 4 so as to have a substantially rectangular cross section, and the electromagnetic procedure is performed in the same manner as described above.
  • the coil 33 and the electrodes 51 and 52 can be formed.
  • This example is an example in which the method of arranging the sensors 101 to 103 is changed based on the three-dimensional magnetic azimuth sensor of the first or fourth embodiment. This will be described with reference to FIGS. 22 and 23.
  • the three-dimensional magnetic direction sensor 10a of this example has a common substrate 109 on which the IC 100 and each of the sensors 101 103 are provided.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of FIG. 22 is based on the first embodiment, in which the IC 100 is mounted on the mounting surface of the common substrate 109, and the first sensor 101, the second sensor 102, and the third The sensor 103 is provided.
  • the three-dimensional magnetic azimuth sensor 10a of FIG. 23 is based on the three-dimensional magnetic azimuth sensor of the fourth embodiment, in which the IC 100 is mounted on the mounting surface of the common board 109, and the first sensor 101 is mounted on the side wall surface.
  • the second sensor 102 and the third sensor 103 are provided.

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Abstract

　３次元磁気方位センサ１０ａは、外部磁界に応じて特性が変化する感磁体２と、該感磁体２を貫通させるように形成された絶縁体４と、該絶縁体４の外表面に隣接して配設された箔状の導電パターン３１、３２よりなる電磁コイル３とを有するマグネト・インピーダンス・センサ素子１０である第１センサ１０１、第２センサ１０２及び第３センサ１０３を含むものである。第１センサ１０１、第２センサ１０２及び第３センサ１０３は、各感磁体２の磁界検出感度が最大となる方向が相互に直交するように配設されている。

Description

明 細 書
3次元磁気方位センサおよびマグネト 'インピーダンス 'センサ素子 技術分野
[0001] 本発明は、電子コンパスに適用可能な 3次元磁気方位センサおよびマグネト 'イン ピーダンス'センサ素子に関する。 京技術
[0002] 従来より、感磁体としてのアモルファスワイヤを保持した個片素子を、検出コイルお よび負帰還コイルを卷回した管状ボビンに内挿した磁気センサがある（例えば、特許 文献 1参照。）。上記個片素子は、例えば、基板の長手方向の両端に配設した電極 間にアモルファスワイヤを配設し、全体をゲル状物質で覆ったものである。
さらに、このように構成された磁気センサを、 2組あるいは 3組有する磁気方位セン サがある。この磁気方位センサでは、各アモルファスワイヤの軸方向が相互に略直交 するよう、各磁気センサを配置してある（例えば、特許文献 2参照。 )
[0003] 特許文献 1 :特開 2001 - 296127号公報
特許文献 2：特開平 11 - 64473号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、上記従来の磁気センサでは、次のような問題がある。この上記磁気セ ンサでは、基板上にアモルファスワイヤを配置した上記個片素子を用レ、、これを、管 状ボビンに内挿、配置する構造を採用している。そのため、部品数および製造工程 数が多ぐ製造および組み立てが複雑で、センサの小型化およびコストダウンに適さ ないという問題があった。
[0005] また、上記のように構成された磁気センサを 3組配設した上記従来の磁気方位セン サでは、次のような問題がある。上記のように小型化及びコストダウンが十分でない上 記磁気センサを 3組配設した磁気方位センサは、その体格が一層大型化すると共に 、そのコストが高くなるおそれがある。
課題を解決するための手段 [0006] 第 1の発明は、外部磁界に応じて特性が変化する感磁体と、該感磁体を貫通させ るように形成した絶縁体と、該絶縁体の外表面に隣接する箔状の導電パターンよりな る電磁コイルとを有するマグネト.インピーダンス 'センサ素子よりなる第 1センサ、第 2 センサ及び第 3センサを含み、
上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサは、上記各感磁体の磁界検 出感度が最大となる方向が相互に略直交するように配設されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサにある。
[0007] 上記第 1の発明の 3次元磁気方位センサは、外部磁界に応じて特性が変化する感 磁体と、該感磁体を貫通させるように形成された絶縁体と、該絶縁体の外表面に隣 接して配設された箔状の導電パターンよりなる電磁コイルとを有するマグネト 'インピ 一ダンス'センサ素子よりなる第 1センサ、第 2センサ及び第 3センサを利用して構成 したものである。そして、この 3次元磁気方位センサでは、上記各感磁体の磁気感度 が最大となる方向が相互に略直交するように上記各センサを配設してある。
[0008] ここで、上記各センサにおける電磁コイルは、箔状の導電パターンよりなるものであ る。箔状の導電パターンよりなる電磁コイルは、例えば、金属蒸着による方法や、金 属薄膜をエッチングして選択的に除去する方法や、導電性インクを塗布する方法等 により極めて効率良ぐ小型に形成することができる。そのため、上記各センサは、小 型かつ低コストに形成できる。さらに、上記のように導電パターンにより電磁コイルを 形成すれば、その形成精度を高めることで特性のばらつきを抑制でき、高精度のセ ンサを実現できる。
[0009] そして、上記 3次元磁気方位センサは、上記各感磁体の磁気感度が最大となる方 向が相互に略直交するように上記各センサを配設したものである。そのため、優れた 品質の上記各センサを利用した上記 3次元磁気方位センサは、小型かつ低コストで あって高精度の優れた製品となる。
[0010] 以上のように、上記第 1の発明の 3次元磁気方位センサは、製造および組み立てが 容易であると共に小型化を実現したものである。そして、この 3次元磁気方位センサ によれば、その姿勢に関係無ぐ精度の高い方位検出が可能である。
[0011] 第 2の発明は、外部磁界に応じて特性が変化する感磁体の外周に電磁コイルを卷 回してなるマグネト 'インピーダンス 'センサ素子であって、
上記感磁体を保持するセンサ基板と、該感磁体を貫通させるように形成された絶縁 体と、該絶縁体の外表面に隣接して配設された箔状の導電パターンよりなる電磁コィ ルとを有し、
上記センサ基板は、その外表面のうちの上記感磁体の軸方向に略直交する面に、 上記電磁コイル及び上記感磁体力 それぞれ延設された電極を有することを特徴と するマグネト 'インピーダンス 'センサ素子にある。
[0012] 上記第 2の発明のマグネト 'インピーダンス.センサ素子における上記基板は、その 外表面のうちの上記感磁体の軸方向に略直交する面に、上記電磁コイル及び上記 感磁体からそれぞれ延設された電極を有している。そのため、例えば、上記マグネト' インピーダンス 'センサ素子を電子回路基板等に実装するに当たって、電子回路基 板等の厚さ方向に沿って上記感磁体の軸方向を設定するような場合に好適である。 すなわち、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子における電極配設した面を、上 記電子回路基板等の実装表面と同じ方向に向けることができるため、リード線等を用 レ、た接続作業を容易に実施し得る。
さらに、このマグネト 'インピーダンス 'センサ素子は、 2次元プロセスにより作製する こと力 Sできる。それ故、高コストな 3次元プロセスを不要にして、コストダウンが可能で める。
[0013] さらに、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子は、上記感磁体を貫通させるよう に形成された絶縁体の外表面に隣接して配設された箔状の導電パターンよりなる電 磁コイルを有するものである。該電磁コイルを形成する上記導電パターンは、例えば 、金属蒸着による方法や、金属薄膜をエッチングして選択的に除去する方法や、導 電性インクを塗布する方法等により極めて効率良ぐ小型、高精度に形成することが できる。そのため、上記マグネト 'インピーダンス 'センサ素子は、小型、高精度かつ 低コストのものとなる。
[0014] 以上のように、上記第 2の発明のマグネト 'インピーダンス.センサ素子は、小型、構 成度かつ低コストのものであって、さらに、マグネト 'インピーダンス 'センサ素子を実 装する電子回路基板等の厚さ方向の磁気センシングのためのデバイスとして好適な ものである。
図面の簡単な説明
[図 1]実施例 1における、 Ml素子の正面を示す概念図。
[図 2]実施例 1における、 Ml素子を示す図 1の A— A線に沿う断面を示す概念図。
[図 3]実施例 1における、 3次元磁気方位センサの全体構成を示す斜視図。
[図 4]実施例 1における、延在溝内の電磁コイルの配設形態を示す部分斜視図。
[図 5A]実施例 1における、第 1の導電パターンの配設形態を示す部分平面図。
[図 5B]実施例 1における、第 2の導電パターンの配設形態を示す部分平面図。
[図 6]実施例 1における、延在溝内の電磁コイルの配設形態を示す部分平面図。
[図 7]実施例 1における、第 1及び第 2センサを示す斜視図。
[図 8]実施例 1における、第 3センサを示す斜視図。
[図 9]実施例 1における、第 3センサの電極形成を説明するための部分斜視図。
[図 10]実施例 1における、 3次元磁気方位センサの電子回路を示すブロック回路図。
[図 11]実施例 1における、 3次元磁気方位センサが検出した X軸、 Y軸出力を示す線 図。
[図 12]実施例 1における、 3次元磁気方位センサが検出した X軸、 Z軸出力を示す線 図。
[図 13]実施例 1における、 3次元磁気方位センサが検出した Y軸、 Z軸出力を示す線 図。
[図 14A]実施例 1における、その他の 3次元磁気方位センサの構成を示す平面図。
[図 14B]実施例 1における、その他の 3次元磁気方位センサの構成を示す平面図。
[図 14C]実施例 1における、その他の 3次元磁気方位センサの構成を示す平面図。
[図 14D]実施例 1における、その他の 3次元磁気方位センサの構成を示す平面図。
[図 15]実施例 2における、 Ml素子を利用した磁気センサに作用する外部磁場と出力 電圧の関係を示す線図。
[図 16]実施例 2において比較するボビンタイプの Ml素子を示す正面図。
[図 17]実施例 4における、アモルファスワイヤを貫通させた絶縁体を示す斜視図。
[図 18]実施例 4における、両端付近の金属薄膜を環状に除去した絶縁体を示す斜視 園 19]実施例 4における、 MI素子を示す斜視図。
[図 20]実施例 4における、 3次元磁気方位センサを示す斜視図。
園 21]実施例 4における、第 3センサの製造工程を説明する組み合わせ図。
[図 22]実施例 5における、 3次元磁気方位センサその 1の全体構成を示す斜視図
[図 23]実施例 5における、 3次元磁気方位センサその 2の全体構成を示す斜視図 符号の説明
[0016]
11 延在溝
100 IC
101 第 1センサ
102 第 2センサ
103 第 3センサ
2 感磁体 I
3 電磁コイル
31 第 1の導電パターン
32 第 2の導電パターン
4 絶縁体
発明を実施するための最良の形態
[0017] 上記第 1及び上記第 2の発明の 3次元磁気方位センサあるいはマグネト 'インピー ダンス ·センサ素子における上記感磁体としては、例えば、直径 50 μ ΐη以下のァモル ファスワイヤを用いることができる。この場合には、上記電磁コイルの断面積を小さく 形成でき、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子を小型に構成することができる。 さらに好ましくは、直径 30 /i m以下のアモルファスワイヤを用いることができる。さらに また、感磁体の材質としては、 FeCoSiB、 NiFe等を採用することができる。
[0018] また、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子は、上記感磁体に通電する電流の 変化に応じて電磁コイルに誘起電圧が生じる、いわゆる Ml現象を利用して磁気セン シングを行うものである。この Ml現象は、供給する電流方向に対して周回方向に電 配列を有する磁性材料からなる感磁体について生じるものである。この感磁 体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変 化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、その 際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じる現象が上記の Ml現象 である。
[0019] そして、マグネト 'インピーダンス ·センサ素子とは、供給する電流方向に対して周回 方向に電子スピン配列を有する磁性材料からなる感磁体を利用したものである。この 感磁体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁 界変化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、 その際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化を感磁体に生じる電圧もし くは電流又は、感磁体の外周に配置した電磁コイルの両端に発生する電圧もしくは 電流等に変換するよう構成した素子がマグネト 'インピーダンス ·センサ素子である。
[0020] また、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子は、上記感磁体に通電する電流を
10ナノ秒以下で立ち上げたとき、或いは、立ち下げたときに、上記電磁コイルの両端 に発生する誘起電圧の大きさを計測することで作用する磁界強度を計測し得るように 構成するのが好ましい。
この場合には、上記のような急激な通電電流の変化により、上記感磁体について、 電子スピン変化の伝播速度に近レ、速度に見合う周回方向の磁場変化を生じさせるこ とができ、それにより十分な Ml現象を発現させることができる。
[0021] 10ナノ秒以下で通電電流の立ち上げあるいは立ち下げを実施すれば、およそ 0. 1 GHzの高周波成分を含む電流変化を上記感磁体に作用することができる。そして、 上記電磁コイルの両端に発生する誘起電圧を計測すれば、周辺磁界に応じて上記 感磁体に生じる内部磁界変化を、上記誘起電圧の大きさとして計測でき、さらに精度 良く周辺磁界の強度を計測することができる。ここで、通電電流の立ち上げ或いは立 ち下げとは、例えば、上記磁気インピーダンス素子に通電する電流の電流値を、定 常電流値の 10%以下（90%以上)から 90%以上（10%以下）に変化させることをい う。
[0022] また、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子は、上記感磁体に通電する電流を 立ち下げたときに上記電磁コイルの両端に発生する誘起電圧を計測するように構成 されていることが好ましい。
通電電流を立ち上げる場合に比べて、通電電流を急激に立ち下げる場合は、磁界 の強さに対して上記磁気検出ヘッドの計測信号の直線性が良好になる。
[0023] 上記第 1の発明の 3次元磁気方位センサにおいては、上記第 1センサ、上記第 2セ ンサ及び上記第 3センサは、凹溝状の延在溝を設けた電極配線基板と、上記延在溝 の溝方向と交差するように該延在溝の内周面に配設されていると共に上記電極配線 基板の表面に両端部が延設された第 1の導電パターンと、上記感磁体としてのァモ ルファスワイヤを貫通させた状態で上記延在溝に収容された上記絶縁体と、上記延 在溝を跨ぐように上記絶縁体の外表面に配設された第 2の導電パターンとを有して おり、
上記電磁コイルは、上記第 1の導電パターンよりなる一方のコイル部と、隣り合う上 記第 1の導電パターンの端部を電気的に接続する上記第 2の導電パターンよりなる 他方のコイル部とを組み合わせて構成することができる。
[0024] この場合には、上記延在溝の内周面に配設した上記第 1の導電パターンよりなる上 記一方のコイル部と、上記絶縁体の外表面に配設した上記第 2の導電パターンより なる上記他方のコイル部とを組み合わせることで、上記電磁コイルを極めて小型に形 成すること力 Sできる。そしてそれ故、上記各センサは、小型のものとなり、これを用いた 上記 3次元磁気方位センサは、小型であって搭載性に優れたものとなる。
[0025] 上記延在溝の内周面や、上記絶縁体の外表面の上記導電パターンは、例えば、 金属蒸着やエッチング処理等により極めて効率良ぐかつ、精度良く形成することが できる。それ故、上記 3次元磁気方位センサは、生産効率良く製造でき、かつ、高精 度の優れた品質を有するものとなる。
[0026] また、上記 3次元磁気方位センサは、 4面の側壁面を備えた略矩形状をなし、その 内部に電子回路を形成した ICを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3 センサを上記 ICに配設してなり、
上記第 3センサは、上記延在溝の溝方向が、上記 ICの厚さ方向に略一致するよう に上記側壁面のいずれかに配設することができる。 [0027] 延在溝の溝方向が上記 ICの厚さ方向に略一致するよう、上記側壁面のいずれか に上記第 3センサを配設する場合には、上記厚さ方向の磁界成分を計測するための 第 3センサを効率良く配置することができる。一方、上記第 1及び上記第 2センサにつ いては、上記 ICの表面や、上記側壁面等に取り付けることができる。第 1及び第 2セ ンサは、 ICの表面に沿って延在溝を有するものであるため、 ICに配置する際の自由 度が上記第 3センサと比べて高くなつている。
[0028] また、上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの互いに直交する 2面の上記 側壁面にそれぞれ配設してあり、上記各センサの上記延在溝の溝方向が、それぞれ 、他方の上記センサを配設した上記側壁面と略直交してレ、ることが好ましレ、。
直交する 2面の側壁面に対して、それぞれ、延在溝の溝方向が他方の側壁面と略 直交するように上記第 1及び上記第 2センサを配設する場合には、 ICに略平行な面 内における直交する 2方向の磁界成分の検出が可能となる。さらに、例えば、上記第 1及び上記第 2センサとして同一のセンサを使用すれば、部品の種類を減らすことが できる。
[0029] また、上記第 3センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電極を形成してな り、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を介して電気的に 接続されてレ、ることが好ましレ、。
この場合には、第 3センサにおける電極の配設面と、上記 ICにおける電極を設けた 表面とが、略同一方向を向くため、上記リード線を接続する作業を容易に実施するこ とができる。
[0030] また、上記第 3センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電極を形成してな り、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を介して電気的に 接続されており、
上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電 極を形成してなり、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を 介して電気的に接続されていることが好ましい。
[0031] この場合には、第 1一第 3センサにおける電極の配設面と、上記 ICにおける電極を 設けた表面とが、略同一方向を向くため、上記リード線を接続する作業を容易に実施 すること力 Sできる。
[0032] また、上記 3次元磁気方位センサは、縦 3mm以内であって、かつ、横 3mm以内で あって、かつ、高さ 1 · 5mm以内とすることができる。
上記 3次元磁気方位センサを上記のように小型に構成した場合には、例えば、携帯 電話や PDA等の携帯端末機器に対して上記 3次元磁気方位センサを適用し易くな る。なお、上記 3次元磁気方位センサが、縦 2. 5mm以内であって、かつ、横 2. 5m m以内であって、かつ、高さ lmm以内である場合には、携帯端末機器への搭載がさ らに容易となる。
[0033] また、上記 3次元磁気方位センサは、電子回路を形成してなる ICと、該 ICを実装す る共通基板とを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサを上記共 通基板に配設してなり、
上記第 3センサは、上記延在溝の溝方向が上記共通基板の厚さ方向に略一致す るように配設されているのが良い。
この場合には、上記共通基板を利用して、上記 ICと共に、上記各センサを効率良く 配置することができる。
[0034] また、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサでは、上記感磁体として のアモルファスワイヤあるいは磁気異方性薄膜の外周に上記絶縁体を形成してあり、 上記電磁コイルが、上記絶縁体の外周面に配設した上記導電パターンよりなるのが 良い。
この場合には、上記感磁体を貫通、収容した上記絶縁体の外周面に、上記導電パ ターンを形成することで、極めて効率良ぐ精度の高い電磁コイルを形成することが できる。また、上記絶縁体の外周面の導電パターンよりなる電磁コイルによれば、上 記各センサを非常に小型に構成することができる。そして、このように構成した各セン サを用いて 3次元磁気方位センサを構成すれば、小型かつ高精度であって、生産効 率が良好で低コストの優れた製品を実現することができる。
[0035] また、上記 3次元磁気方位センサは、 4面の側壁面を備えた略矩形状をなし、その 内部に電子回路を形成した ICを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3 センサを上記 ICに配設してなり、 上記第 3センサは、上記 ICの表面と略直交する状態で上記側壁面のレ、ずれかに配 設されたドータ基板に表面実装されており、かつ、上記感磁体における磁界検出感 度が最大となる方向が上記 ICの厚さ方向に略一致しているのが良い。
磁界検出感度の方向を上記 ICの厚さ方向に略一致させて上記第 3センサを配設 する場合には、該第 3センサを用いて上記厚さ方向の磁界成分を計測することができ る。なお、一般に、上記各センサは、上記感磁体の長手方向に上記磁界検出感度が 最大となる方向を有している。さらに、上記ドータ基板は、 ICの表面に立設することも できる。
[0036] また、上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面に配設することができ る。
上記 ICの表面に上記第 1センサ及び上記第 2センサを配設すれば、上記 3次元磁 気方位センサ全体の体格をさらに小型化させることができる。
[0037] また、上記第 3センサは、上記ドータ基板の実装表面に対面する電極を有し、かつ 、この電極が、上記ドータ基板の電極と当接する状態で表面実装することができる。 この場合には、上記ドータ基板と上記第 3センサとの電気的に接続を確実性高く実 現すること力 Sできる。
[0038] また、上記第 3センサは、上記ドータ基板の実装表面に対面する電極を有しており 、かつ、この電極が、上記ドータ基板の電極と当接する状態で表面実装されており、 上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面に対面する電極を有し、 つ、この電極が、上記 ICの電極と当接する状態で配設することができる。
この場合には、上記 ICに対して、上記各センサを効率良く配置して、小型の 3次元 磁気方位センサを実現することができる。
[0039] また、上記 3次元磁気方位センサは、縦 3mm以内であって、かつ、横 3mm以内で あって、かつ、高さ 1. 5mm以内とすることができる。
上記 3次元磁気方位センサを上記のように小型に構成した場合には、例えば、携帯 電話や PDA等の携帯端末機器に対して上記 3次元磁気方位センサを適用し易くな る。なお、上記 3次元磁気方位センサが、縦 2. 5mm以内であって、かつ、横 2. 5m m以内であって、かつ、高さ lmm以内である場合には、携帯端末機器への搭載がさ らに容易となる。
[0040] また、上記 3次元磁気方位センサは、電子回路を形成してなる ICと、該 ICを実装す る共通基板とを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサを上記共 通基板に配設してなり、
上記第 3センサは、上記感磁体における磁界検出感度が最大となる方向が上記共 通基板の厚さ方向に略一致するように配設するのが良レ、。
この場合には、上記共通基板を利用して、上記 ICと共に、上記各センサを効率良く 配置することができる。
[0041] 上記第 2の発明においては、上記マグネト 'インピーダンス.センサ素子は、凹溝状 の延在溝を設けた上記センサ基板としての電極配線基板と、上記延在溝の溝方向と 略直交するように該延在溝の内周面に配設されていると共に上記電極配線基板の 表面に両端部が延設された第 1の導電パターンと、上記感磁体としてのアモルファス ワイヤを貫通させた状態で上記延在溝に収容された上記絶縁体と、上記延在溝を跨 ぐように上記絶縁体の外表面に配設した第 2の導電パターンとを有し、
上記電磁コイルは、上記第 1の導電パターンよりなる一方のコイル部と、隣り合う上 記第 1の導電パターンの端部を電気的に接続する上記第 2の導電パターンよりなる 他方のコイル部とを組み合わせて構成することができる。
[0042] この場合には、上記延在溝の内周面に配設した上記第 1の導電パターンよりなる上 記一方のコイル部と、上記絶縁体の外表面に配設した上記第 2の導電パターンより なる上記他方のコイル部とを組み合わせることで、上記電磁コイルを極めて小型に形 成すること力 Sできる。そしてそれ故、上記マグネト 'インピーダンス ·センサ素子は、小 型のものとなり、搭載性に優れたものとなる。また、上記延在溝の内周面や、上記絶 縁体の外表面の上記導電パターンは、例えば、金属蒸着やエッチング処理等により 極めて効率良ぐかつ、精度良く形成することができる。それ故、上記マグネト 'インピ 一ダンス'センサ素子は、生産効率良く製造でき、かつ、高精度の優れた品質を有す るものとなる。
[0043] また、上記マグネト 'インピーダンス.センサ素子は、上記感磁体としてのァモルファ スワイヤあるいは磁気異方性薄膜の外周を被う絶縁体と、該絶縁体の外周面に配設 した上記導電パターンよりなる上記電磁コイルと、上記感磁体を収容した上記絶縁体 を配設する上記センサ基板としてのドータ基板とから構成することができる。
[0044] この場合には、上記感磁体の外周に形成した上記絶縁体の外周面に、上記導電 パターンを形成することで、極めて効率良ぐ精度の高い電磁コイルを形成すること ができる。また、上記絶縁体の外周面に導電パターンを配設して電磁コイルを形成 すれば、非常に小型のマグネト 'インピーダンス ·センサ素子を実現することができる。 なお、電磁コイルをなす上記導電パターンを上記絶縁体の外周面に形成する方法 としては、金属蒸着による方法や、蒸着した金属薄膜をエッチングにより除去する方 法や、導電性インクを塗布する方法などがある。なお、上記絶縁体としては、エポキシ 樹脂、シリコーン等のうちの少なくともいずれかよりなるものを適用することができる。 実施例
[0045] (実施例 1)
本例は、電磁コイル付のマグネト 'インピーダンス 'センサ素子 10を利用した 3次元 磁気方位センサ 10aに関する例である。この内容について、図 1一図 14を用いて説 明する。
本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、図 1一図 3に示すごとぐ外部磁界に応じて 特性が変化する感磁体 2と、該感磁体 2を貫通させるように形成された絶縁体 4と、該 絶縁体 4の外表面に隣接して配設された箔状の導電パターン 31、 32よりなる電磁コ ィル 3とを有するマグネト 'インピーダンス 'センサ素子 10よりなる第 1センサ 101、第 2 センサ 102及び第 3センサ 103を含むものである。
ここで、第 1センサ 101、第 2センサ 102及び第 3センサ 103は、各感磁体 2の磁界 検出感度が最大となる方向が相互に略直交するように配設されている。
以下に、この内容について詳しく説明する。
[0046] 上記第 1センサ 101、上記第 2センサ 102及び上記第 3センサ 103をなすマグネト' インピーダンス ·センサ素子 10は、図 1及び図 2に示すごとぐ凹溝状の延在溝 11を 延設した電極配線基板 1と、延在溝 11の溝方向と略直交するように該延在溝 11の内 周面に配設されていると共に電極配線基板 1の表面に両端部が延設された第 1の導 電パターン 31と、上記感磁体 2としてのアモルファスワイヤ（以下、適宜アモルファス ワイヤ 2と記載する。）を貫通した状態で延在溝 11に収容された絶縁体 4と、延在溝 1 1を跨ぐように絶縁体 4の外表面に配設した第 2の導電パターン 32とを有している。 本例の電磁コイル 3は、第 1の導電パターン 31よりなる一方のコイル部と、隣り合う 第 1の導電パターン 31の端部を電気的に接続する第 2の導電パターン 32よりなる他 方のコイル部とを組み合わせたものである。
[0047] そして、本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、図 3に示すごとぐ IC100の X方向に アモルファスワイヤ 2が沿うように第 1センサ 101を配設し、 IC100の Y方向にァモノレ ファスワイヤ 2が沿うように第 2センサ 102を配設し、 IC100の Z方向にアモルファスヮ ィャ 2が沿うように第 3センサ 103を配設したものである。
[0048] まず、上記各センサ 101— 103をなす電磁コイル付のマグネト 'インピーダンス 'セ ンサ素子 10 (以下、 Ml素子 10と記載する。）について、最初に説明する。
この Ml素子 10は、図 1および図 2に示すごとぐ延在溝 11を設けた電極配線基板 1と、作用する磁界により特性が変化するアモルファスワイヤ 2と、絶縁体 4を介してァ モルファスワイヤ 2の外周に卷回した電磁コイル 3と、アモルファスワイヤ 2、電磁コィ ル 3から延設された端子である電極 52、 51とを有している。
[0049] 上記アモルファスワイヤ 2は、直径 20 μ mの導電性の磁性ワイヤである。そして、本 例の Ml素子 10では、図 1及び図 2に示すごとぐ電極配線基板 1に形成した深さ 50 /i m、幅 70 /i mの延在溝 11内に、その溝方向に沿ってアモルファスワイヤ 2を収容 してある。そして、アモルファスワイヤ 2を収容した延在溝 11内には、エポキシ樹脂よ りなる絶縁体 4を充填してある。
[0050] 上記電磁コイル 3は、上記のように、延在溝 11の内周面 111に配設した導電パター ン 31よりなる上記一方のコイル部と、電極配線基板 1の表面に沿って延在溝 11を跨 ぐように絶縁体 4の外表面に配設した導電パターン 32よりなる上記他方のコイル部と を組み合わせて、全体としてら旋状の電気的な経路を形成したものである。なお、本 例では、導電パターン 31は、図 4一図 6に示すごとぐ延在溝 11の溝方向と略直交し て形成してある。導電パターン 32は、延在溝 11の幅方向に対して斜めに形成し、隣 り合う導電パターン 31の端部を電気的に接続している。なお、これに代えて、導電パ ターン 32を延在溝 11の幅方向に配設すると共に、導電パターン 31を幅方向に対し て斜めに形成することもできる。
[0051] ここで、延在溝 11の内周面 111に配設した導電パターン 31の形成方法について、 図 4一図 6を用いて説明する。本例では、まず、電極配線基板 1の長手方向に形成さ れた延在溝 11の内周面 111の全面および電極配線基板 1の表面における延在溝 1 1の近傍領域に導電性の金属薄膜を蒸着した。その後、選択エッチング手法を用い て金属薄膜の一部を選択的に除去することにより、垂直パターン 311、水平パターン 312よりなる上記の導電パターン 31を形成した。延在溝 11の溝側面 113において上 下方向垂直に垂直パターン 311を形成すると共に、延在溝 11の溝底面 110では、 相互に対面する垂直パターン 311を接続する水平パターン 312を形成した。
[0052] 次に、延在溝 11の上面 112、すなわち絶縁体 4の上面 41 (図 2参照。 )に上記導電 パターン 32を形成するに当たっては、まず、延在溝 11に絶縁体 4を充填した電極配 線基板 1の表面のうち、延在溝 11の上面 112及びその近傍領域に導電性の金属薄 膜を蒸着した。その後、図 4一図 6に示すごとぐ選択エッチング手法を用いて、この 金属薄膜を除去することにより、隣り合う導電パターン 31の端部を接続する導電パタ ーン 32を形成した。
なお、図 6に示される垂直パターン 311および水平パターン 312の溝方向の幅は、 50 /i m、 10 /i m等に設定し、上記間隙部の同幅は、それぞれ、その半分の 25 /i m 、 5 / m等に設定することができる。また、これに代えて、各パターン 311、 312の溝 方向の幅を 25 μ mとし、間隙部の同幅を同等の 25 μ mとすることもできる。
[0053] 本例の Ml素子 10では、アモルファスワイヤ 2と電磁コイル 3の間には絶縁体 4が配 置され、この絶縁体 4が、アモルファスワイヤ 2と電磁コイル 3との電気的な絶縁を保 持している。特に、本例では、アモルファスワイヤ 2を貫通させた絶縁体 4の外周に、 直接、電磁コイル 3を形成してある。
[0054] 本例の Ml素子 10では、上記のような構成を採用することで、電磁コイル 3の内径を 200 z m以下と、非常に小径にして、 Ml素子 10全体の小型化を実現している。なお ここで、アモルファスワイヤ 2として、直径 1一 150 x mのものを採用すれば、電磁コィ ル 3のコイル径をさらに小径化させることができる。
そして、本例では、電磁コイル 3の円相当内径（高さと幅で形成される溝断面積と同 一面積となる円の直径。）を 66 / mと、非常に小径に形成してある。
[0055] 図 7及び図 8に示すごとぐ第 1センサ 101、第 2センサ 102及び第 3センサ 103で は、それぞれ、上面 1011又は上面 1021又は側壁面 1032に延在溝 11を形成し、 該延在溝 11の溝方向に沿って電磁コイル 3を形成してある。そして、電磁コイル 3の 内周側に形成された断面略矩形状の空間には、絶縁体 4を収容してある。そして、該 絶縁体 4の断面の略中心部分には、感磁体 2としてのアモルファスワイヤを溝方向に 沿って貫通させてある。
[0056] 各センサ 101 103をなす本例の Ml素子 10は、電極配線基板 1の大きさが 0. 5m m X O. 4mm X 1. Ommのものである。アモルファスワイヤ 2は、 CoFeSiB系合金を 使った直径 20 z m、長さ lmmのものである。そして、延在溝 11は、電極配線基板 1 の長手方向に形成してある。
そして、以上のような構成を採用したことにより、本例では、第 1センサ 101 第 3セ ンサ 103を、それぞれ、 0. 5mm X 0. 4mm X I · 0mmの大きさで実現している。
[0057] さらに、同図に示すごとぐ各センサ 101、 102、 103では、電極配線基板 1の上面 1011、 1021、 1031に電極 5を形成してある。この電極 5は、電磁コィノレ 3力ら延設さ れた電極 51と、アモルファスワイヤ 2から延設された電極 52との計 4個である。
第 1センサ 101および第 2センサ 102の上面 1011、 1021には、図 7に示すごとぐ アモルファスワイヤ 2の両端力ら延設された電極 52と、電磁コイル 3の両端から延設さ れた電極 51とを配設してある。なお、本例では、電極 52を各センサ 101、 102の両 端付近に設け、電極 51は一対の電極 52の間に配置した。そして、電極 51、 52は、 それぞれ、リード線 6を介して、 IC100上に形成された図示しない電極パッドと電気 的に接続可能なように構成してある（図 3参照。）。
[0058] 第 3センサ 103では、図 8に示すごとぐ長手方向の稜線を介して側壁面 1032と隣 り合う上面 1031に、アモルファスワイヤ 2の両端から延設された電極 52と、電磁コィ ル 3の両端から延設された電極 51とを配設してある。これら各電極 51、 52は、側壁 面 1032に配設された導電パターンを経由して、アモルファスワイヤ 2あるいは電磁コ ィル 3から電気的に延設されたものである。そして、第 3センサ 103の電極 51、 52は、 それぞれ、リード線を介して、 IC100上に形成された図示しない電極パッドと電気的 に接続可能なように構成してある（図 3参照。）。
[0059] ここで、第 3センサ 103の上面 1031に電極 51、 52を形成する方法について図 9を 用いて説明する。第 3センサ 103を構成する電極配線基板 1の長手方向の両端に所 定の幅の溝部 1034を形成する（図 9においては、代表的に一端のみ図示してある） 。第 3センサ 103では、電磁コイル 3あるいは、アモルファスワイヤ 2から溝部 1034の 内壁面すなわち第 3センサ 103の端面まで延設した電極 51、 52を形成する。第 32 センサ 103は、溝部 1034において切断して切り出したものである。
[0060] また、第 3センサ 103では、エッチングその他により、側面 1032に延在溝 11を作製 すると共に接合用のパッド部を作製してある。なお、本例では、フォトリソ工程（半導体 技術)を利用して第 3センサ 103を作製した。
さらに、この第 3センサ 103を IC100に接合するに当たっては、第 3センサ 103の側 面 1032のパッド部を IC100の側壁面 1003に当接させて接合する。
[0061] 次に、本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、図 3に示すごとぐ上記 Ml素子 10より なる略直方体の各センサ 101— 103を上記 IC100に取り付けたものである。ここで、 第 1センサ 101は、 X方向に沿う磁界成分を計測するためのものであり、第 2センサ 1 02は、 Y方向に沿う磁界成分を計測するためのもであり、第 3センサ 103は、 Z方向（I C100の厚さ方向。 )に沿う磁界成分を計測するためのもである。
[0062] 上記 IC100は、図 3に示されるように直交する 4個の側壁面を備えた矩形板状のも のである。本例では、隣合う側壁面 1001、 1002に、それぞれ、上記第 1センサ 101 及び上記第 2センサ 102を取り付けてある。また、 IC100の側壁面のうち、側壁面 10 02と略平行な側壁面 1003 (側壁面 1001と略平行な側壁面であっても良い。 )に、 上記第 3センサ 103を取り付けてある。
[0063] 第 1センサ 101は、長手方向に沿う上面 1011に、その長手方向に沿って延在溝 1 1を有している。そして、この第 1センサ 101は、長手方向の稜線を介して上面 1011 と隣り合う側壁面 1012を上記側壁面 1001に当接させた状態で取り付けされている。 第 2センサは、長手方向に沿う上面 1021に、その長手方向に沿って延在溝 11を 有している。そして、この第 2センサ 102は、長手方向の稜線を介して上面 1021と隣 り合う側壁面 1022を上記側壁面 1002に当接させた状態で取り付けされている。 さらに、第 3センサは、長手方向に沿う側壁面 1032に、その長手方向に略直交して 延在溝 11を有している。そして、この第 3センサ 103は、延在溝 11を設けた側壁面 1 032を上記側壁面 1003に当接させた状態で取り付けされている。
なお、本例では、 IC100の側壁面のうち、側壁面 1001に沿って X方向を規定し、 側壁面 1002に沿って Y方向を規定し、 X方向及び Y方向と直交して Z方向を規定し てある。
[0064] すなわち、図 3に示すごとぐ第 1センサ 101は、その延在溝 11の溝方向が X方向 に略一致するように配設されており、第 2センサ 102は、その延在溝 11の溝方向が Y 方向に略一致するように配設され、第 3センサ 103は、その延在溝 11の溝方向が Z 方向に略一致するように配設されてレ、る。
[0065] 上述したように第 1センサ 101—第 3センサ 103は、それぞれ、 0. 5mm X 0. 4mm
X I . 0mmの大きさのものである。それ故、この小型の Ml素子 10である各センサ 10 1一 103を用いた本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、 2. Omm X l . 8mm X l . 0 mmという非常に小型であって、搭載性に優れたサイズを実現している。
[0066] また、本例の 3次元磁気方位センサでは、第 1センサ 101及び第 2センサ 102は、そ の上面 1011、 1021の電極 51、 52に接続されたリード f泉 6を介して、 IC100と電気 的に接続してある。また、第 3センサ 103は、その上面 1031の電極 51、 52に接続さ れたリード線 6を介して、 IC100と電気的に接続してある。すなわち、上記 3次元磁気 方位センサでは、各センサ 101、 102、 103の上面 1011、 1021、 1031の電極 51、 52を利用し、 IC100側との電気的な接続を効率良く実現している。
[0067] そして、これらのセンサ 101— 103では、アモルファスワイヤ 2に高周波またはパル ス電流が印加されたときに電磁コイルに発生する電圧を計測することで、感磁体 2に 作用する外部磁界を検出する。
本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、図 10に示す電子回路を一体的に有している 。そして、この電子回路を用いてアモルファスワイヤ 2に高周波数領域の電流変化を 作用して、このときに電磁コイル 3に発生する誘起電圧を計測することで、作用する磁 界強度を計測するように構成してある。
[0068] この電子回路は、信号発生器 6と各センサ 101 103と信号処理回路 7とからなる。 信号発生器 6は、主として 200MHzを含む 170mAの強さであって、信号間隔が 1 μ secのパルス信号を生成する。電子回路は、このパルス信号をアモルファスワイヤ 2 に入力するように構成してある。ここで、各センサ 101— 103は、アモルファスワイヤ 2 に作用する外部磁界に応じて、電磁コイル 3に誘起電圧が生じる現象を利用したもの である。なお、電磁コイル 3の誘起電圧は、パルス信号の立ち上がり時あるいは立ち 下がり時に発生する。
[0069] 信号処理回路 7は、電磁コイル 3の誘起電圧を処理するように構成された回路であ る。この信号処理回路 7では、上記パルス信号に連動して開閉される同期検波 71を 介して電磁コイル 3の誘起電圧を取り出し、増幅器 72により所定の増幅率で増幅す る。そして、信号処理回路 7が増幅した信号が、上記電子回路の出力信号として出力 される。なお、本例では、パルス電流力 定常値の 90%から 10%に立ち下がる遮断 時間を 4ナノ秒とした。
[0070] 以上にように、本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、 IC100の所定位置に配設さ れた 3個の Ml素子 10 (第 1センサ 101、第 2センサ 102、第 3センサ 103)に用いて X 軸、 Y軸、 Z軸の各方向の磁界成分を検出する。そして、この 3次元磁気方位センサ 1 0aでは、各センサ 101— 103が、図 11一図 13に示されるような位相の異なる X軸出 力、 Y軸出力、 Z軸出力を、 IC100の内部に形成された図 10の信号処理回路 7に出 力するように構成してある。
[0071] ここで、図 11は、 Z軸方向、すなわち、第 3センサ 103の延在溝 11を鉛直方向に向 けた 3次元磁気方位センサ 10aについて、 Z軸回りに 360度回転させたとき、第 1セン サ 101及び第 2センサ 102が検出する地磁気の水平成分の出力信号の変化を示し ている。また、図 12は、 Y軸方向、すなわち、第 2センサ 102の延在溝 11を鉛直方向 に向けた 3次元磁気方位センサ 10aについて、 Y軸回りに回転させたときの第 1セン サ 101及び第 3センサ 103の出力信号の変化を示している。さらに、図 13は、 X軸方 向、すなわち、第 1センサ 101の延在溝 11を鉛直方向に向けた 3次元磁気方位セン サ 10aについて、 X軸回りに回転させたときの第 2センサ 102及び第 3センサ 103の 出力信号の変化を示している。なお、図 11一図 13では、各軸回りの回転角度を横軸 に規定し、各センサ 101、 102、 103の出力信号の大きさを縦軸に規定している。 [0072] この 3次元磁気方位センサ 10aは、従来技術では難しかった、 X、 Y、 Ζ方向同時の 磁気センシングを、 3個の Ml素子 10によって行う小型かつ高精度のものである。そ のため、上記 3次元磁気方位センサ 10aでは、その姿勢に関係無ぐ作用する外部 磁界を精度高く検出することができる。
[0073] 特に、本例の 3次元磁気方位センサ 10aでは、 2次元プロセスにより作製した第 3セ ンサ 103を用レ、、これを直立させた状態で IC100の側面にボンディングして接合して ある。それ故、高コストな 3次元プロセスを不要にでき、コストダウンが可能である。
[0074] さらに、上記 Ml素子 10は、電極配線基板 1に形成した延在溝 11を利用して構成し たものである。それ故、電磁コイルを卷回したボビン等を電極配線基板 1に配置する 場合と比べて小型化を実現でき、かつ、電磁コイル 3への外的な接触を未然に防止 し機械的な安定性を向上することができる。
[0075] またさらに、本例では、感磁体としてアモルファスワイヤ 2を採用している。感磁性能 に優れたアモルファスワイヤ 2を利用すれば、電磁コイル 3のひと卷あたりの出力電圧 をさらに増加でき、卷き線数を一層、減らすことができる。そして、この場合には、 Ml 素子 10の軸方向の長さをさらに短くすることができる。なお、本例の Ml素子 10では、 電磁コイル 3の単位長さ当たりの捲線間隔を 100 μ m/卷以下の 50 μ m/卷を実現 している。
[0076] このように電磁コイル 3の 1ターン当たり（単位長さ当たり）の卷線間隔を小さくして、
1ターン当たりの卷き線数を増加させれば、出力電圧を大きくすることができる。本例 のように電磁コイル 3の単位長さ当たりの捲線間隔を 100 /i m/卷以下とすれば、上 記のような出力電圧を大きくするという効果が得られる。そして、出力電圧に対して、 相対的に、 Ml素子 10の長さを短くすることができる。
[0077] さらに、上記 3次元磁気方位センサ 10aでは、 4面の側壁面を有する略矩形状の IC 100における隣合う側壁面 1001、 1002を利用して第 1センサ 101、第 2センサ 102 を配設してある。また、残りの 2つの側壁面のうちの一方の側壁面 1003に、第 3セン サ 103を配設してある。
[0078] また、本例の 3次元磁気方位センサでは、上記のように、各センサ 101 103を効 率良く配置してある。さらに、上記第 1センサ 101及び上記第 2センサ 102として同一 仕様のものを採用してレ、るため、 3次元磁気方位線さ 1 Oaを構成する部品点数を抑 制でき、コストダウンを実現している。
なお、本例では、第 3センサ 103として、第 1および第 2センサ 101、 102と異なる形 状および寸法諸元のものを用いた力 これに代えて、第 1一第 3センサ 101— 103を 同一の形状および寸法諸元のものを用いることもできる。
[0079] さらになお、本例では、第 1および第 2センサ 101、 102を IC100の隣合う側壁面 1 001、 1002に酉己設するとともに、第 3センサ 103を IC100の残る 2つの側壁面の一方 に配設したが、これに代えて、図 14に示されるように第 3センサ 103を第 1センサ 101 が配設されている側壁面 1001に配設すること（同図（A)。）も可能である。さらには、 第 3センサ 103を第 2センサ 102が配設されている側壁面 1002に配設すること（同図 (B)。）も可能である。カロえて、第 1一第 3センサ 101— 103を同じ側壁面に配設（同 図（C)。）したり、第 1一第 3センサ 101— 103を IC100の上面（下面）に配設すること (同図（D)。）も可能である。
[0080] (実施例 2)
本例は、実施例 1の 3次元磁気方位センサを構成した各センサ 101— 103 (図 3参 照。以下、新構造センサと記載する。）の特性を評価した例である。この内容につい て、図 15及び図 16を用いて説明する。
本例では、実施例 1と同様の電子回路を用いて新構造センサの評価を実施した。
[0081] 本例の上記新構造センサとの比較のため、図 16に示す従来のボビンタイプの Ml 素子であるボビン素子 9よりなる従来センサを比較例とした。このボビン素子 9は、ァ モルファスワイヤ 92と電磁コイル 93の間に絶縁性を持つ卷き枠（ボビン） 94を介設し 、電気的な絶縁を確保したものである。また、感磁体は、 CoFeSiB系合金を使った 直径 30 μ mのアモルファスワイヤ 92である。
[0082] 電磁コイル 93は、その内径が 1. 5mmである。 卷き枠 94には、電磁コイル 3から 延設された 2個の電極 95と、アモルファスワイヤ 92から延設された 2個の電極 95とを 形成してある。このボビン素子 9の寸法は、 3mm X 2mm X 4mmである。このように、 従来のボビン素子 9は、上記のように体格が大きい。そのため、これを利用した上記 の比較例の従来センサは、設置空間が限られる携帯機器等には適用が難しい。 [0083] 上記ボビン素子 9 (ワイヤ長さ 2· 5mm、コイル径 1 · 5mm、 40ターン）よりなる上記 従来センサと、新構造センサ（ワイヤ径 20 /i mおよび長さ 1. Omm、コイル径（円相当 直径） 66 / m、 18ターン）とで、磁気検出特性を比較した結果を図 15に示す。同図 における横軸は、外部磁場であり、縦軸は、信号処理回路から出力される出力電圧 を示している。
[0084] 図 15から明らかなように、従来センサと本例の新構造センサとは、線形範囲がほぼ
± 3Gで等しぐ従来センサに比べて本例の新構造センサの出力電圧は 8割強である 。すなわち、本例の新構造センサは、小型薄型化したわりには出力電圧の低下が抑 制されている。本例の新構造センサの Ml素子は、ターン当たりの電圧の点で上記ボ ビン素子 9よりも優秀である。ボビン素子 9の 28mV/turnに対して、本例の新構造 センサの Ml素子では約 2倍の 53mVZturnを実現している。
すなわち、本例の新構造センサは、ボビン素子 9よりなる上記従来センサに比較し、 約 50分の 1という桁違いに小型化されているにも関わらず、図 15に示すごとぐ ± 3G の磁場領域で優れた直線性を得ることができる優れた特性を有している。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例 1と同様である。
[0085] (実施例 3)
本例は、実施例 1の 3次元磁気方位センサを構成する各センサ 101— 103につい て、地磁気の検出特性を評価した例である。この内容について、図 3、図 7—図 9及 び表 1一表 4を用いて説明する。
図 3及び図 7における D5は、第 1センサ 101の幅であり、 D4は、第 1センサ 101の 長手方向の長さであり、 D6は、第 1センサ 101の高さである。
また、図 3及び図 7における D7は、第 2センサ 102の幅であり、 D8は、第 2センサ 1 02の長手方向の長さであり、 D9は、第 2センサ 102の高さである。
さらに、図 3及び図 8における D1は、第 3センサ 103の幅であり、 D2は、第 3センサ 103の長手方向の長さであり、 D3は、第 3センサ 103の高さである。
[0086] 図 3における各部の寸法 D1— D9の設計値、センサの実測値、許容値 (寸法許容 範囲）については、表 1に単位 mmでそれぞれ示されるようになる。
[0087] [表 1] (表 1)
Figure imgf000024_0001
[0088] さらに、図 8における W34は、第 3センサ 103における電極配線基板 1の長手方向 に形成された延在溝 11の内周面 111に形成される導電パターン 31の幅であり、 W3 5は、隣合う導電パターン 31のピッチである。
図 8における各部の寸法 D1— D3、 W34及び W35の設計値、センサの実測値、許 容値 (寸法許容範囲）については、表 2に単位 mmでそれぞれ示されるようになる。
[0089] [表 2]
(表 2)
Figure imgf000024_0002
[0090] 図 7における D6 (D9)は、第 1センサ 101 (第 2センサ 102)の高さであり、 D5 (D7) は、第 1センサ 101 (第 2センサ 102)の幅であり、 D4 (D8)は、第 1センサ 101 (第 2セ ンサ 102)の長手方向の長さである。
[0091] 図 7における W14 (W24)は、第 1センサ 101 (第 2センサ 102)における電極配線 基板 1の長手方向に形成された延在溝 11の内周面 111に形成される導電パターン 3 1の幅であり、 W15 (W25)は、隣合う導電パターン 31の配設ピッチである。
図 7における各部の寸法 D4— D6、 W14及び W15 (D7— D9、 W24及び W25)の 設計値、センサの実測値、許容値 (寸法許容範囲）については、表 3に単位 mmでそ れぞれ示されるようになる。 [0092] [表 3]
(表 3)
Figure imgf000025_0001
[0093] 図 9における Mlは、第 3センサ 103を製造する過程で設ける溝 1034の幅であり、 M2は、溝 1034の深さであり、 W53は、前記溝部 1034の壁面に延在形成された電 極 51、 52の幅である。上記のように、第 3センサ 103は、後の工程において溝 1034 によって分割して得たものである。
図 9における各部の寸法 Ml、 M2及び M53の設計値、センサの実測値、許容値（ 寸法許容範囲）については、表 4に単位 mmで示されるようになる。
[0094] [表 4]
(表 4)
Figure imgf000025_0002
[0095] なお、その他の構成及び作用効果については、実施例 1と同様である。
[0096] (実施例 4)
本例は、実施例 1を基にして、 Ml素子 10の構成を変更した例である。この内容に ついて、図 17—図 21を用いて説明する。
本例の Ml素子 10は、図 17に示すごとぐアモルファスワイヤ 2の外周側に配設した 絶縁体 4の外周面に、電磁コイル 3を形成したものである。この電磁コイル 3は、絶縁 体 4の外周面に配設した導電パターン 33より形成してある。
[0097] 本例では、図 18に示すごとぐ型成形により、アモルファスワイヤ 2の外周に樹脂よ りなる絶縁体 4を形成した。この絶縁体 4は、断面矩形状を呈する棒状のものであつ て、その両端面にアモルファスワイヤ 2の端部が露出するものである。 [0098] そして、本例では、上記電磁コイル 3を以下の手順により形成した。まず、棒状を呈 する絶縁体 4の外周面の全面に渡って、銅を含む金属材料を蒸着し、金属薄膜を形 成した。その後、選択エッチングにより電磁コイル 3を形成した。さらに、本例では、電 磁コイル 3を形成すると同時に、アモルファスワイヤ 2の両端から延設された電極 52 及び、電磁コイル 3の両端から延設された電極 51を形成した。
[0099] まず、図 19に示すごとぐ絶縁体の両端から所定の距離 WD1の位置で、金属薄膜 を環状に除去し、金属薄膜を 3分割した。
その後、中間の金属薄膜 30aについて、選択エッチング処理を実施して、電磁コィ ノレ 3をなす導電パターン 33と、その両端力 延設された電極 51を形成した。
なお、両端部の金属薄膜 30bは、絶縁体 4を貫通するアモルファスワイヤ 2の端部と 電気的に接続され、アモルファスワイヤ 2の電極 52として機能する。
[0100] そして、本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、図 20に示すごとぐ IC100に直接的 又は間接的に配設した 3つの Ml素子 10を利用して構成したものである。 IC100の表 面内における直交 2方向である X方向、 Y方向の磁界強度を計測するための第 1セン サ 101、第 2センサ 102として、それぞれ、上記の Ml素子 10を配設してある。また、 I C100の厚さ方向である Z方向の磁界強度を計測するための第 3センサ 103は、ドー タ基板 100dに Ml素子 10を表面実装したものである。この第 3センサ 103は、ドータ 基板 100dの裏面に形成したパッド部を利用して IC100の側壁面に接合するように 構成してある。
[0101] ここで、ドータ基板 100dに Ml素子 10を表面実装した第 3センサ 103の形成方法に ついて図 21を用いて説明する。ドータ基板 100dは、 Ml素子の電極 51、 52に対応 する電極を形成したものである。そして、その側壁面には、各電極から延設された電 極 51d、 52dが配設されている。これらの電極 51d、 52dは、実施例 1と同様のリード 線を介して IC100の電極（図示略）と電気的に接続可能なように構成してある。
[0102] なお、その他の構成及び作用効果については実施例 1と同様である。
さらになお、本例のアモルファスワイヤ 2に代えて薄膜状を呈する磁気異方性薄膜 を採用することもできる。この場合には、磁気異方性薄膜の外周を絶縁体 4により覆 つて、断面略矩形状を呈するように形成すると共に、上記と同様の手順により、電磁 コイル 33及び電極 51、 52を形成することができる。
[0103] (実施例 5)
本例は、実施例 1あるいは実施例 4の 3次元磁気方位センサを基にして、各センサ 101— 103の配設方法を変更した例である。この内容について、図 22及び図 23を 用いて説明する。
本例の 3次元磁気方位センサ 10aは、 IC100及び各センサ 101 103を配設する ための共通基板 109を有している。
[0104] 図 22の 3次元磁気方位センサ 10aは、実施例 1を基にして、共通基板 109の実装 表面に IC100を実装すると共に、側壁面に第 1センサ 101、第 2センサ 102及び第 3 センサ 103を配設したものである。
また、図 23の 3次元磁気方位センサ 10aは、実施例 4の 3次元磁気方位センサを基 にして、共通基板 109の実装表面に IC100を実装すると共に、側壁面に第 1センサ 1 01、第 2センサ 102及び第 3センサ 103を配設したものである。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例 1あるいは実施例 4と同様 である。

Claims

請求の範囲
[1] 外部磁界に応じて特性が変化する感磁体と、該感磁体を貫通させるように形成した 絶縁体と、該絶縁体の外表面に隣接する箔状の導電パターンよりなる電磁コイルとを 有するマグネト 'インピーダンス 'センサ素子よりなる第 1センサ、第 2センサ及び第 3 センサを含み、
上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサは、上記各感磁体の磁界検 出感度が最大となる方向が相互に略直交するように配設されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[2] 請求項 1において、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサは、凹溝 状の延在溝を設けた電極配線基板と、上記延在溝の溝方向と交差するように該延在 溝の内周面に配設されていると共に上記電極配線基板の表面に両端部が延設され た第 1の導電パターンと、上記感磁体としてのアモルファスワイヤを貫通させた状態 で上記延在溝に収容された上記絶縁体と、上記延在溝を跨ぐように上記絶縁体の外 表面に配設された第 2の導電パターンとを有しており、
上記電磁コイルは、上記第 1の導電パターンよりなる一方のコイル部と、隣り合う上 記第 1の導電パターンの端部を電気的に接続する上記第 2の導電パターンよりなる 他方のコイル部とを組み合わせたものであることを特徴とする 3次元磁気方位センサ
[3] 請求項 2において、上記 3次元磁気方位センサは、 4面の側壁面を備えた略矩形 状をなし、その内部に電子回路を形成した ICを有し、上記第 1センサ、上記第 2セン サ及び上記第 3センサを上記 ICに配設してなり、
上記第 3センサは、上記延在溝の溝方向が上記 ICの厚さ方向に略一致するように 上記側壁面のいずれかに配設されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[4] 請求項 3において、上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの互いに直交 する 2面の上記側壁面にそれぞれ配設してあり、上記各センサの上記延在溝の溝方 向力 それぞれ、他方の上記センサを配設した上記側壁面と略直交していることを特 徴とする 3次元磁気方位センサ。
[5] 請求項 3において、上記第 3センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電 極を形成してなり、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を 介して電気的に接続されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[6] 請求項 4において、上記第 3センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電 極を形成してなり、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を 介して電気的に接続されており、
上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面が面する側を向く表面に電 極を形成してなり、かつ、この電極が、上記 ICの表面に配設された電極とリード線を 介して電気的に接続されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[7] 請求項 6において、上記 3次元磁気方位センサは、縦 3mm以内であって、かつ、 横 3mm以内であって、かつ、高さ 1. 5mm以内であることを特徴とする 3次元磁気方 位センサ。
[8] 請求項 2において、上記 3次元磁気方位センサは、電子回路を形成してなる ICと、 該 ICを実装する共通基板とを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3セ ンサを上記共通基板に配設してなり、
上記第 3センサは、上記延在溝の溝方向が上記共通基板の厚さ方向に略一致す るように配設されてレ、ることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[9] 請求項 1において、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3センサでは、上 記感磁体としてのアモルファスワイヤあるいは磁気異方性薄膜の外周に上記絶縁体 を形成してあり、上記電磁コイルが、上記絶縁体の外周面に配設した上記導電パタ ーンよりなることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[10] 請求項 9において、上記 3次元磁気方位センサは、 4面の側壁面を備えた略矩形 状をなし、その内部に電子回路を形成した ICを有し、上記第 1センサ、上記第 2セン サ及び上記第 3センサを上記 ICに配設してなり、
上記第 3センサは、上記 ICの表面と略直交する状態で上記側壁面のレ、ずれかに配 設されたドータ基板に表面実装されており、かつ、上記感磁体における磁界検出感 度が最大となる方向が上記 ICの厚さ方向に略一致していることを特徴とする 3次元磁 気方位センサ。
[11] 請求項 10において、上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面に配設 されていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ
[12] 請求項 10において、上記第 3センサは、上記ドータ基板の実装表面に対面する電 極を有し、かつ、この電極が、上記ドータ基板の電極と当接する状態で表面実装され ていることを特徴とする 3次元磁気方位センサ。
[13] 請求項 11において、上記第 3センサは、上記ドータ基板の実装表面に対面する電 極を有し、かつ、この電極が、上記ドータ基板の電極と当接する状態で表面実装され ており、
上記第 1センサ及び上記第 2センサは、上記 ICの表面に対面する電極を有し、 つ、この電極が、上記 ICの電極と当接する状態で配設されていることを特徴とする 3 次元磁気方位センサ。
[14] 請求項 13において、上記 3次元磁気方位センサは、縦 3mm以内であって、かつ、 横 3mm以内であって、かつ、高さ 1. 5mm以内であることを特徴とする 3次元磁気方 位センサ。
[15] 請求項 9において、上記 3次元磁気方位センサは、電子回路を形成してなる ICと、 該 ICを実装する共通基板とを有し、上記第 1センサ、上記第 2センサ及び上記第 3セ ンサを上記共通基板に配設してなり、
上記第 3センサは、上記感磁体における磁界検出感度が最大となる方向が上記共 通基板の厚さ方向に略一致するように配設されていることを特徴とする 3次元磁気方 位センサ。
[16] 外部磁界に応じて特性が変化する感磁体の外周に電磁コイルを卷回してなるマグ ネト'インピーダンス.センサ素子であって、
上記感磁体を保持するセンサ基板と、該感磁体を貫通させるように形成された絶縁 体と、該絶縁体の外表面に隣接して配設された箔状の導電パターンよりなる電磁コィ ルとを有し、
上記センサ基板は、その外表面のうちの上記感磁体の軸方向に略直交する面に、 上記電磁コイル及び上記感磁体力 それぞれ延設された電極を有することを特徴と するマグネト 'インピーダンス 'センサ素子。
[17] 請求項 16において、上記マグネト 'インピーダンス 'センサ素子は、凹溝状の延在 溝を設けた上記センサ基板としての電極配線基板と、上記延在溝の溝方向と略直交 するように該延在溝の内周面に配設されていると共に上記電極配線基板の表面に 両端部が延設された第 1の導電パターンと、上記感磁体としてのアモルファスワイヤ を貫通させた状態で上記延在溝に収容された上記絶縁体と、上記延在溝を跨ぐよう に上記絶縁体の外表面に配設した第 2の導電パターンとを有し、
上記電磁コイルは、上記第 1の導電パターンよりなる一方のコイル部と、隣り合う上 記第 1の導電パターンの端部を電気的に接続する上記第 2の導電パターンよりなる 他方のコイル部とを組み合わせてなることを特徴とするマグネト ·インピーダンス ·セン サ素子。
[18] 請求項 16において、上記マグネト 'インピーダンス.センサ素子は、上記感磁体とし てのアモルファスワイヤあるいは磁気異方性薄膜の外周を被う絶縁体と、該絶縁体の 外周面に配設した上記導電パターンよりなる上記電磁コイルと、上記感磁体を収容し た上記絶縁体を配設する上記センサ基板としてのドータ基板とを有することを特徴と するマグネト 'インピーダンス 'センサ素子。
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