WO2007129705A1

WO2007129705A1 - 磁気デバイス

Info

Publication number: WO2007129705A1
Application number: PCT/JP2007/059505
Authority: WO
Inventors: Kazuhisa Itoi; Katsubumi Nagasu; Takuya Aizawa; Osamu Nakao; Shigekazu Kawai
Original assignee: Fujikura Ltd.
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2007-11-15
Also published as: US20100109663A1; US20090066326A1; US7782049B2; EP2017635A1; CN101438178A; EP2017635A4; JP2007303860A; US7772841B2; CN101438178B

Abstract

　　本発明の磁気デバイスは、磁気素子と、この磁気素子を挟んで配された第１磁界印加手段と第２磁界印加手段とを備えている。磁気素子は、例えば非磁性基板の表面に、軟磁性膜をメアンダ状に形成したものである。第１磁界印加手段および第２磁界印加手段は、第１磁界印加手段から第２磁界印加手段に向けて一方向Ｓに磁界Ｍを形成する。これにより、第１磁界印加手段と第２磁界印加手段との間に配された磁気素子には、一方向に向けられたバイアス磁界Ｍが軟磁性膜の全体に印加される。

Description

明細書

磁気デバイス

技術分野

[0001] 本発明は、磁気センサを備えた磁気デバイスに関する。

背景技術

[0002] 近年、コスト低減やチップ部品の削減を目的に、磁気インピーダンス素子等の誘導素子を、例えば半導体などの基板に集積化したものが提案されている。このような磁気インピーダンス素子を磁気センサとして利用する際には、インピーダンス変化の特性に起因して、磁気インピーダンス素子に対してバイアス磁界を印加することが必要である。

[0003] 磁気インピーダンス素子に対してバイアス磁界を印加する手段としては、例えば、磁気インピーダンス素子の近傍に磁石を配置することが考えられる（特許文献 1)。しかし、こうした磁石によるバイアス磁界の印加は、個々の磁石によって磁界強度が一定せず、安定して一定値のバイアス磁界を印加することが困難なために、磁気センサに適用するには課題がある。

[0004] 一方、磁気インピーダンス素子に対して、一定の強度で安定してバイアス磁界を印加する手段として、磁気インピーダンス素子の近傍にスパイラル状やコイル状の導電層を形成し、この導電層に通電することによって、ノィァス磁界を発生させる方法も知られている（特許文献 2)。特に、コイル状に形成した導電層の卷き線中心軸に沿つて磁気インピーダンス素子を配置した磁気センサは、磁気インピーダンス素子に対して強レ、バイアス磁界を安定して印加できる特性から、高精度な磁気センサとして好適である。

特許文献 1 :特開 2002— 43649号公報

特許文献 2 :特開 2001— 221838号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力、しながら、磁気インピーダンス素子に対してバイアス磁界を印加するために、磁気インピーダンス素子を包み込むようにインピーダンス素子の周囲にコイル状の磁界印加手段を形成する場合、こうしたコイルによって磁気デバイス全体の外形が大きくなってしまい、磁気デバイスを搭載する機器の小型化、薄型化の障害になるといった課題があった。

[0006] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型、軽量でかつ低コストで製造可能な、磁気素子を備えた磁気デバイスを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の第 1態様 (aspect)は、磁気デバイスであって、磁気素子と、磁気素子を挟むように配置され、一方向のバイアス磁界を磁気素子に印加するための第 1磁界印加手段および第 2磁界印加手段と、を含む。

本発明の第 2態様は、第 1態様において、第 1磁界印加手段及び第 2磁界印加手段は、それぞれ、独立した磁界発生手段及び磁界誘導手段を含む。

本発明の第 3態様は、第 1態様において、第 1磁界印加手段及び第 2磁界印加手段の双方の磁界誘導手段と、磁気素子とは、略同一平面上に配置される。

本発明の第 4態様は、磁気デバイスであって、第 1導電層及び第 2導電層を有する第 1基板と、第 3導電層及び第 4導電層を有する第 2基板と、第 1基板及び第 2基板の間に配置される磁気素子と、第 1導電層及び第 3導電層を電気接続する第 1連結部と、第 2導電層及び第 4導電層を電気接続する第 2連結部と、第 1導電層と第 3導電層と第 1連結部とを含むコイル形状の第 1磁界発生手段と、第 2導電層と第 4導電層と第 2連結部とを含むコイル形状の第 2磁界発生手段と、第 1磁界発生手段のコィル形状の中央を通る第 1磁界誘導手段と、第 2磁界発生手段のコイル形状の中央を通る第 2磁界誘導手段と、を含む。

本発明の第 5態様は、第 4態様において、第 1基板及び第 2基板の間に配置される第 3基板を更に含み、第 3基板は、磁気素子を収容する磁気素子収容部と、第 1磁界誘導手段を収容する第 1収容部と、第 2磁界誘導手段を収容する第 2収容部と、を有し、磁気素子収容部が第 1収容部及び第 2収容部の間に配置される。

発明の効果

[0008] 本発明の磁気デバイスによれば、磁気素子を挟んで両側に第 1磁界印加手段と第 2磁界印加手段とを配置したことで、磁気素子に対して、一方向に効率よぐかつ強レ、バイアス磁界を印加することができ、高精度な磁気センサを実現することが可能になる。

また、磁気素子に対してバイアス磁界を印加するための磁界発生手段を、磁気素子から離して配置することができる。このため、磁気素子周辺に磁界発生手段を形成しなくても良いので、磁気デバイス全体の小型化、特に薄型化を達成でき、磁気デバイスを搭載する機器のレイアウト上の自由度を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明の磁気デバイスの一例を示す斜視図である。

[図 2]本発明の磁気デバイスの他の一例を示す斜視図である。

[図 3]本発明の磁気デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。

[図 4]図 3の磁界印加手段を示す説明図である。

[図 5]本発明の磁気デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。

符号の説明

[0010] 10 磁気デバイス

11 磁気素子

12 第 1磁界印加手段

13 第 2磁界印加手段

15 第 1磁界発生手段

16 第 1磁界誘導手段

17 第 2磁界発生手段

18 第 2磁界誘導手段

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明に係る磁気デバイスの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなレ、。図 1は、本発明の磁気デバイス (磁気センサ）の一例を示す斜視図である。本発明の磁気デバイス 10は、磁気素子 11と、この磁気素子 11を挟んで配置された第 1磁界印加手段 12と第 2磁界印加手段 13とを備えている。 [0012] 磁気素子 11は、例えば、非磁性基板 11aの表面に、軟磁性膜 l ibをメアンダ状に形成したものである。第 1磁界印加手段 12および第 2磁界印加手段 13は、第 1磁界印加手段 12から第 2磁界印加手段 13に向けて一方向 Sに磁界 Mを形成する。これにより、第 1磁界印加手段 12と第 2磁界印加手段 13との間に配された磁気素子 11には、一方向に向けられたバイアス磁界 Mが軟磁性膜 l ibの全体に印加される。

[0013] このような構成の磁気デバイス 10によれば、磁気素子 11を挟んで両側に第 1磁界印加手段 12と第 2磁界印加手段 13とを配置したことで、磁気素子 11に対して、一方向に効率よぐかつ強いバイアス磁界を印加することができ、高精度な磁気センサを実現することが可能になる。

[0014] そして、磁気素子 11に対してバイアス磁界を印加するための磁界発生手段を、磁気素子 11から離して配置することができるので、磁気素子周辺に磁界発生手段を形成しなくても良いので、磁気デバイス 10全体の小型化、特に薄型化を達成でき、磁気デバイス 10を搭載する機器のレイアウト上の自由度を高めることができる。

[0015] 第 1磁界印加手段 12および第 2磁界印加手段 13は、それぞれ、独立した磁界発生手段と磁界誘導手段力構成されていればよい。第 1磁界印加手段 12は、第 1磁界発生手段 15と第 1磁界誘導手段 16とを有する。また、第 2磁界印加手段 13は、第 2磁界発生手段 17と第 2磁界誘導手段 18とを有する。

[0016] 第 1磁界発生手段 15および第 2磁界発生手段 17は、例えば、両端が電源 14に接続され、コイル形状に卷回した導電体力構成されていれば良い。また、第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18は、例えば、リボン状 (薄帯状）に形成した高透磁率材料を、それぞれ第 1磁界発生手段 15や第 2磁界発生手段 17のコイル形状の中心軸 Pを通るように配置したものであればょレ、。

[0017] こうしたリボン状 (薄帯状）の第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18の一端 16a， 18aは、磁気素子 11に隣接する位置まで延長されている。また、第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18の他端 16b， 18bは、磁気素子 11で外部磁界の変化を検出するために、開磁路とされている。

[0018] このように、第 1磁界印加手段 12および第 2磁界印加手段 13を、それぞれ独立した磁界発生手段と磁界誘導手段力構成することによって、磁界印加手段として例えばソレノイドコイルを用いる場合に、比較的にサイズの大きレ、磁気素子 11を包み込むように磁界発生手段であるコイルを磁気素子近傍に形成しなくても、高透磁率材料から形成されたリボン状の薄くて小さい第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 1 8を包むように小型のコイルからなる第 1磁界発生手段 15や第 2磁界発生手段 17を形成すれば済む。したがって、磁気デバイス 10の薄型化を図ることができる。

[0019] また、第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18の一端 16a， 18aを、磁気素子 11に隣接する位置まで延長することで、磁気素子 11から離れた位置に第 1磁界発生手段 15や第 2磁界発生手段 17を形成しても、こうした磁界発生手段 15， 17 で発生させたバイアス磁界を第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18によつて減衰させることなく磁気素子 11に印加することが可能になる。

[0020] 第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18を構成する高透磁率材料としては、例えば、コバルト系アモルファス薄帯や、焼結フェライト薄膜などを用いればよい。特に、柔軟性のあるコバルト系アモルファス薄帯を第 1磁界誘導手段 16や第 2磁界誘導手段 18に用いれば、磁気素子 11から離れた位置に第 1磁界発生手段 15や第 2磁界発生手段 17を配置して、第 1磁界誘導手段 16や第 2磁界誘導手段 18を自在に屈曲させて磁気素子 11にバイアス磁界を誘導できるので、磁気デバイス 10を組み込む機器の形状に応じて、自由なレイアウトで磁気デバイス 10を配置することが可能になる。

[0021] 第 1磁界誘導手段 16および第 2磁界誘導手段 18と磁気素子 11とは、略同一の平面 F上に配されていれば良い。磁界誘導手段 16, 18と磁気素子 11とを略同一平面上に配置することによって、第 1磁界発生手段 15や第 2磁界発生手段 17で発生させたバイアス磁界を、磁気素子 11に向けて減衰を抑えて効率よく印加することができ、高感度な磁気素子 11を得ることができる。

[0022] 上述した実施形態では、磁界発生手段として、電源に接続されたコイル形状の導電体、すなわち電磁石を用いたが、これ以外にも、磁界発生手段として永久磁石などを用レ、ることもできる。

図 2は、本発明の磁気デバイス (磁気センサ）の別な一例を示す斜視図である。この実施形態の磁気デバイス 20は、磁気素子 21を挟んで、第 1磁界印加手段 22と第 2磁界印加手段 23とが配置されている。この第 1磁界印加手段 22は、第 1磁界発生手段 24と第 1磁界誘導発生手段 25から、第 2磁界印加手段 23は第 2磁界発生手段 26と第 2磁界誘導発生手段 27から、それぞれ独立して構成されている。

[0023] そして、第 1磁界発生手段 24および第 2磁界発生手段 26は、永久磁石、例えば N dFeB、 SmCoなどが用いられる。こうした永久磁石で生じたバイアス磁界を第 1磁界誘導発生手段 25や第 2磁界誘導発生手段 27によって磁気素子 21に誘導し、磁気素子 21に一方向のバイアス磁界を印加する。第 1磁界発生手段 24や第 2磁界発生手段 26に永久磁石を用いることで、通電しなくてもバイアス磁界を発生できるので、ソレノイドコイルなどを用いた磁気素子などに比べて構成を簡略化して、小型、軽量化できる。

[0024] 次に、本発明の磁気デバイスを多層構造のパッケージとして形成した例を説明する。図 3は、本発明の磁気デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。磁気デバィス 30は、第 1基板 31と、第 2基板 32と、この第 1基板 31と第 2基板 32との間に配された磁気素子 34と、この磁気素子 34を両側から挟むように配された第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 49とを有する。また、第 1基板 31と第 2基板 32との間には、ドライバチップ 35が更に配置されるとともに、これら磁気素子 34やドライバチップ 35を収容する第 3基板 33が更に配置されていれば良い。

[0025] 第 1基板 31の一面 31aには、第 1導電層 41、第 2導電層 42、および引出導電層 45 が形成されている。また、第 2基板 32の一面 32aには、第 3導電層 43および第 4導電層 44が形成されている。磁気素子 34は、例えば非磁性基板 34aの表面に、軟磁性膜 34bをメアンダ状に形成したものであり、軟磁性膜 34bの両端には、電極パッド 46 a, 46bが形成されている。このような磁気素子 34は、バイアス磁界が印加された際に、磁界の大きさに応じて、出力信号が変化する。

[0026] また、ドライバチップ 35は、磁気素子 34を制御する集積回路であり、表面に電極パッド 47a， 47bが形成されている。第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 49 の第 2基板 32側には、第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 49を、第 3導電層 43および第 4導電層 44に対して絶縁させるために、第 1絶縁層 54および第 2絶縁層 55がそれぞれ形成される。 [0027] 第 1基板 31には、第 1基板 31の一面 31aから他面 31bに向けて貫通し、引出導電層 45と、磁気素子 34の電極パッド 46a, 46b、およびドライバチップ 35の電極パッド 47a, 47bとをそれぞれ電気的に接続する、導電ペーストや銅めつきなどからなる第 3 連結部 53が形成されてレ、る。

[0028] 第 3基板 33には、（i)磁気素子 34を収容する磁気素子収容部 36aと、（Π)ドライバチップ 35を収容するチップ収容部 36bと、 (iii)第 1磁界誘導手段 48を収容する第 1 収容部 36cと、 (iv)第 2磁界誘導手段 49を収容する第 2収容部 36dとが設けられる。また、第 3基板 33の一面 33aと他面 33bとの間を貫通し、第 1導電層 41と第 3導電層 43とを電気的に接続する、導電ペーストからなる第 1連結部 51と、第 2導電層 42と第 4導電層 44とを電気的に接続する、導電ペーストからなる第 2連結部 52とがそれぞれ形成される。

[0029] このように、第 1導電層 41と第 3導電層 43とが第 1連結部 51によって電気的に接続され、また、第 2導電層 42と第 4導電層 44とが第 2連結部 52によって電気的に接続されることで、図 4の模式図に示すように、第 1磁界誘導手段 48の周囲を包み込むコィル形状の第 1磁界発生手段 57と、第 2磁界誘導手段 49の周囲を包み込むコイル形状の第 2磁界発生手段 58とがそれぞれ形成される。こうした第 1磁界発生手段 57と第 1磁界誘導手段 48とで第 1磁界印加手段 61が構成され、また、第 2磁界発生手段 58と第 2磁界誘導手段 49とで第 2磁界印加手段 62が構成される。

[0030] そして、第 1磁界発生手段 57の両端の電極パッド 57a, 57b、および第 2磁界発生手段 58の両端の電極パッド 58a, 58bにそれぞれ通電することで、第 1磁界発生手段 57および第 2磁界発生手段 58に磁界が生じる。第 1磁界発生手段 57および第 2 磁界発生手段 58に生じた磁界は、第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 4 9によってそれぞれ磁気素子 34に誘導され、磁気素子 34に対して一方向に強いバィァス磁界 Mが印加される。

[0031] このような構成の磁気デバイス 30によれば、磁気素子 34を挟むように両側に離間してコンパクトなコイル形状の第 1磁界発生手段 57および第 2磁界発生手段 58をそれぞれ形成し、この第 1磁界発生手段 57および第 2磁界発生手段 58で生じさせたバィァス磁界を第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 49によって減衰させることなく誘導し、磁気素子 34に印加できる。よって、小型、軽量でかつローコストに製造可能な磁気デバイスを実現できる。

[0032] 第 1基板 31は、例えばポリイミドなどの絶縁性樹脂から形成されていれば良い。第 1 基板 31に形成される第 1導電層 41、第 2導電層 42および引出導電層 45は、第 1基板 31の一面 31aとは反対側の他面 31bに形成されていても良レ、。第 1導電層 41、第 2導電層 42および引出導電層 45は、例えば、銅、アルミニウム、金などの導電性に優れた材料から形成されてレ、れば良レ、。

[0033] 磁気素子 34を構成する軟磁性膜 34bは、例えば、アモルファス軟磁性であればよレ、。また、こうした軟磁性膜 34bの形状は、メアンダ形状以外にも、磁界を高精度に検出可能な形状であれば、どのような形状に形成されていても良い。第 1連結部 51、第 2連結部 52および第 3連結部 53は、導電性金属の微粉末を接着性のある媒体に分散させた導電ペーストであればよい。第 1磁界誘導手段 48および第 2磁界誘導手段 49は、高透磁率材料、例えば、コバルト系アモルファス薄帯や、焼結フェライト薄膜などを用いればよい。

[0034] 上述した実施形態では、第 3基板 33を挟んで第 1基板 31と第 2基板 32とは、こうした接着性のある導電ペーストからなる第 1連結部 51や第 2連結部 52によって接合されているが、これ以外にも、第 1基板 31と第 3基板 33との間、および第 3基板 33と第 2基板 32との間に接着剤などによる接着層を形成することによって、各基板間を接合する構成であっても良い。

[0035] 第 2基板 32は、例えばポリイミドなどの絶縁性樹脂から形成されていれば良い。第 2 基板 32に形成される第 3導電層 43や第 4導電層 44は、第 2基板 32の一面 32aとは反対側の他面 32bに形成されていても良レ、。第 3導電層 43や第 4導電層 44は、例えば、銅、アルミニウム、金などの導電性に優れた材料から形成されていれば良い。

[0036] 上述したような磁気デバイスを多層構造のパッケージとして形成した例においても、磁界発生手段として磁石を用いても良レ、。図 5は、本発明の磁気デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。この実施形態においては、磁気デバイス 70は、第 1基板 71と、第 2基板 72と、この第 1基板 71と第 2基板 72との間に配された磁気素子 73 と、この磁気素子 73を両側から挟むように配された第 1磁界印加手段 74および第 2 磁界印加手段 75とを有する。

[0037] 第 1磁界印加手段 74は、第 1磁界発生手段 76と第 1磁界誘導手段 77から構成される。また、第 2磁界印加手段 75は、第 2磁界発生手段 78と第 2磁界誘導手段 79から構成される。そして、第 1磁界発生手段 76および第 2磁界発生手段 78は、永久磁石が用いられる。

[0038] これにより、永久磁石である第 1磁界発生手段 76および第 2磁界発生手段 78で生じたバイアス磁界は、第 1磁界誘導手段 77および第 2磁界誘導手段 79によって減衰することなく磁気素子 73に印加される。こうして、磁界発生手段として磁石を用いることで、通電しなくてもバイアス磁界を発生できるので、ソレノイドコイルなどを用いた磁気素子などに比べて構成を簡略化して、磁気デバイス 70の小型、軽量化を達成できる。

実施例

[0039] 本発明における高透磁率材料で構成した磁界誘導手段の効果を検証した。図 1に示すような磁気デバイスにおいて、磁気素子としてチップサイズ 2.5mm X 1.2mm X 625 umの Si基板上に、メアンダ形状の CoZrNbからなる膜を形成した。この磁気素子のバイアス磁界は 8(Oe)である。磁界誘導手段は、幅約 lmm、厚み 20umのリボン状のコバルト系アモルファス合金を用いた。卷き数が 120ターンのコイル形状の磁界印加手段に 0. 2Aの電流を流した。磁界誘導手段の端部と磁気素子との間隔は lmmとした。そして、磁界誘導手段であるリボン状のコバルト系アモルファス合金を 1枚、および 3枚に重ねた場合と、磁界誘導手段を形成しない場合（比較例）とで、磁気素子に印加されるバイアス磁界の強度を測定した。こうした検証結果を表 1に示す。

[0040] [表 1]

表 1に示す結果によれば、磁界誘導手段を形成することによって磁気素子に印加されるバイアス磁界の強度を強くすることができ、また、その枚数を増加させることでバィァス磁界をより強くできることが確認された。

Claims

請求の範囲

[1] 磁気素子と、

磁気素子を挟むように配置され、一方向のバイアス磁界を磁気素子に印加するための第 1磁界印加手段および第 2磁界印加手段と、を含む磁気デバイス。

[2] 第 1磁界印加手段及び第 2磁界印加手段は、それぞれ、独立した磁界発生手段及び磁界誘導手段を含む、請求項 1記載の磁気デバイス。

[3] 第 1磁界印加手段及び第 2磁界印加手段の双方の磁界誘導手段と、磁気素子とは、略同一平面上に配置される、請求項 1記載の磁気デバイス。

[4] 第 1導電層及び第 2導電層を有する第 1基板と、

第 3導電層及び第 4導電層を有する第 2基板と、

第 1基板及び第 2基板の間に配置される磁気素子と、

第 1導電層及び第 3導電層を電気接続する第 1連結部と、

第 2導電層及び第 4導電層を電気接続する第 2連結部と、

第 1導電層と第 3導電層と第 1連結部とを含むコイル形状の第 1磁界発生手段と、第 2導電層と第 4導電層と第 2連結部とを含むコイル形状の第 2磁界発生手段と、第 1磁界発生手段のコイル形状の中央を通る第 1磁界誘導手段と、

第 2磁界発生手段のコイル形状の中央を通る第 2磁界誘導手段と、を含む磁気デバイス。

[5] 第 1基板及び第 2基板の間に配置される第 3基板を更に含み、第 3基板は、磁気素子を収容する磁気素子収容部と、第 1磁界誘導手段を収容する第 1収容部と、第 2磁界誘導手段を収容する第 2収容部と、を有し、磁気素子収容部が第 1収容部及び第 2収容部の間に配置される、請求項 4記載の磁気デバイス。