WO2019239933A1 - 磁気センサ - Google Patents

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郁人 小野寺
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Tdk株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly, to a magnetic sensor including a compensation coil that cancels a magnetic flux applied to a magnetosensitive element.
  • the magnetic sensor described in Patent Literature 1 includes a magnetic sensing element, a magnetic shield that shields a magnetic field to be measured, and a compensation coil disposed between the magnetic shield and the magnetic sensing element.
  • the magnetic shield plays a role of attenuating the magnetic field applied to the magnetosensitive element, whereby the current flowing through the compensation coil can be kept small even when the magnetic field to be measured is strong.
  • Patent Document 1 has a problem that it is difficult to efficiently apply a magnetic field generated from the compensation coil to the magnetosensitive element because the distance between the compensation coil and the magnetosensitive element is long. there were.
  • an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of efficiently applying a magnetic field generated from a compensation coil to a magnetosensitive element.
  • a magnetic sensor includes a first magnetic layer and a second magnetic layer facing each other via a first magnetic gap, a magnetic sensitive element disposed on a magnetic path formed by the first magnetic gap, and at least A part is disposed between the first magnetic gaps, and is provided with a compensation coil that cancels the magnetic flux applied to the magnetosensitive element.
  • the magnetic flux can be efficiently applied to the magnetosensitive element.
  • the compensation coil is arranged between the first magnetic gaps, both the first and second magnetic layers and the compensation coil can be brought close to the magnetosensitive element, thereby generating from the compensation coil. A magnetic field can be efficiently applied to the magnetosensitive element.
  • the first magnetic layer, the second magnetic layer, the magnetosensitive element, and the compensation coil are all formed on the sensor substrate, and the magnetosensitive element includes the first magnetic layer, the first magnetic layer, and the compensation coil.
  • the magnetic material layer 2 and the compensation coil may be formed below the compensation coil. According to this, since the lower ground of the magnetic sensing element can be made flat, it is possible to reduce variations in the characteristics of the magnetic sensing element due to the unevenness of the underlying surface.
  • the first and second magnetic layers and the compensation coil may be formed in the same layer on the sensor substrate. According to this, it becomes possible to arrange
  • the magnetosensitive element may overlap the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the compensation coil in plan view. According to this, it is possible to efficiently apply both the magnetic flux flowing in the first and second magnetic layers and the canceling magnetic flux generated by the compensation coil to the magnetosensitive element.
  • the compensation coil may include a plurality of conductor patterns arranged between the first magnetic gaps. According to this, it becomes possible to generate more canceling magnetic flux with less current.
  • the magnetic sensor according to the present invention further includes third and fourth magnetic layers that overlap with the first and second magnetic layers, respectively, and face each other via the second magnetic gap, and the position of the magnetosensitive element is stacked. Is between the first and second magnetic layers and the third and fourth magnetic layers, and the magnetosensitive element is disposed on the magnetic path formed by the first and second magnetic gaps. It doesn't matter. According to this, since the magnetosensitive element is sandwiched from above and below by the two magnetic gaps, more magnetic flux is applied to the magnetosensitive element. Thereby, a weak magnetic field can be detected with higher sensitivity.
  • the first and second magnetic layers may have shapes in which the film thickness decreases as the first magnetic gap is approached. According to this, the magnetic flux can be concentrated by the magnetosensitive element.
  • each of the first and second magnetic layers has a structure in which a first layer whose stacking position is far from the magnetosensitive element and a second layer whose stacking position is close to the magnetosensitive element are stacked.
  • the second layer may be exposed without being covered by the first layer. According to this, it is possible to concentrate the magnetic flux on the magnetosensitive element while further reducing the magnetic resistance of the magnetic layer.
  • the first layer may be thicker than the second layer, and the first layer and the second layer may be made of different magnetic materials.
  • the magnetic field generated from the compensation coil can be efficiently applied to the magnetosensitive element.
  • the current flowing through the compensation coil can be reduced, and as a result, the electric circuit noise of the magnetic sensor can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a magnetic sensor 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the sensor chip 20 included in the magnetic sensor 10.
  • 3 is a schematic cross-sectional view along the line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a connection relationship between the terminal electrodes 51 to 56, the magnetic sensing elements R1 to R4, and the compensation coil 70.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a first modification of the magnetic sensor 10.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a second modification of the magnetic sensor 10.
  • FIG. 7 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a magnetic sensor 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the sensor chip 20 included in the magnetic sensor 10.
  • 3 is a schematic cross-sectional
  • FIG. 8 is a process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a process diagram for explaining a manufacturing process of the magnetic sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a magnetic sensor 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 is a schematic top view of the sensor chip 20 included in the magnetic sensor 10
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the line AA shown in FIG.
  • the magnetic sensor 10 includes a sensor chip 20 and external magnetic bodies 30 and 40 added to the sensor chip 20.
  • the sensor chip 20 includes a sensor substrate 21, magnetosensitive elements R 1 to R 4 provided on the sensor substrate 21, terminal electrodes 51 to 56, magnetic layers 61 to 63, and a compensation coil 70.
  • a method for manufacturing the sensor chip 20 a method of forming a large number of sensor chips 20 on a collective substrate at the same time and separating them is generally used, but the present invention is not limited to this. Alternatively, each sensor chip 20 may be manufactured separately.
  • External magnetic bodies 30 and 40 are blocks made of a soft magnetic material having high permeability such as ferrite.
  • the external magnetic bodies 30 and 40 may be bonded to the sensor chip 20 using an adhesive or the like.
  • the external magnetic bodies 30 and 40 are mounted on another substrate (not shown) together with the sensor chip 20 and have a relative positional relationship with the sensor chip 20. It may be fixed. Although it is not essential to use the external magnetic bodies 30 and 40 in the present invention, the use of these makes it possible to detect a magnetic field particularly in the z direction with high sensitivity.
  • the external magnetic body 30 is disposed between the magnetic sensing elements R1, R3 and the magnetic sensing elements R2, R4 in a plan view, that is, viewed from the z direction, and has a rectangular parallelepiped shape with the z direction as the longitudinal direction. ing.
  • the external magnetic body 30 collects magnetic flux in the z direction and plays a role of splitting the magnetic flux along the magnetic layer 61 on both sides in the x direction.
  • the height in the z direction of the external magnetic body 30 is not particularly limited, the selectivity of the magnetic flux in the z direction can be increased by increasing the height in the z direction.
  • the external magnetic body 40 covers the side surface (yz surface) and the back surface (xy surface) of the sensor chip 20.
  • first and second portions 41 and 42 covering the side surface of the sensor chip 20 are extended in the z direction so that the position in the z direction exceeds the surface of the sensor chip 20, and this extended portion To the sensor chip 20 side and overhang portions OH1, OH2.
  • the magnetosensitive elements R1 to R4 are not particularly limited as long as their physical characteristics change depending on the magnetic flux density, but are preferably magnetoresistive elements whose electric resistance changes according to the direction of the magnetic field.
  • the sensitivity directions (fixed magnetization directions) of the magnetosensitive elements R1 to R4 are all aligned in the direction indicated by the arrow P in FIG. 2 (plus side in the x direction).
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 are formed on the insulating layer 22 covering the surface of the sensor substrate 21.
  • the insulating layer 22 serves to smooth the base surface on which the magnetic sensitive elements R1 to R4 are formed.
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 can be formed on a very smooth surface, and it is possible to reduce variations in characteristics of the magnetic sensitive elements R1 to R4 due to the unevenness of the underlying surface. Become.
  • the magnetosensitive elements R1 to R4 are covered with an insulating layer 23.
  • Magnetic layers 61 to 63 and a compensation coil 70 are formed on the surface of the insulating layer 23, and these are further covered with the insulating layer 24.
  • the magnetic layer 61 is located at the approximate center of the sensor chip 20 in plan view, and the magnetic layers 62 and 63 are disposed on both sides in the x direction.
  • the central portion of the magnetic layer 61 is covered with the external magnetic body 30, and the end portions of the magnetic layers 62 and 63 are covered with the overhang portions OH 2 and OH 1 of the external magnetic body 40, respectively.
  • the magnetic layers 61 to 63 may be a film made of a composite magnetic material in which a magnetic filler is dispersed in a resin material, or made of a soft magnetic material such as nickel or permalloy. It may be a thin film or foil, or may be a thin film or bulk sheet made of ferrite or the like.
  • the magnetic layer 61 and the magnetic layer 62 are opposed to each other via the magnetic gaps G2 and G4, and the magnetic layer 61 and the magnetic layer 63 are opposed to each other via the magnetic gaps G1 and G3.
  • a spiral compensation coil 70 is disposed so as to pass between the magnetic gaps G1 to G4.
  • the magnetic layers 61 to 63 and the compensation coil 70 are formed in the same layer.
  • magnetic sensitive elements R1 to R4 are arranged at positions overlapping the magnetic gaps G1 to G4 in plan view, respectively. As a result, the magnetic fluxes flowing through the magnetic gaps G1 to G4 are applied to the magnetic sensitive elements R1 to R4, respectively, and the magnetic flux generated by the compensation coil 70 is also applied.
  • FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a connection relationship between the terminal electrodes 51 to 56, the magnetosensitive elements R1 to R4, and the compensation coil 70.
  • the magnetosensitive element R1 is connected between the terminal electrodes 53 and 54
  • the magnetosensitive element R2 is connected between the terminal electrodes 51 and 53
  • the magnetosensitive element R3 is connected between the terminal electrodes 51 and 52
  • the magnetosensitive element R4 is connected between the terminal electrodes 52 and 54.
  • the terminal electrode 54 is supplied with the power supply potential Vcc
  • the terminal electrode 51 is supplied with the ground potential GND. Since all of the magnetosensitive elements R1 to R4 have the same magnetization fixed direction, the resistance change amount of the magnetosensitive elements R1 and R3 located on one side when viewed from the external magnetic body 30 and the external magnetic body 30 are set.
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 constitute a differential bridge circuit, and changes in the electrical resistance of the magnetic sensitive elements R1 to R4 according to the magnetic flux density appear at the terminal electrodes 52 and 53.
  • the differential signals output from the terminal electrodes 52 and 53 are input to a differential amplifier 81 provided on the mounting board on which the magnetic sensor 10 according to the present embodiment is mounted.
  • the output signal of the differential amplifier 81 is fed back to the terminal electrode 56.
  • a compensation coil 70 is connected between the terminal electrode 55 and the terminal electrode 56, so that the compensation coil 70 generates a cancel magnetic field according to the output signal of the differential amplifier 81.
  • a current corresponding thereto flows to the compensation coil 70, and a magnetic flux in the reverse direction is generated. generate. Thereby, the external magnetic flux is canceled out. If the current output from the differential amplifier 81 is converted into a current voltage by the detection circuit 82, the strength of the external magnetic flux can be detected.
  • the compensation coil 70 is disposed between the magnetic gaps G1 to G4 formed by the magnetic layers 61 to 63, the magnetic layers 61 to 63 are formed. Both the flowing magnetic flux and the magnetic flux generated by the compensation coil 70 can be efficiently applied to the magnetosensitive elements R1 to R4.
  • the magnetosensitive elements R1 to R4 are positioned below the magnetic layers 61 to 63 and the compensation coil 70, and an insulating layer is provided between the magnetosensitive elements R1 to R4 and the sensor substrate 21. Since only 22 is interposed, the base surface on which the magnetosensitive elements R1 to R4 are formed can be in a very flat state.
  • the width W1 in the x direction of the magnetosensitive elements R1 to R4 is wider than the width W2 in the x direction of the magnetic gaps G1 to G4.
  • the entire width of the magnetic gaps G1 to G4 in the x direction overlaps with the magnetosensitive elements R1 to R4, and ends of the magnetic layers 61 to 63 overlap with the magnetosensitive elements R1 to R4.
  • most of the magnetic flux passing through the magnetic path formed by the magnetic gaps G1 to G4 is applied to the magnetosensitive elements R1 to R4, so that high detection sensitivity can be obtained.
  • the overlapping width W3 of the magnetic layers 61 to 63 and the magnetic sensing elements R1 to R4 is set to 0.1 times or more the width W1 in the x direction of the magnetic sensing elements R1 to R4, It is preferably 0.3 times or less, and most preferably about 0.2 times.
  • the overlap width W3 is most preferably about 1 ⁇ m.
  • the thickness of the magnetic layers 61 to 63 and the thickness of the compensation coil 70 are substantially the same, but this point is not essential in the present invention. Therefore, as shown in FIG. 5, the thickness T1 of the magnetic layers 61 to 63 may be larger than the thickness T2 of the compensation coil 70 (T1> T2). As shown in FIG. The film thickness T1 of 61 to 63 may be smaller than the film thickness T2 of the compensation coil 70 (T1 ⁇ T2). That is, it is sufficient if the compensation coil 70 is disposed between the magnetic gaps G1 to G4 formed by the magnetic layers 61 to 63.
  • FIG. 7 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • a plurality of conductor patterns 71 to 73 constituting the compensation coil 70 are arranged between the magnetic gaps G1 to G4 formed by the magnetic layers 61 to 63. That is, in this embodiment, the number of turns of the compensation coil 70 is not one turn but a three-turn configuration, and it is configured to generate more canceling magnetic flux with less current. Also in this embodiment, the magnetic layers 61 to 63 and the compensation coil 70 are formed in the same layer.
  • the magnetic layers 61 to 63 are cut obliquely toward the magnetosensitive elements R1 to R4 so that the film thickness decreases as the edges in the x direction approach the magnetic gaps G1 to G4. It has a shape. That is, the tips of the magnetic layers 61 to 63 in the x direction are pointed at the surface of the insulating layer 23, and the tips are directed to the magnetosensitive elements R1 to R4. As a result, the magnetic flux flowing through the magnetic gaps G1 to G4 is easily applied by the magnetosensitive elements R1 to R4, so that higher detection sensitivity can be obtained. Further, the edges of the conductor patterns 71 and 73 constituting the compensation coil 70 are also cut in an oblique direction in accordance with the above shapes of the magnetic layers 61 to 63.
  • the number of conductor patterns of the compensation coil disposed between the magnetic gaps in the present invention is not limited, and a plurality of conductor patterns may be disposed between the magnetic gaps.
  • the magnetic sensor according to the present embodiment can be manufactured by the following process.
  • the insulating layer 22, the magnetic sensitive elements R1 to R4 and the insulating layer 23 are formed in this order on the surface of the sensor substrate 21, and then the magnetic layer 60 is formed on the entire surface.
  • a resist film 91 is formed on the surface of the layer 60.
  • the resist film 91 is formed at a position that covers portions that will eventually become the magnetic layers 61 to 63 by using a photolithography method.
  • the resist film 91 is not formed on the magnetic sensitive elements R1 to R4, and the magnetic layer 60 is exposed.
  • a thin insulating layer 27 is formed on the entire surface, and further, a spiral resist film in plan view so as to pass through the magnetosensitive elements R1 to R4. 92 is formed.
  • a plurality of conductor patterns 71 to 73 constituting the compensation coil 70 are formed as shown in FIG.
  • Adjacent conductor patterns 71 to 73 are separated by a resist film 92, whereby spiral conductor patterns 71 to 73 are formed.
  • an insulating layer 28 is formed on the entire surface. In this state, polishing is performed until the magnetic layers 61 to 63 are exposed, so that unnecessary conductor patterns formed on the surfaces of the magnetic layers 61 to 63 are removed. Then, if the insulating layer 27 is formed on the entire surface, the magnetic sensor according to the second embodiment shown in FIG. 7 is completed.
  • FIG. 13 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • magnetic layers 61a to 63a are disposed below the magnetic layers 61 to 63, and these magnetic layers 61a to 61a are arranged.
  • 63a forms other magnetic gaps G1a to G4a (magnetic gaps G1a, G3a, and G4a are not shown) overlapping the magnetic gaps G1 to G4.
  • Insulating layers 25 and 26 are interposed between the sensor substrate 21 and the magnetic layers 61a to 63a.
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 are sandwiched between the magnetic layers 61 to 63 and the magnetic layers 61a to 63a so that the magnetic gaps G1 to G4 are located above and the magnetic gaps G1a to G4a are located below. It has a configuration.
  • the magnetic layers 61a to 63a also have a shape in which the film thickness decreases as the edges in the x direction approach the magnetic gaps G1 to G4.
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 are located not only on the magnetic path formed by the magnetic gaps G1 to G4 but also on the magnetic path formed by the magnetic gaps G1a to G4a. Not only the magnetic flux flowing through the body layers 61 to 63 but also the magnetic flux flowing through the magnetic layers 61a to 63a is applied to the magnetosensitive elements R1 to R4. As a result, more of the magnetic flux collected by the external magnetic body 30 is applied to the magnetosensitive elements R1 to R4, so that higher detection sensitivity can be obtained.
  • the magnetic layer 61a to 63a cut obliquely after the insulating layer 26 is etched obliquely, the magnetic layer is formed on the entire surface, and further, until the insulating layer 26 is exposed. A method of polishing is mentioned.
  • FIG. 14 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • the magnetic sensor according to the third embodiment is different from the magnetic sensor according to the third embodiment in that a plurality of conductor patterns 71 to 73 constituting the compensation coil 70 are arranged between the magnetic gaps G1a to G4a. It is different. Since other configurations are the same as those of the magnetic sensor according to the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the vertical position of the magnetosensitive element and the compensation coil is not limited in the present invention, and it is sufficient if the compensation coil is disposed between the magnetic gaps.
  • FIG. 15 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • the magnetic layers 61 to 63 are made of magnetic layers 61 1 to 63 1 (the magnetic layer 63 1 is not shown) and magnetic layers 61 2 to 63 2 ( magnetic layer 63 2 is a laminated film of a not shown), the magnetic layers 61a ⁇ 63a are respectively magnetic layers 61a 1 ⁇ 63a 1 (magnetic layer 63a 1 is not shown) and the magnetic layer 61a 2 ⁇
  • the third embodiment is different from the third embodiment in that it is composed of a laminated film of 63a 2 (the magnetic layer 63a 2 is not shown). Since other configurations are the same as those of the magnetic sensor according to the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the magnetic layers 61 1 to 63 1 , 61a 1 to 63a 1 constitute a first layer whose laminated position is far from the magnetic sensitive elements R1 to R4, and the magnetic layers 61 2 to 63 2 and 61a 2 to 63a 2 are laminated positions. Constitutes a second layer close to the magnetosensitive elements R1 to R4. In the vicinity of the magnetic gaps G1 to G4 and G1a to G4a, the magnetic layers 61 2 to 63 2 and 61a 2 to 63a 2 are not covered with the magnetic layers 61 1 to 63 1 , 61a 1 to 63a 1. Exposed. According to this, as in the third embodiment, since the magnetic flux flowing through the magnetic gaps G1 to G4 and G1a to G4a is more easily applied to the magnetic sensitive elements R1 to R4, higher detection sensitivity can be obtained. Is possible.
  • the thickness of the magnetic layers 61 1 to 63 1 , 61a 1 to 63a 1 constituting the first layer is increased, and the magnetic layers 61 2 to 63 2 and 61a 2 to 63a 2 constituting the second layer are increased.
  • the film thickness is set thin, the magnetic flux can be more concentrated on the magnetosensitive elements R1 to R4 while keeping the overall magnetic resistance low.
  • the material of the magnetic layers 61 1 to 63 1 , 61a 1 to 63a 1 constituting the first layer and the material of the magnetic layers 61 2 to 63 2 , 61a 2 to 63a 2 constituting the second layer May use different magnetic materials.
  • a NiFe-based material having a small magnetostriction is used as the material of the magnetic layers 61 1 to 63 1 and 61a 1 to 63a 1 constituting the first layer, and the magnetic layers 61 2 to 63 2 constituting the second layer are used.
  • a CoFe-based material having a large residual magnetic flux density can be used as the material of 61a 2 to 63a 2 .
  • FIG. 16 is a view for explaining the structure of the magnetic sensor according to the sixth embodiment of the present invention, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG.
  • this embodiment is different from the magnetic sensor according to the fifth embodiment in that the compensation coil 70 is disposed between the magnetic gaps G1a to G4a. Since the other configuration is the same as that of the magnetic sensor according to the fifth embodiment, the same reference numerals are given to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
  • the vertical positions of the magnetosensitive element and the compensation coil are not particularly limited.

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Abstract

【課題】測定対象となる磁界が微弱であってもクローズドループ制御によって磁界を検出可能な磁気センサを提供する。 【解決手段】磁気ギャップＧ２を介して互いに対向する磁性体層６１，６２と、磁気ギャップＧ２によって形成される磁路上に配置された感磁素子Ｒ２と、磁気ギャップＧ２間に配置され、感磁素子Ｒ２に印加される磁束を打ち消す補償コイル７０と備える。本発明によれば、磁性体層６１，６２を備えていることから、磁束を効率よく感磁素子Ｒ２に印加することができる。しかも、磁気ギャップＧ２間に補償コイル７０が配置されていることから、磁性体層６１，６２と補償コイル７０の両方を感磁素子に近づけることができ、これにより補償コイルから発生する磁界を感磁素子に効率的に印加することが可能となる。

Description

磁気センサ
　本発明は磁気センサに関し、特に、感磁素子に印加される磁束を打ち消す補償コイルを備えた磁気センサに関する。
　磁気センサの中には、感磁素子に印加される磁束を打ち消す補償コイルを設けることによって、クローズドループ制御を行うタイプの磁気センサが存在する。例えば、特許文献１に記載された磁気センサは、感磁素子と、測定対象となる磁界をシールドする磁気シールドと、磁気シールドと感磁素子の間に配置された補償コイルとを備えている。磁気シールドは、感磁素子に印加される磁界を減衰させる役割を果たし、これにより、測定対象となる磁界が強い場合であっても、補償コイルに流す電流を小さく抑えることができる。
特許第５５７２２０８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサは、補償コイルと感磁素子との距離が遠いため、補償コイルから発生する磁界を感磁素子に効率的に印加することが困難であるという問題があった。
　したがって、本発明は、補償コイルから発生する磁界を感磁素子に効率的に印加することが可能な磁気センサを提供することを目的とする。
　本発明による磁気センサは、第１の磁気ギャップを介して互いに対向する第１及び第２の磁性体層と、第１の磁気ギャップによって形成される磁路上に配置された感磁素子と、少なくとも一部が第１の磁気ギャップ間に配置され、感磁素子に印加される磁束を打ち消す補償コイルと備えることを特徴とする。
　本発明によれば、第１の磁気ギャップを形成する第１及び第２の磁性体層を備えていることから、磁束を効率よく感磁素子に印加することができる。しかも、第１の磁気ギャップ間に補償コイルが配置されていることから、第１及び第２の磁性体層と補償コイルの両方を感磁素子に近づけることができ、これにより補償コイルから発生する磁界を感磁素子に効率的に印加することが可能となる。
　本発明において、第１の磁性体層、第２の磁性体層、感磁素子及び補償コイルは、いずれもセンサ基板上に形成されており、感磁素子は、第１の磁性体層、第２の磁性体層及び補償コイルよりも下層に形成されていても構わない。これによれば、感磁素子の下地面をより平坦な状態とすることができるため、下地面の凹凸に起因する感磁素子の特性ばらつきを低減することが可能となる。この場合、第１及び第２の磁性体層と補償コイルは、センサ基板上の同層に形成されていても構わない。これによれば、第１の磁気ギャップ間に補償コイルを容易に配置することが可能となる。
　本発明において、感磁素子は、平面視で、第１の磁性体層、第２の磁性体層及び補償コイルと重なっても構わない。これによれば、第１及び第２の磁性体層に流れる磁束と、補償コイルによって生成されるキャンセル磁束の両方を効率よく感磁素子に印加することが可能となる。
　本発明において、補償コイルは、第１の磁気ギャップ間に配置された複数の導体パターンを含むものであっても構わない。これによれば、少ない電流でより多くのキャンセル磁束を発生させることが可能となる。
　本発明による磁気センサは、それぞれ第１及び第２の磁性体層と重なり、第２の磁気ギャップを介して互いに対向する第３及び第４の磁性体層をさらに備え、感磁素子の積層位置は、第１及び第２の磁性体層と第３及び第４の磁性体層の間にあり、感磁素子は、第１及び第２の磁気ギャップによって形成される磁路上に配置されていても構わない。これによれば、感磁素子が２つの磁気ギャップによって上下方向から挟まれる構成となることから、より多くの磁束が感磁素子に印加される。これにより、微弱な磁界をより高感度に検出することが可能となる。
　本発明において、第１及び第２の磁性体層は、第１の磁気ギャップに近づくほど膜厚が薄くなる形状を有していても構わない。これによれば、磁束を感磁素子により集中させることが可能となる。
　本発明において、第１及び第２の磁性体層は、いずれも、積層位置が感磁素子から遠い第１層と、積層位置が感磁素子から近い第２層が積層された構造を有し、第１の磁気ギャップの近傍においては、第１層に覆われることなく第２層が露出していても構わない。これによれば、磁性体層の磁気抵抗をより低減しつつ、磁束を感磁素子に集中させることが可能となる。この場合、第１層は第２層よりも厚くても構わないし、第１層と第２層は、互いに異なる磁性材料からなるものであっても構わない。
　このように、本発明によれば、補償コイルから発生する磁界を感磁素子に効率的に印加することができる。これにより、補償コイルに流す電流を少なくすることが可能となり、その結果、磁気センサの電気回路ノイズを低減することも可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０の外観を示す略斜視図である。 図２は、磁気センサ１０に含まれるセンサチップ２０の略上面図である。 図３は、図２に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。 図４は、端子電極５１～５６と感磁素子Ｒ１～Ｒ４及び補償コイル７０との接続関係を説明するための回路図である。 図５は、磁気センサ１０の第１の変形例を説明するための略断面図である。 図６は、磁気センサ１０の第２の変形例を説明するための略断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図である。 図８は、第２の実施形態による磁気センサの製造工程を説明するための工程図である。 図９は、第２の実施形態による磁気センサの製造工程を説明するための工程図である。 図１０は、第２の実施形態による磁気センサの製造工程を説明するための工程図である。 図１１は、第２の実施形態による磁気センサの製造工程を説明するための工程図である。 図１２は、第２の実施形態による磁気センサの製造工程を説明するための工程図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０の外観を示す略斜視図である。また、図２は、磁気センサ１０に含まれるセンサチップ２０の略上面図であり、図３は、図２に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
　図１～図３に示すように、本実施形態による磁気センサ１０は、センサチップ２０と、センサチップ２０に付加された外部磁性体３０，４０とを備えている。センサチップ２０は、センサ基板２１と、センサ基板２１上に設けられた感磁素子Ｒ１～Ｒ４、端子電極５１～５６、磁性体層６１～６３、補償コイル７０を備えている。センサチップ２０の作製方法としては、集合基板に多数のセンサチップ２０を同時に形成し、これらを分離することによって多数個取りする方法が一般的であるが、本発明がこれに限定されるものではなく、個々のセンサチップ２０を別個に作製しても構わない。
　外部磁性体３０，４０は、フェライトなど透磁率の高い軟磁性材料からなるブロックである。外部磁性体３０，４０は、接着剤などを用いてセンサチップ２０に接着されていても構わないし、センサチップ２０とともに図示しない他の基板に搭載され、センサチップ２０との相対的な位置関係が固定されているものであっても構わない。本発明において外部磁性体３０，４０を用いることは必須でないが、これらを用いることにより、特にｚ方向の磁界を高感度に検出することが可能となる。
　外部磁性体３０は平面視で、つまりｚ方向から見て、感磁素子Ｒ１，Ｒ３と感磁素子Ｒ２，Ｒ４との間に配置されており、ｚ方向を長手方向とする直方体形状を有している。外部磁性体３０はｚ方向の磁束を集め、これを磁性体層６１に沿ってｘ方向における両側にスプリットさせる役割を果たす。外部磁性体３０のｚ方向における高さについては特に限定されないが、ｚ方向における高さをより高くすることによって、ｚ方向の磁束の選択性を高めることができる。
　外部磁性体４０は、センサチップ２０の側面（ｙｚ面）及び裏面（ｘｙ面）を覆っている。外部磁性体４０は、ｚ方向における位置がセンサチップ２０の表面を超えるよう、センサチップ２０の側面を覆う第１及び第２の部分４１，４２がｚ方向に延長され、さらにこの延長された部分からセンサチップ２０側に折り曲げられたオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２を有している。
　感磁素子Ｒ１～Ｒ４は、磁束密度によって物理特性の変化する素子であれば特に限定されないが、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子であることが好ましい。本実施形態においては、感磁素子Ｒ１～Ｒ４の感度方向（固定磁化方向）は、図２の矢印Ｐが示す方向（ｘ方向におけるプラス側）に全て揃えられている。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は、センサ基板２１の表面を覆う絶縁層２２上に形成されている。絶縁層２２は、感磁素子Ｒ１～Ｒ４が形成される下地面を平滑化する役割を果たす。これにより、本実施形態においては感磁素子Ｒ１～Ｒ４を非常に平滑な表面に形成することができ、下地面の凹凸に起因する感磁素子Ｒ１～Ｒ４の特性ばらつきを低減することが可能となる。
　感磁素子Ｒ１～Ｒ４は絶縁層２３で覆われる。絶縁層２３の表面には、磁性体層６１～６３及び補償コイル７０が形成され、これらはさらに絶縁層２４で覆われる。磁性体層６１は、平面視でセンサチップ２０の略中央に位置し、そのｘ方向における両側に磁性体層６２，６３が配置される。磁性体層６１の中央部は外部磁性体３０によって覆われ、磁性体層６２，６３の端部は外部磁性体４０のオーバーハング部分ＯＨ２，ＯＨ１によってそれぞれ覆われる。特に限定されるものではないが、磁性体層６１～６３としては、樹脂材料に磁性フィラーが分散された複合磁性材料からなる膜であっても構わないし、ニッケル又はパーマロイなどの軟磁性材料からなる薄膜もしくは箔であっても構わないし、フェライトなどからなる薄膜又はバルクシートであっても構わない。
　磁性体層６１と磁性体層６２は磁気ギャップＧ２，Ｇ４を介して対向し、磁性体層６１と磁性体層６３は磁気ギャップＧ１，Ｇ３を介して対向している。そして、これら磁気ギャップＧ１～Ｇ４間を通過するよう、スパイラル状の補償コイル７０が配置される。特に、本実施形態においては、磁性体層６１～６３と補償コイル７０が同層に形成されている。さらに、平面視で磁気ギャップＧ１～Ｇ４と重なる位置には、それぞれ感磁素子Ｒ１～Ｒ４が配置される。これにより、感磁素子Ｒ１～Ｒ４にはそれぞれ磁気ギャップＧ１～Ｇ４を介して流れる磁束が印加されるとともに、補償コイル７０によって生じる磁束も印加される。
　図４は、端子電極５１～５６と感磁素子Ｒ１～Ｒ４及び補償コイル７０との接続関係を説明するための回路図である。
　図４に示すように、感磁素子Ｒ１は端子電極５３，５４間に接続され、感磁素子Ｒ２は端子電極５１，５３間に接続され、感磁素子Ｒ３は端子電極５１，５２間に接続され、感磁素子Ｒ４は端子電極５２，５４間に接続されている。端子電極５４には電源電位Ｖｃｃが与えられ、端子電極５１には接地電位ＧＮＤが与えられる。そして、感磁素子Ｒ１～Ｒ４は全て同一の磁化固定方向を有していることから、外部磁性体３０からみて一方側に位置する感磁素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗変化量と、外部磁性体３０からみて他方側に位置する感磁素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗変化量との間には差が生じる。これにより、感磁素子Ｒ１～Ｒ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１～Ｒ４の電気抵抗の変化が端子電極５２，５３に現れることになる。
　端子電極５２，５３から出力される差動信号は、本実施形態による磁気センサ１０が搭載される実装基板に設けられた差動アンプ８１に入力される。差動アンプ８１の出力信号は、端子電極５６にフィードバックされる。図４に示すように、端子電極５５と端子電極５６との間には補償コイル７０が接続されており、これにより、補償コイル７０は差動アンプ８１の出力信号に応じたキャンセル磁界を発生させる。かかる構成により、外部磁束の磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１～Ｒ４の電気抵抗の変化が端子電極５２，５３に現れると、これに応じた電流が補償コイル７０に流れ、逆方向の磁束を発生させる。これにより、外部磁束が打ち消される。そして、差動アンプ８１から出力される電流を検出回路８２によって電流電圧変換すれば、外部磁束の強さを検出することが可能となる。
　そして、図３に示すように、本実施形態においては、磁性体層６１～６３によって形成される磁気ギャップＧ１～Ｇ４間に補償コイル７０が配置されていることから、磁性体層６１～６３を流れる磁束と、補償コイル７０によって発生する磁束の両方を効率よく感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加することが可能となる。しかも、本実施形態においては、感磁素子Ｒ１～Ｒ４が磁性体層６１～６３及び補償コイル７０の下方に位置しており、感磁素子Ｒ１～Ｒ４とセンサ基板２１との間には絶縁層２２が介在しているのみであることから、感磁素子Ｒ１～Ｒ４が形成される下地面を非常に平坦な状態とすることが可能となる。
　さらに、本実施形態においては、感磁素子Ｒ１～Ｒ４のｘ方向における幅Ｗ１が磁気ギャップＧ１～Ｇ４のｘ方向における幅Ｗ２よりも広い。これにより、平面視で、磁気ギャップＧ１～Ｇ４のｘ方向における全幅が感磁素子Ｒ１～Ｒ４と重なるとともに、磁性体層６１～６３のｘ方向における端部が感磁素子Ｒ１～Ｒ４と重なる。これにより、磁気ギャップＧ１～Ｇ４によって形成される磁路を通過する磁束の大部分が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加されることから、高い検出感度を得ることができる。また、よりいっそう高い検出感度を得るためには、磁性体層６１～６３と感磁素子Ｒ１～Ｒ４の重なり幅Ｗ３を感磁素子Ｒ１～Ｒ４のｘ方向における幅Ｗ１の０．１倍以上、０．３倍以下とすることが好ましく、０．２倍程度とすることが最も好ましい。一例として、感磁素子Ｒ１～Ｒ４のｘ方向における幅Ｗ１が５μｍである場合、重なり幅Ｗ３は１μｍ程度であることが最も好ましい。
　尚、図３に示す例では、磁性体層６１～６３の膜厚と補償コイル７０の膜厚がほぼ同じであるが、本発明においてこの点は必須でない。したがって、図５に示すように、磁性体層６１～６３の膜厚Ｔ１が補償コイル７０の膜厚Ｔ２よりも厚くても構わないし（Ｔ１＞Ｔ２）、図６に示すように、磁性体層６１～６３の膜厚Ｔ１が補償コイル７０の膜厚Ｔ２よりも薄くても構わない（Ｔ１＜Ｔ２）。つまり、磁性体層６１～６３によって形成される磁気ギャップＧ１～Ｇ４間に補償コイル７０が配置されていれば足りる。
　以下、本発明の他の実施形態について説明する。
＜第２の実施形態＞
　図７は、本発明の第２の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図であり、図２に示すＡ－Ａ線に沿った断面に対応している。
　図７に示すように、本実施形態においては、磁性体層６１～６３によって形成される磁気ギャップＧ１～Ｇ４間に、補償コイル７０を構成する複数の導体パターン７１～７３が配置されている。つまり、本実施形態においては、補償コイル７０のターン数が１ターンではなく、３ターン構成であり、より少ない電流でより多くのキャンセル磁束を発生可能に構成されている。本実施形態においても、磁性体層６１～６３と補償コイル７０が同層に形成されている。
　さらに、本実施形態においては、磁性体層６１～６３のｘ方向におけるエッジが磁気ギャップＧ１～Ｇ４に近づくほど膜厚が薄くなるよう、感磁素子Ｒ１～Ｒ４に向かって斜め方向にカットされた形状を有している。つまり、磁性体層６１～６３のｘ方向における先端が絶縁層２３の表面で尖っており、その先端が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に向いている。これにより、磁気ギャップＧ１～Ｇ４を介して流れる磁束が感磁素子Ｒ１～Ｒ４により印加されやすくなることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。また、磁性体層６１～６３の上記形状に合わせ、補償コイル７０を構成する導体パターン７１，７３のエッジも斜め方向にカットされた形状となっている。
　その他の構成は、第１の実施形態による磁気センサと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態が例示するように、本発明において磁気ギャップ間に配置する補償コイルの導体パターン数については限定されず、複数本の導体パターンが磁気ギャップ間に配置されていても構わない。
　本実施形態による磁気センサは、次の工程によって作製することができる。
　まず、図８に示すように、センサ基板２１の表面に絶縁層２２、感磁素子Ｒ１～Ｒ４及び絶縁層２３をこの順に形成した後、全面に磁性体層６０を形成し、さらに、磁性体層６０の表面にレジスト膜９１を形成する。レジスト膜９１は、フォトリソグラフィー法を用い、最終的に磁性体層６１～６３となる部分を覆う位置に形成する。感磁素子Ｒ１～Ｒ４の上部にはレジスト膜９１が形成されず、磁性体層６０が露出した状態とされる。
　次に、図９に示すように、レジスト膜９１をマスクとして磁性体層６０をミリング又はエッチングする。これにより、レジスト膜９１で覆われていない部分の磁性体層６０が除去され、１つの磁性体層６０が３つの磁性体層６１～６３に分離される。この時、ミリング条件又はエッチング条件の設定により、エッジ部を斜めにカットすることが可能である。
　次に、レジスト膜９１を全て除去した後、図１０に示すように、全面に薄い絶縁層２７を形成し、さらに、感磁素子Ｒ１～Ｒ４を通過するよう、平面視でスパイラル状のレジスト膜９２を形成する。この状態で電解めっきを行うことにより、図１１に示すように、補償コイル７０を構成する複数の導体パターン７１～７３を形成する。隣接する導体パターン７１～７３間はレジスト膜９２によって分離され、これにより、スパイラル状の導体パターン７１～７３が形成される。
　次に、図１２に示すように、レジスト膜９２を全て除去した後、全面に絶縁層２８を形成する。この状態で、磁性体層６１～６３が露出するまで研磨を行うことにより、磁性体層６１～６３の表面に形成されている不要な導体パターンを除去する。そして、全面に絶縁層２７を形成すれば、図７に示した第２の実施形態による磁気センサが完成する。
　このような工程により、磁性体層６１～６３のエッジを感磁素子Ｒ１～Ｒ４に向かって斜めにカットした形状とすることが可能となる。
＜第３の実施形態＞
　図１３は、本発明の第３の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図であり、図２に示すＡ－Ａ線に沿った断面に対応している。
　図１３に示すように、本実施形態においては、磁性体層６１～６３の下部に磁性体層６１ａ～６３ａ（磁性体層６３ａは図示せず）が配置されており、これら磁性体層６１ａ～６３ａによって、磁気ギャップＧ１～Ｇ４と重なる別の磁気ギャップＧ１ａ～Ｇ４ａ（磁気ギャップＧ１ａ，Ｇ３ａ，Ｇ４ａは図示せず）が形成されている。センサ基板２１と磁性体層６１ａ～６３ａの間には、絶縁層２５，２６が介在している。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は、上方に磁気ギャップＧ１～Ｇ４が位置し、下方に磁気ギャップＧ１ａ～Ｇ４ａが位置するよう、磁性体層６１～６３と磁性体層６１ａ～６３ａによって積層方向に挟まれた構成を有している。磁性体層６１ａ～６３ａについても、ｘ方向におけるエッジが磁気ギャップＧ１～Ｇ４に近づくほど膜厚が薄くなる形状を有している。
　その他の構成は、第２の実施形態による磁気センサと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態によれば、感磁素子Ｒ１～Ｒ４が磁気ギャップＧ１～Ｇ４によって形成される磁路上のみならず、磁気ギャップＧ１ａ～Ｇ４ａによって形成される磁路上にも位置していることから、磁性体層６１～６３を流れる磁束のみならず、磁性体層６１ａ～６３ａを流れる磁束も感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加される。これにより、外部磁性体３０によって集磁された磁束のより多くが感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加されることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。
　図示しないが、磁性体層６１ａ～６３ａを斜めにカットした形状とする方法としては、絶縁層２６を斜めにエッチングした後、全面に磁性体層を形成し、さらに、絶縁層２６が露出するまで研磨する方法が挙げられる。
＜第４の実施形態＞
　図１４は、本発明の第４の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図であり、図２に示すＡ－Ａ線に沿った断面に対応している。
　図１４に示すように、本実施形態においては、補償コイル７０を構成する複数の導体パターン７１～７３が磁気ギャップＧ１ａ～Ｇ４ａ間に配置されている点において、第３の実施形態による磁気センサと相違している。その他の構成は、第３の実施形態による磁気センサと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態が例示するように、本発明において感磁素子と補償コイルの上下位置については限定されず、磁気ギャップ間に補償コイルが配置されていれば足りる。
＜第５の実施形態＞
　図１５は、本発明の第５の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図であり、図２に示すＡ－Ａ線に沿った断面に対応している。
　図１５に示すように、本実施形態においては、磁性体層６１～６３がそれぞれ磁性体層６１１～６３１（磁性体層６３１は図示せず）と磁性体層６１２～６３２（磁性体層６３２は図示せず）の積層膜からなり、磁性体層６１ａ～６３ａがそれぞれ磁性体層６１ａ１～６３ａ１（磁性体層６３ａ１は図示せず）と磁性体層６１ａ２～６３ａ２（磁性体層６３ａ２は図示せず）の積層膜からなる点において、第３の実施形態と相違している。その他の構成は、第３の実施形態による磁気センサと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　磁性体層６１１～６３１，６１ａ１～６３ａ１は積層位置が感磁素子Ｒ１～Ｒ４から遠い第１層を構成し、磁性体層６１２～６３２，６１ａ２～６３ａ２は積層位置が感磁素子Ｒ１～Ｒ４から近い第２層を構成する。そして、磁気ギャップＧ１～Ｇ４，Ｇ１ａ～Ｇ４ａの近傍においては、磁性体層６１２～６３２，６１ａ２～６３ａ２が磁性体層６１１～６３１，６１ａ１～６３ａ１に覆われることなく露出している。これによれば、第３の実施形態と同様、磁気ギャップＧ１～Ｇ４，Ｇ１ａ～Ｇ４ａを介して流れる磁束がより感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加されやすくなることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。
　特に、第１層を構成する磁性体層６１１～６３１，６１ａ１～６３ａ１の膜厚を厚くし、第２層を構成する磁性体層６１２～６３２，６１ａ２～６３ａ２の膜厚を薄く設定すれば、全体の磁気抵抗を低く抑えつつ、感磁素子Ｒ１～Ｒ４に磁束をより集中させることが可能となる。この場合、第１層を構成する磁性体層６１１～６３１，６１ａ１～６３ａ１の材料と、第２層を構成する磁性体層６１２～６３２，６１ａ２～６３ａ２の材料については、互いに異なる磁性材料を用いても構わない。一例として、第１層を構成する磁性体層６１１～６３１，６１ａ１～６３ａ１の材料として磁歪の少ないＮｉＦｅ系材料を用い、第２層を構成する磁性体層６１２～６３２，６１ａ２～６３ａ２の材料として残留磁束密度の大きいＣｏＦｅ系材料を用いることができる。
＜第６の実施形態＞
　図１６は、本発明の第６の実施形態による磁気センサの構造を説明するための図であり、図２に示すＡ－Ａ線に沿った断面に対応している。
　図１６に示すように、本実施形態においては、補償コイル７０が磁気ギャップＧ１ａ～Ｇ４ａ間に配置されている点において、第５の実施形態による磁気センサと相違している。その他の構成は、第５の実施形態による磁気センサと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態が例示するように、磁性体層を積層構造とする場合においても、感磁素子と補償コイルの上下位置については特に限定されない。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
１０　　磁気センサ
２０　　センサチップ
２１　　センサ基板
２２～２８　　絶縁層
３０，４０　　外部磁性体
４１　　外部磁性体の第１の部分
４２　　外部磁性体の第２の部分
５１～５６　　端子電極
６０～６３，６１ａ～６３ａ　　磁性体層
７０　　補償コイル
７１～７３　　導体パターン
８１　　差動アンプ
８２　　検出回路
９１，９２　　レジスト膜
Ｇ１～Ｇ４，Ｇ１ａ～Ｇ４ａ　　磁気ギャップ
ＯＨ１，ＯＨ２　　オーバーハング部分
Ｒ１～Ｒ４　　感磁素子

Claims (10)

  1. 　第１の磁気ギャップを介して互いに対向する第１及び第２の磁性体層と、
    　前記第１の磁気ギャップによって形成される磁路上に配置された感磁素子と、
    　少なくとも一部が前記第１の磁気ギャップ間に配置され、前記感磁素子に印加される磁束を打ち消す補償コイルと、備えることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　前記第１の磁性体層、前記第２の磁性体層、前記感磁素子及び前記補償コイルは、いずれもセンサ基板上に形成されており、
    　前記感磁素子は、前記第１の磁性体層、前記第２の磁性体層及び前記補償コイルよりも下層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記第１及び第２の磁性体層と前記補償コイルは、センサ基板上の同層に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記感磁素子は、平面視で、前記第１の磁性体層、前記第２の磁性体層及び前記補償コイルと重なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  5. 　前記補償コイルは、前記第１の磁気ギャップ間に配置された複数の導体パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  6. 　それぞれ前記第１及び第２の磁性体層と重なり、第２の磁気ギャップを介して互いに対向する第３及び第４の磁性体層をさらに備え、
    　前記感磁素子の積層位置は、前記第１及び第２の磁性体層と前記第３及び第４の磁性体層の間にあり、
    　前記感磁素子は、前記第１及び第２の磁気ギャップによって形成される磁路上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  7. 　前記第１及び第２の磁性体層は、前記第１の磁気ギャップに近づくほど膜厚が薄くなる形状を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  8. 　前記第１及び第２の磁性体層は、いずれも、積層位置が前記感磁素子から遠い第１層と、積層位置が前記感磁素子に近い第２層が積層された構造を有し、
    　前記第１の磁気ギャップの近傍においては、前記第１層に覆われることなく前記第２層が露出していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  9. 　前記第１層は、前記第２層よりも厚いことを特徴とする請求項８に記載の磁気センサ。
  10. 　前記第１層と前記第２層は、互いに異なる磁性材料からなることを特徴とする請求項８又は９に記載の磁気センサ。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11402441B2 (en) 2020-08-25 2022-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
US11432751B2 (en) 2020-12-03 2022-09-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
WO2022190854A1 (ja) * 2021-03-12 2022-09-15 Tdk株式会社 磁気センサ及びその製造方法
US11493571B2 (en) 2020-10-16 2022-11-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
WO2023204135A1 (ja) * 2022-04-19 2023-10-26 Tdk株式会社 磁気検出システム
US11992320B2 (en) 2021-09-07 2024-05-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Sensor and inspection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010143666A1 (ja) * 2009-06-12 2010-12-16 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JP5572208B2 (ja) * 2010-03-12 2014-08-13 アルプス電気株式会社 磁気センサ及びそれを用いた磁気平衡式電流センサ
WO2017169156A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 アルプス電気株式会社 平衡式磁界検知装置
WO2017204151A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 Tdk株式会社 磁気センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010143666A1 (ja) * 2009-06-12 2010-12-16 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JP5572208B2 (ja) * 2010-03-12 2014-08-13 アルプス電気株式会社 磁気センサ及びそれを用いた磁気平衡式電流センサ
WO2017169156A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 アルプス電気株式会社 平衡式磁界検知装置
WO2017204151A1 (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 Tdk株式会社 磁気センサ

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11402441B2 (en) 2020-08-25 2022-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
US11493571B2 (en) 2020-10-16 2022-11-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
US11432751B2 (en) 2020-12-03 2022-09-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and inspection device
WO2022190854A1 (ja) * 2021-03-12 2022-09-15 Tdk株式会社 磁気センサ及びその製造方法
US11992320B2 (en) 2021-09-07 2024-05-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Sensor and inspection device
WO2023204135A1 (ja) * 2022-04-19 2023-10-26 Tdk株式会社 磁気検出システム

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