WO2021100252A1 - 磁気センサ - Google Patents

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WO2021100252A1
WO2021100252A1 PCT/JP2020/029194 JP2020029194W WO2021100252A1 WO 2021100252 A1 WO2021100252 A1 WO 2021100252A1 JP 2020029194 W JP2020029194 W JP 2020029194W WO 2021100252 A1 WO2021100252 A1 WO 2021100252A1
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WO
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magnetic
external magnetic
substrate
compensation coil
magnetic material
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PCT/JP2020/029194
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泰樹 悪七
誠 亀野
笠島　多聞
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Tdk株式会社
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Publication date
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Priority to JP2021558170A priority patent/JPWO2021100252A1/ja
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0011—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means, e.g. flux concentrators, flux guides, for guiding or concentrating the magnetic flux, e.g. to the magnetic sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/025—Compensating stray fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/091—Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor including an external magnetic material that collects magnetic flux in a magnetic sensing element and a compensation coil.
  • the magnetic sensor described in Patent Documents 1 and 2 includes a magnetic sensing element and a compensation coil integrated in the sensor chip, and an external magnetic material arranged on the sensor chip. Then, the magnetic field collected by the external magnetic material is applied to the magnetic sensing element, and the magnetic field applied to the magnetic sensing element is canceled by the compensation coil, so that so-called closed loop control is performed. As a result, the magnetic field applied to the magnetic sensing element is always maintained at zero, so that an offset due to a temperature change or the like does not occur, and accurate magnetic field measurement becomes possible.
  • the method of mounting a large compensation coil on the board has a problem that the size of the entire magnetic sensor becomes large.
  • an object of the present invention is to provide a small magnetic sensor capable of correctly canceling a magnetic field applied to a magnetic sensing element by a compensation coil and preventing magnetic saturation of an external magnetic material. And.
  • the magnetic sensor according to the present invention includes a substrate and a sensor chip mounted on the surface of the substrate so that the element forming surface on which at least one magnetic sensitive element is formed has a direction perpendicular to or a predetermined inclination with respect to the surface of the substrate. It is characterized by including at least one external magnetic material mounted on the surface of the substrate and concentrating the magnetic field to be detected on the magnetometer, and a compensation coil wound around the external magnetic material.
  • the compensation coil since the compensation coil is wound around an external magnetic material, the coil diameter can be reduced. Therefore, it is possible to efficiently apply the canceling magnetic field to the external magnetic material while preventing the size of the entire magnetic sensor from increasing. As a result, the magnetic field applied to the magnetic sensing element can be correctly canceled, and magnetic saturation of the external magnetic material can be prevented. Moreover, since the external magnetic material is mounted on the surface of the substrate, the external magnetic material can be stably supported on the substrate even when the length of the external magnetic material is long. Further, since the compensation coil does not have to be arranged as a separate component, the change in the canceling magnetic field due to the displacement of the compensation coil or the like is reduced, and the sensor can be provided with a stable yield.
  • the compensating coil may be wound around an external magnetic material at a position where it does not overlap with the substrate. According to this, the support of the external magnetic material does not become unstable due to the contact between the compensation coil and the substrate.
  • the external magnetic material has a protruding portion protruding from the surface of the substrate, and the compensation coil may be wound around the protruding portion.
  • the substrate may have a slit or opening that overlaps the external magnetic material, and the compensation coil may be provided at a position that overlaps the slit or opening. According to these, it is possible to prevent the compensation coil from coming into contact with the substrate.
  • the external magnetic material has a separating portion away from the surface of the substrate, and the compensating coil may be wound around the separating portion of the external magnetic material. According to this, it is possible to prevent contact with the substrate while arranging the compensation coil at a position overlapping the substrate.
  • the compensating coil may be wound around both the external magnetic material and the substrate. According to this, it is possible to prevent the external magnetic material from being damaged by an external force while preventing the compensation coil and the substrate from interfering with each other.
  • At least one magnetic sensing element comprises a plurality of bridge-connected magnetic sensing elements including the first and second magnetic sensing elements, and the at least one external magnetic material is perpendicular to the element forming surface. It may include a first external magnetic material arranged between the first magnetic sensing element and the second magnetic sensing element when viewed from the above direction. According to this, it is possible to apply a magnetic field in the opposite direction to the first and second magnetic sensing elements.
  • the compensating coil may be wound around the first external magnetic material. According to this, the canceling magnetic field can be efficiently applied to the first external magnetic material.
  • At least one external magnetic material may further include a second external magnetic material that covers the back surface of the sensor chip located on the opposite side of the element forming surface. According to this, the strength of the magnetic field applied to the magnetic sensing element is further increased.
  • the compensating coil may be wound around a second external magnetic material. According to this, the canceling magnetic field can be efficiently applied to the second external magnetic material.
  • the compensating coil may be wound around an external magnetic material via a bobbin. This eliminates the need to wind the compensating coil directly around the external magnetic material.
  • the substrate and the external magnetic material may be inserted in the inner diameter region of the bobbin. According to this, after mounting the sensor chip and the external magnetic material on the substrate, it can be manufactured by inserting the bobbin around which the compensation coil is wound into the substrate, so that the workability of the assembly work is improved.
  • the magnetic sensor according to the present invention can correctly cancel the magnetic field applied to the magnetic sensing element by the compensation coil and can prevent the magnetic saturation of the external magnetic material. Moreover, since the compensation coil is wound around an external magnetic material, it is possible to prevent the size of the entire magnetic sensor from increasing. Further, since the compensation coil is wound without contacting the substrate, the support of the external magnetic material is not unstable due to the contact between the compensation coil and the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a substantially exploded perspective view of the magnetic sensor 1.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the sensor chip 20.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining an example in which the magnetic material layer and the magnetic sensitive element overlap.
  • FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the connection relationship between the magnetic sensing elements R1 to R4 and the compensation coil 41.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1A according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1B according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 2A according to the modified example of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 4A according to the modified example of the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 5 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 6 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 6A according to the modified example of the sixth embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 7 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8 according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8A according to the first modification of the eighth embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8B according to the second modification of the eighth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 9 according to the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a substantially disassembled perspective view of the magnetic sensor 1.
  • the magnetic sensor 1 includes a substrate 10, a sensor chip 20 mounted on a surface 11 forming the xz surface of the substrate 10, and external magnetic bodies 31 to 33.
  • the compensating coil 41 wound around the external magnetic body 31 is provided.
  • the sensor chip 20 has an element forming surface 21 and a back surface 22 forming the xy surface, side surfaces 23 and 24 forming the yz surface, and side surfaces 25 and 26 forming the xz surface, and the side surface 26 is a substrate. It is mounted on the substrate 10 so as to face the surface 11 of the 10. Magnetic elements and magnetic material layers M1 to M3, which will be described later, are formed on the element forming surface 21 of the sensor chip 20.
  • the surface 11 of the substrate 10 and the element forming surface 21 of the sensor chip 20 are perpendicular to each other.
  • the external magnetic materials 31 to 33 play a role of collecting magnetic flux in the sensor chip 20, and all of them are made of a high magnetic permeability material such as ferrite.
  • the external magnetic body 31 is a rod-shaped body whose longitudinal direction is the z direction, and is positioned at a substantially central portion of the element forming surface 21 in the x direction so as to cover a part of the magnetic body layer M1.
  • the external magnetic material 32 covers a part of the magnetic material layer M2 and also covers the side surface 24 and the back surface 22 of the sensor chip 20, and has a rod-like shape with the z direction as the longitudinal direction.
  • the external magnetic material 33 covers a part of the magnetic material layer M3 and also covers the side surface 23 and the back surface 22 of the sensor chip 20, and has a rod-like shape with the z direction as the longitudinal direction.
  • the compensation coil 41 is composed of a wire (covered conducting wire) wound around an external magnetic body 31 so that the z direction is the axial direction. As shown in FIGS. 1 and 2, the external magnetic body 31 has a protruding portion 31z protruding from the substrate 10 in the z direction, and the compensation coil 41 is wound around the protruding portion 31z. In this embodiment, the compensation coil 41 is wound directly around the external magnetic body 31. Further, in order to prevent the winding from collapsing, the compensation coil 41 wound around the external magnetic body 31 may be hardened with an adhesive or the like.
  • the number of turns of the wire constituting the compensation coil 41 is not particularly limited, and may be the number of turns required to generate the target cancel magnetic field.
  • the compensation coil 41 is wound around the external magnetic body 31, the number of turns can be significantly increased as compared with the method in which the compensation coil is integrated on the sensor chip 20, and more. It is possible to pass a large current. Further, unlike the method in which the compensation coil is separately arranged on the substrate, the size of the entire magnetic sensor does not increase.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the sensor chip 20
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the magnetosensitizing elements R1 to R4 are not particularly limited as long as they are elements whose electrical resistance changes depending on the direction of magnetic flux, and for example, MR elements or the like can be used.
  • the fixed magnetization directions of the magnetic sensing elements R1 to R4 are aligned with each other (for example, the plus side in the x direction).
  • the magnetic sensitive elements R1 to R4 are covered with an insulating layer 27, and magnetic material layers M1 to M3 made of permalloy or the like are formed on the surface of the insulating layer 27.
  • the magnetic material layers M1 to M3 are covered with an insulating layer 28.
  • the portions of the magnetic layers M1 to M3 located on one side (upper side in FIG. 3) in the y direction are defined as magnetic layers M11, M21, and M31, and the other side in the y direction (lower side in FIG. 3).
  • the magnetic sensitive element R1 is located between the magnetic material layer M11 and the magnetic material layer M21 in a plan view (when viewed from the z direction).
  • the magnetic sensor R2 is located between the magnetic layer M12 and the magnetic layer M22
  • the magnetic sensor R3 is located between the magnetic layer M11 and the magnetic layer M31
  • the magnetic sensor R4 is located between the magnetic layer M12 and the magnetic layer M12. It is located between the magnetic layers M32.
  • a magnetic field passing through the magnetic gaps G1 to G4 is applied to the magnetic sensing elements R1 to R4.
  • the magnetic sensing elements R1 to R4 are located between the two magnetic material layers in a plan view, and the vicinity of the magnetic gaps G1 to G4 composed of the two magnetic material layers, that is, the magnetic gap. It suffices if the magnetic sensing elements R1 to R4 are arranged on the magnetic path formed by G1 to G4. Further, the width of the magnetic gaps G1 to G4 does not have to be wider than the width of the magnetic gaps R1 to R4, and the width of the magnetic gaps G1 to G4 may be narrower than the widths of the magnetic gaps R1 to R4. In the example shown in FIG.
  • the width Gx of the magnetic gap G1 in the x direction is narrower than the width Rx of the magnetic sensor R1 in the x direction, whereby the magnetic material layers M1 and M2 and the magnetic sensor R1 are viewed from the z direction.
  • the relationship between the magnetic gaps G1 to G4 and the magnetic sensing elements R1 to R4 may be the relationship shown in FIG.
  • the regions indicated by reference numerals 31a to 33a indicate regions covered by the external magnetic materials 31 to 33, respectively.
  • the external magnetic material 31 covers the magnetic material layer M1
  • the external magnetic material 32 covers the magnetic material layer M2
  • the external magnetic material 33 covers the magnetic material layer M3.
  • FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the connection relationship between the magnetic sensing elements R1 to R4 and the compensation coil 41.
  • the magnetic sensor R1 is connected between the terminal electrodes T11 and T13
  • the magnetic sensor R2 is connected between the terminal electrodes T12 and T14
  • the magnetic sensor R3 is connected between the terminal electrodes T11 and T12.
  • the magnetic sensing element R4 is connected between the terminal electrodes T13 and T14.
  • the terminal electrodes T11 to T14 are terminal electrodes constituting the terminal electrode group T10 shown in FIG.
  • the terminal electrode group T10 is provided on the sensor chip 20 and is connected to the terminal electrode group T30 shown in FIGS. 1 and 2 via a wiring (not shown) formed on the substrate 10.
  • a power supply potential Vcc is given to the terminal electrode T11
  • a ground potential GND is given to the terminal electrode T14.
  • the magnetic sensing elements R1 to R4 Since all the magnetic sensing elements R1 to R4 have the same magnetization fixing direction, the resistance change amount of the magnetic sensing elements R1 and R2 located on one side of the external magnetic body 31 and the external magnetic body 31 There is a difference between the resistance changes of the magnetic sensing elements R3 and R4 located on the other side of the magnetism. As a result, the magnetic sensing elements R1 to R4 form a differential bridge circuit, and changes in the electrical resistance of the magnetic sensing elements R1 to R4 according to the magnetic flux density appear as differential signals Va on the terminal electrodes T12 and T13. ..
  • the differential signal Va output from the terminal electrodes T12 and T13 is input to the differential amplifier 51 provided on the substrate 10 or the sensor chip 20.
  • the output signal of the differential amplifier 51 is fed back to the terminal electrode T21.
  • a compensation coil 41 is connected between the terminal electrode T21 and the terminal electrode T22, whereby the compensation coil 41 generates a canceling magnetic field corresponding to the output signal of the differential amplifier 51. ..
  • the terminal electrodes T21 and T22 are terminal electrodes constituting the terminal electrode group T20 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the compensation coil 41 is wound around the external magnetic body 31, a sufficient number of turns can be secured and a larger current can be passed. As a result, a strong canceling magnetic field can be generated, so that even when the magnetic field to be measured is relatively strong, not only can the magnetic fields applied to the magnetic sensing elements R1 to R4 be correctly canceled, but also the magnetic fields applied to the magnetic sensing elements R1 to R4 can be correctly canceled. It is possible to prevent magnetic saturation of the external magnetic material 31.
  • the external magnetic body 31 since the external magnetic body 31 has the protruding portion 31z and the compensating coil 41 is wound around the protruding portion 31z, contact or interference between the compensating coil 41 and the substrate 10 occurs. Does not occur. As a result, the external magnetic body 31 can be brought into close contact with the surface 11 of the substrate 10, so that the external magnetic body 31 can be stably fixed to the surface 11 of the substrate 10.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1A according to the first modification of the present embodiment.
  • the magnetic sensor 1A according to the first modification is different from the above-mentioned magnetic sensor 1 in that the compensation coil 41 is formed of a circular air-core coil.
  • the compensation coil 41 is formed of a circular air-core coil.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 1B according to the second modification of the present embodiment.
  • the magnetic sensor 1B according to the second modification is different from the magnetic sensor 1 described above in that the compensation coil 41 is wound around the external magnetic body 31 via a bobbin 41B made of resin or the like. It's different. If the compensation coil 41 is wound around the bobbin 41B in this way, the work of directly winding the compensation coil 41 around the external magnetic body 31 becomes unnecessary, and the compensation coil 41 wound around the bobbin 41B is wound around the external magnetic body 31. It is enough to install it.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 2 according to the second embodiment is different from the magnetic sensor 1 according to the first embodiment in that the substrate 10 is provided with the slit 12.
  • the "slit” means a notch that is not closed, that is, the inner wall surface is continuously connected to the side surface of the substrate 10.
  • the slit 12 overlaps with the external magnetic body 31 when viewed from the y direction, and the compensation coil 41 is wound around the portion of the external magnetic body 31 that overlaps with the slit 12. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the slit 12 is provided in the substrate 10, and the compensation coil 41 is wound around the portion overlapping the slit 12, so that the first embodiment is performed. Similar to the embodiment, the compensation coil 41 and the substrate 10 do not come into contact with each other. Moreover, since the external magnetic body 31 does not protrude from the substrate 10, the external magnetic body 31 is less likely to be damaged by an external force.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 2A according to a modified example of the present embodiment.
  • the magnetic sensor 2A according to the modified example uses an external magnetic body 34 in which the external magnetic body 32 and the external magnetic body 33 are not separate parts but are integrated with each other.
  • an integrated external magnetic material 34 may be used.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 3 according to the third embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 3 according to the third embodiment is different from the magnetic sensor 2 according to the second embodiment in that the substrate 10 is provided with the opening 13.
  • opening is meant an independent notch that is closed, that is, the inner wall surface is not continuously connected to the side surface of the substrate 10.
  • the opening 13 overlaps with the external magnetic body 31 when viewed from the y direction, and the compensation coil 41 is wound around the portion of the external magnetic body 31 that overlaps with the opening 13. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 2 according to the second embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the substrate 10 is provided with the opening 13, and the compensation coil 41 is wound around the portion overlapping the opening 13. Similar to the above embodiment, the compensation coil 41 and the substrate 10 do not come into contact with each other. Moreover, since the external magnetic body 31 does not protrude from the substrate 10, the external magnetic body 31 is less likely to be damaged by an external force. Further, by changing the position of the opening 13 in the z direction, the compensation coil 41 can be wound at an arbitrary position in the z direction.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the width of the end portion of the external magnetic bodies 32 and 33 in the z direction in the x direction is narrow, and another compensation coil 42 is wound around this portion. It differs from the magnetic sensor 2 according to the second embodiment in that it is rotated. Further, the substrate 10 is provided with an opening 14 as well as a slit 12. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 2 according to the second embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the opening 14 overlaps with the external magnetic bodies 32 and 33 when viewed from the y direction, and the compensation coil 42 is wound around the portion of the external magnetic bodies 32 and 33 that overlaps with the opening 14.
  • the coil axis of the compensation coil 42 is in the z direction, and is wound in the same direction as the compensation coil 41 wound around the external magnetic body 31.
  • the compensation coil 41 and the compensation coil 42 are preferably connected in series. If the compensation coil 41 and the compensation coil 42 are connected in series, the same compensation current flows through the compensation coils 41 and 42. Therefore, the compensation coil 41 cancels the magnetic flux passing through the external magnetic body 31, and the compensation coil 42 cancels the magnetic flux. The magnetic flux passing through the external magnetic bodies 32 and 33 is canceled. Therefore, not only the external magnetic material 31 but also the magnetic saturation of the external magnetic materials 32 and 33 is prevented.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 4A according to a modified example of the present embodiment.
  • the magnetic sensor 4A according to the modified example is provided with an opening 13 instead of the slit 12, and the compensation coil 41 is wound around the external magnetic body 31 at a position overlapping the opening 13.
  • the lengths of the openings 13 and 14 in the z direction are also expanded, which increases the number of turns of the compensation coils 41 and 42. In this way, when it is necessary to increase the number of turns of the compensation coils 41 and 42, the lengths of the openings 13 and 14 in the z direction may be increased.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 5 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 5 according to the fifth embodiment is provided with an opening 13 instead of the slit 12, and another slits 15 and 16 are provided on the substrate 10. Then, the compensation coil 43 is wound around the position of the external magnetic body 32 that overlaps with the slit 15, and the compensation coil 44 is wound around the position of the external magnetic body 33 that overlaps with the slit 16. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 4 according to the fourth embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the compensation coil when the compensation coil is wound around the external magnetic bodies 32 and 33, it is not necessary to wind the compensation coil 42 together with the external magnetic bodies 32 and 33, and the external magnetic bodies 32 and 33 do not need to be wound together.
  • the compensation coils 43 and 44 may be wound around the coil, respectively. According to this, the number of turns of the compensation coil can be finely adjusted.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 6 according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 6 according to the sixth embodiment is different from the magnetic sensor 4 according to the fourth embodiment in that the compensation coil 41 is omitted. Along with this, the slit 12 of the substrate 10 is also omitted. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 4 according to the fourth embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the compensation coil 41 As illustrated in this embodiment, it is not essential to wind the compensation coil 41 around the external magnetic body 31, and instead of omitting the compensation coil 41, the compensation coil 42 is wound around the external magnetic bodies 32 and 33. It doesn't matter.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 6A according to a modified example of the present embodiment.
  • the magnetic sensor 6A according to the modified example has a constricted shape in which the width of the external magnetic bodies 32 and 33 in the x direction becomes narrower in the middle of the longitudinal direction, and the compensating coil 42 is formed in the constricted portion. Is wound around. According to this, the compensation coil 42 is less likely to fall off.
  • FIG. 17 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 7 according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 7 according to the seventh embodiment is based on the first embodiment in that the tip of the external magnetic body 31 is thin and the external magnetic body 31 does not protrude from the substrate 10. It is different from the magnetic sensor 1. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the tip of the external magnetic body 31 is tapered in the x-direction and the y-direction. This narrowed portion constitutes a separation portion 31s away from the surface 11 of the substrate 10. Then, in the present embodiment, the compensation coil 41 is wound around the separation portion 31s to prevent the compensation coil 41 from coming into contact with the substrate 10.
  • the compensation coil 41 may be wound at a position where it overlaps with the substrate 10.
  • the separation portion 31s is tapered in the x-direction and the y-direction, but the separation portion 31s for preventing contact between the compensation coil 41 and the substrate 10 may have any shape. ..
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8 according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the width of the end portion 10a of the substrate 10 overlapping the tip of the external magnetic body 31 is as narrow as that of the external magnetic body 31, and the compensation coil 41 Is wound around both the end portion 10a of the substrate 10 and the external magnetic body 31, which is different from the magnetic sensor 1 according to the first embodiment.
  • the external magnetic body 31 does not have the protruding portion 31z, and the whole overlaps with the substrate 10. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the compensation coil 41 may be wound around both the external magnetic material 31 and the substrate 10. Even in this case, interference between the compensation coil 41 and the substrate 10 can be prevented, and since the entire external magnetic body 31 overlaps with the substrate 10, damage to the external magnetic body 31 due to an external force is less likely to occur.
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8A according to the first modification of the present embodiment.
  • the compensation coil 42 is wound around both the external magnetic bodies 32 and 33 and the substrate 10 instead of omitting the compensation coil 41.
  • the compensating coil 42 wound around the external magnetic bodies 32 and 33 may be wound together with the substrate 10.
  • FIG. 20 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 8B according to the second modification of the present embodiment.
  • the compensation coil 41 is wound around the bobbin 41B made of resin or the like, and the substrate 10 and the external magnetic body 31 are inserted into the inner diameter region of the bobbin 41B. There is. If the compensating coil 41 is wound around the bobbin 41B in this way, the work of directly winding the compensating coil 41 around the external magnetic body 31 becomes unnecessary. That is, since the sensor chip 20 and the external magnetic body 31 are mounted on the substrate 10 and then the bobbin 41B around which the compensation coil 41 is wound is inserted into the substrate 10, the workability of the assembly work is improved. Moreover, since the bobbin 41B is used, the compensation coil 41 can be wound accurately, and as a result, the accuracy of the applied magnetic field by the compensation coil 41 is improved.
  • FIG. 21 is a schematic perspective view showing the appearance of the magnetic sensor 9 according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 9 according to the ninth embodiment is different from the magnetic sensor 1 according to the first embodiment in that the external magnetic body 31 does not protrude from the substrate 10. Along with this, the external magnetic body 31 does not have the protruding portion 31z, and the whole overlaps with the substrate 10. Since the other basic configurations are the same as those of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the four magnetic sensing elements R1 to R4 are bridge-connected, but it is not essential to use the four magnetic sensing elements in the present invention.

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Abstract

【課題】クローズドループ制御が可能な小型の磁気センサを提供する。 【解決手段】磁気センサ１は、素子形成面が基板１０の表面１１に対して垂直又は所定の傾きを持つよう、基板１０の表面１１に搭載されたセンサチップ２０と、基板１０の表面１１に搭載され、検出対象磁界を感磁素子に集磁する外部磁性体３１と、外部磁性体３１に巻回された補償コイル４１とを備える。このように、補償コイル４１が外部磁性体３１に巻回されていることから、感磁素子に印加される磁界をキャンセルすることができるとともに、外部磁性体３１の磁気飽和を防止することができる。

Description

磁気センサ
　本発明は磁気センサに関し、特に、感磁素子に磁束を集める外部磁性体と補償コイルを備えた磁気センサに関する。
　感磁素子に磁束を集める外部磁性体と補償コイルを備えた磁気センサとしては、特許文献１及び２に記載された磁気センサが知られている。特許文献１及び２に記載された磁気センサは、センサチップに集積された感磁素子及び補償コイルと、センサチップ上に配置された外部磁性体とを備えている。そして、外部磁性体によって集磁された磁界が感磁素子に印加されるとともに、感磁素子に印加される磁界を補償コイルによってキャンセルすることによって、いわゆるクローズドループ制御が行われる。これにより、感磁素子に印加される磁界が常にゼロの状態が保たれることから、温度変化などに起因するオフセットが生じず、正確な磁界測定が可能となる。
　しかしながら、特許文献１及び２に記載された磁気センサでは、補償コイルがセンサチップに集積された構造を有していることから、補償コイルのターン数を十分に確保することが困難であり、このため補償コイルに流れる電流から発生する磁界が比較的小さい。このため、測定対象となる磁界が比較的強い場合には、感磁素子に印加される磁界をキャンセルすることが困難であった。また、補償コイルと外部磁性体の距離が離れていることから、測定対象となる磁界が強いと外部磁性体が磁気飽和してしまうことも考えられる。外部磁性体が磁気飽和すると、集磁能力の低下によって、磁界の強度とセンサ出力との間のリニアリティがなくなり、正確な磁界測定ができなくなるという問題があった。
　このような問題を解決する方法としては、特許文献１の図１２に示すように、センサチップが搭載された基板上に、センサチップを取り囲むような大型の補償コイルを別途付加する方法が考えられる。この方法によれば、感磁素子及び外部磁性体に強いキャンセル磁界を印加することができるため、測定対象となる磁界が比較的強い場合であっても、感磁素子に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるとともに、外部磁性体の磁気飽和を防止することが可能となる。
国際公開第２０１７／０７７８７０号パンフレット 特開２０１８－１７９７３８号公報
　しかしながら、大型の補償コイルを基板上に搭載する方法では、磁気センサ全体のサイズが大型化するという問題があった。
　したがって、本発明は、感磁素子に印加される磁界を補償コイルによって正しくキャンセルすることができ、且つ、外部磁性体の磁気飽和を防止することが可能な小型の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、基板と、少なくとも一つの感磁素子が形成された素子形成面が基板の表面に対して垂直又は所定の傾きを持つよう、基板の表面に搭載されたセンサチップと、基板の表面に搭載され、検出対象磁界を感磁素子に集磁する少なくとも一つの外部磁性体と、外部磁性体に巻回された補償コイルとを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、補償コイルが外部磁性体に巻回されていることから、コイル径を小さくできる。このため、磁気センサ全体のサイズの大型化を防止しつつ、キャンセル磁界を外部磁性体に効率よく印加することが可能となる。これにより、感磁素子に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるとともに、外部磁性体の磁気飽和を防止することが可能となる。しかも、外部磁性体が基板の表面に搭載されていることから、外部磁性体の長さが長い場合であっても、基板上に外部磁性体を安定して支持することが可能となる。また、補償コイルを別部品として配置しなくても良いので、補償コイルの位置ずれ等によるキャンセル磁界の変化が低減され、安定した歩留まりでセンサを提供できる。
　本発明において、補償コイルは、基板と重ならない位置において外部磁性体に巻回されていても構わない。これによれば、補償コイルと基板の接触によって外部磁性体の支持が不安定となることもない。この場合、外部磁性体は基板の表面から突出した突出部を有しており、補償コイルは突出部に巻回されていても構わない。或いは、基板が外部磁性体と重なるスリット又は開口部を有しており、補償コイルはスリット又は開口部と重なる位置に設けられていても構わない。これらによれば、補償コイルと基板の接触を防止することが可能となる。
　本発明において、外部磁性体は基板の表面から離れた離間部を有しており、補償コイルは外部磁性体の離間部に巻回されていても構わない。これによれば、補償コイルを基板と重なる位置に配置しつつ、基板との接触を防止することが可能となる。
　本発明において、補償コイルは外部磁性体と基板の両方に巻回されていても構わない。これによれば、補償コイルと基板の干渉を防止しつつ、外力による外部磁性体の破損を防止することが可能となる。
　本発明において、少なくとも一つの感磁素子は、第１及び第２の感磁素子を含むブリッジ接続された複数の感磁素子からなり、少なくとも一つの外部磁性体は、素子形成面に対して垂直な方向から見て、第１の感磁素子と第２の感磁素子の間に配置された第１の外部磁性体を含むものであっても構わない。これによれば、第１及び第２の感磁素子に対して逆方向の磁界を与えることが可能となる。この場合、補償コイルは、第１の外部磁性体に巻回されていても構わない。これによれば、キャンセル磁界を第１の外部磁性体に効率よく印加することが可能となる。
　本発明において、少なくとも一つの外部磁性体は、素子形成面の反対側に位置するセンサチップの裏面を覆う第２の外部磁性体をさらに含むものであっても構わない。これによれば、感磁素子に印加される磁界の強度がより高められる。この場合、補償コイルは、第２の外部磁性体に巻回されていても構わない。これによれば、キャンセル磁界を第２の外部磁性体に効率よく印加することが可能となる。
　本発明において、補償コイルはボビンを介して外部磁性体に巻回されていても構わない。これによれば、外部磁性体に補償コイルを直接巻回する作業が不要となる。この場合、ボビンの内径領域には基板及び外部磁性体が挿入されていても構わない。これによれば、基板にセンサチップ及び外部磁性体を実装した後、補償コイルが巻かれたボビンを基板に挿入することによって作製できることから、アセンブリ作業の作業性が向上する。
　このように、本発明による磁気センサは、感磁素子に印加される磁界を補償コイルによって正しくキャンセルすることができ、且つ、外部磁性体の磁気飽和を防止することができる。しかも、補償コイルが外部磁性体に巻回されていることから、磁気センサ全体のサイズの大型化も防止される。さらに、基板と接触することなく補償コイルが巻回されていることから、補償コイルと基板の接触によって外部磁性体の支持が不安定となることもない。
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の外観を示す略斜視図である。 図２は、磁気センサ１の略分解斜視図である。 図３は、センサチップ２０の略平面図である。 図４は、図３のＡ－Ａ線に沿った略断面図である。 図５は、磁性体層と感磁素子が重なりを有している例を説明するための略断面図である。 図６は、感磁素子Ｒ１～Ｒ４と補償コイル４１の接続関係を説明するための回路図である。 図７は、第１の実施形態の第１の変形例による磁気センサ１Ａの外観を示す略斜視図である。 図８は、第１の実施形態の第２の変形例による磁気センサ１Ｂの外観を示す略斜視図である。 図９は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の外観を示す略斜視図である。 図１０は、第２の実施形態の変形例による磁気センサ２Ａの外観を示す略斜視図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の外観を示す略斜視図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ４の外観を示す略斜視図である。 図１３は、第４の実施形態の変形例による磁気センサ４Ａの外観を示す略斜視図である。 図１４は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ５の外観を示す略斜視図である。 図１５は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ６の外観を示す略斜視図である。 図１６は、第６の実施形態の変形例による磁気センサ６Ａの外観を示す略斜視図である。 図１７は、本発明の第７の実施形態による磁気センサ７の外観を示す略斜視図である。 図１８は、本発明の第８の実施形態による磁気センサ８の外観を示す略斜視図である。 図１９は、第８の実施形態の第１の変形例による磁気センサ８Ａの外観を示す略斜視図である。 図２０は、第８の実施形態の第２の変形例による磁気センサ８Ｂの外観を示す略斜視図である。 図２１は、本発明の第９の実施形態による磁気センサ９の外観を示す略斜視図である。
　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。
　図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の外観を示す略斜視図である。また、図２は、磁気センサ１の略分解斜視図である。
　図１及び図２に示すように、第１の実施形態による磁気センサ１は、基板１０と、基板１０のｘｚ面を構成する表面１１に搭載されたセンサチップ２０及び外部磁性体３１～３３と、外部磁性体３１に巻回された補償コイル４１とを備えている。センサチップ２０は、ｘｙ面を構成する素子形成面２１及び裏面２２と、ｙｚ面を構成する側面２３，２４と、ｘｚ面を構成する側面２５，２６とを有しており、側面２６が基板１０の表面１１と向かい合うよう、基板１０に搭載されている。センサチップ２０の素子形成面２１上には、後述する感磁素子及び磁性体層Ｍ１～Ｍ３が形成されている。このように、本実施形態においては、基板１０の表面１１とセンサチップ２０の素子形成面２１が垂直である。但し、本発明おいて両者が完全に垂直であることは必須でなく、垂直に対して所定の傾きを有していても構わない。
　外部磁性体３１～３３は、センサチップ２０に磁束を集める役割を果たし、いずれもフェライトなどの高透磁率材料によって構成される。このうち、外部磁性体３１はｚ方向を長手方向とする棒状体であり、磁性体層Ｍ１の一部を覆うよう、素子形成面２１のｘ方向における略中央部に位置決めされている。外部磁性体３２は、磁性体層Ｍ２の一部を覆うとともに、センサチップ２０の側面２４及び裏面２２を覆っており、ｚ方向を長手方向とする棒状形状を有している。同様に、外部磁性体３３は、磁性体層Ｍ３の一部を覆うとともに、センサチップ２０の側面２３及び裏面２２を覆っており、ｚ方向を長手方向とする棒状形状を有している。かかる構成により、ｚ方向の磁界が選択的に集磁され、集磁された磁界がセンサチップ２０に印加されることになる。
　補償コイル４１は、ｚ方向が軸方向となるよう外部磁性体３１に巻回されたワイヤ（被覆導線）からなる。図１及び図２に示すように、外部磁性体３１は、基板１０からｚ方向に突出した突出部３１ｚを有しており、補償コイル４１がこの突出部３１ｚに巻回されている。本実施形態においては、補償コイル４１が外部磁性体３１に直接巻回されている。また、巻崩れを防止するために、外部磁性体３１に巻回した補償コイル４１を接着剤などで固めても構わない。補償コイル４１を構成するワイヤのターン数については特に限定されず、目的とするキャンセル磁界の発生に必要なターン数とすれば良い。本実施形態においては、補償コイル４１を外部磁性体３１に巻回していることから、センサチップ２０に補償コイルを集積する方式と比べて、ターン数を大幅に増やすことが可能であるとともに、より大きな電流を流すことが可能である。また、基板上に補償コイルを別途配置する方式のように、磁気センサ全体のサイズが大型化することもない。
　図３はセンサチップ２０の略平面図であり、図４は図３のＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
　図３及び図４に示すように、センサチップ２０の素子形成面２１には、４つの感磁素子Ｒ１～Ｒ４が形成されている。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は、磁束の向きによって電気抵抗が変化する素子であれば特に限定されず、例えばＭＲ素子などを用いることができる。感磁素子Ｒ１～Ｒ４の固定磁化方向は、互いに同じ向き（例えばｘ方向におけるプラス側）に揃えられている。感磁素子Ｒ１～Ｒ４は絶縁層２７で覆われており、絶縁層２７の表面には、パーマロイなどからなる磁性体層Ｍ１～Ｍ３が形成されている。磁性体層Ｍ１～Ｍ３は絶縁層２８で覆われている。そして、磁性体層Ｍ１～Ｍ３のうち、ｙ方向における一方側（図３における上側）に位置する部分を磁性体層Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１と定義し、ｙ方向における他方側（図３における下側）に位置する部分を磁性体層Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２と定義した場合、平面視で（ｚ方向から見て）、感磁素子Ｒ１は磁性体層Ｍ１１と磁性体層Ｍ２１の間に位置し、感磁素子Ｒ２は磁性体層Ｍ１２と磁性体層Ｍ２２の間に位置し、感磁素子Ｒ３は磁性体層Ｍ１１と磁性体層Ｍ３１の間に位置し、感磁素子Ｒ４は磁性体層Ｍ１２と磁性体層Ｍ３２の間に位置している。これにより、磁気ギャップＧ１～Ｇ４を通過する磁界が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加される。
　但し、本発明において、各感磁素子Ｒ１～Ｒ４が平面視で２つの磁性体層間に位置することは必須でなく、２つの磁性体層からなる磁気ギャップＧ１～Ｇ４の近傍、つまり、磁気ギャップＧ１～Ｇ４によって形成される磁路上に各感磁素子Ｒ１～Ｒ４が配置されていれば足りる。また、磁気ギャップＧ１～Ｇ４の幅が感磁素子Ｒ１～Ｒ４の幅よりも広い必要はなく、磁気ギャップＧ１～Ｇ４の幅が感磁素子Ｒ１～Ｒ４よりも狭くても構わない。図５に示す例では、磁気ギャップＧ１のｘ方向における幅Ｇｘが感磁素子Ｒ１のｘ方向における幅Ｒｘよりも狭く、これにより、ｚ方向から見て磁性体層Ｍ１，Ｍ２と感磁素子Ｒ１が重なりＯＶを有している。磁気ギャップＧ１～Ｇ４と感磁素子Ｒ１～Ｒ４との関係は、図５に示す関係であっても構わない。
　図３及び図４において、符号３１ａ～３３ａで示す領域はそれぞれ外部磁性体３１～３３によって覆われる領域を示している。図３及び図４に示すように、外部磁性体３１は磁性体層Ｍ１を覆い、外部磁性体３２は磁性体層Ｍ２を覆い、外部磁性体３３は磁性体層Ｍ３を覆う。
　図６は、感磁素子Ｒ１～Ｒ４と補償コイル４１の接続関係を説明するための回路図である。
　図６に示すように、感磁素子Ｒ１は端子電極Ｔ１１，Ｔ１３間に接続され、感磁素子Ｒ２は端子電極Ｔ１２，Ｔ１４間に接続され、感磁素子Ｒ３は端子電極Ｔ１１，Ｔ１２間に接続され、感磁素子Ｒ４は端子電極Ｔ１３，Ｔ１４間に接続されている。端子電極Ｔ１１～Ｔ１４は、図２に示す端子電極群Ｔ１０を構成する端子電極である。端子電極群Ｔ１０はセンサチップ２０に設けられ、基板１０に形成された図示しない配線を介して、図１及び図２に示す端子電極群Ｔ３０に接続される。端子電極Ｔ１１には電源電位Ｖｃｃが与えられ、端子電極Ｔ１４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３１からみて一方側に位置する感磁素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗変化量と、外部磁性体３１からみて他方側に位置する感磁素子Ｒ３，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差動信号Ｖａとして端子電極Ｔ１２，Ｔ１３に現れることになる。
　端子電極Ｔ１２，Ｔ１３から出力される差動信号Ｖａは、基板１０又はセンサチップ２０に設けられた差動アンプ５１に入力される。差動アンプ５１の出力信号は、端子電極Ｔ２１にフィードバックされる。図６に示すように、端子電極Ｔ２１と端子電極Ｔ２２との間には補償コイル４１が接続されており、これにより、補償コイル４１は差動アンプ５１の出力信号に応じたキャンセル磁界を発生させる。端子電極Ｔ２１，Ｔ２２は、図１及び図２に示す端子電極群Ｔ２０を構成する端子電極である。かかる構成により、検出対象磁界の磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１～Ｒ４の電気抵抗の変化に応じた差動信号Ｖａが端子電極Ｔ１２，Ｔ１３に現れると、これに応じた電流が補償コイル４１に流れ、逆方向のキャンセル磁界を発生させる。これにより、検出対象磁界が打ち消される。そして、差動アンプ５１から出力される電流を検出回路５２によって電流電圧変換すれば、検出対象磁界の強さを検出することが可能となる。このようなクローズドループ制御により、外部磁性体３１～３３を介して集磁された磁界を高精度に検出することが可能となる。
　そして、本実施形態においては、補償コイル４１が外部磁性体３１に巻回されていることから、十分なターン数を確保することができるとともに、より大きな電流を流すことが可能である。これにより、強いキャンセル磁界を発生させることができるため、測定対象となる磁界が比較的強い場合であっても、感磁素子Ｒ１～Ｒ４に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるだけでなく、外部磁性体３１の磁気飽和を防止することが可能となる。
　しかも、本実施形態においては、外部磁性体３１が突出部３１ｚを有しており、補償コイル４１がこの突出部３１ｚに巻回されていることから、補償コイル４１と基板１０の接触や干渉が生じない。これにより、外部磁性体３１を基板１０の表面１１に密着させることができることから、外部磁性体３１を基板１０の表面１１に安定的に固定することが可能となる。
　図７は、本実施形態の第１の変形例による磁気センサ１Ａの外観を示す略斜視図である。図７に示すように、第１の変形例による磁気センサ１Ａは、補償コイル４１が円形の空芯コイルからなる点において、上述した磁気センサ１と相違する。このように、補償コイル４１として空芯コイルを用いれば、外部磁性体３１に補償コイル４１を直接巻回する作業が不要となり、すでに巻回された補償コイル４１を外部磁性体３１に装着すれば足りる。
　図８は、本実施形態の第２の変形例による磁気センサ１Ｂの外観を示す略斜視図である。図８に示すように、第２の変形例による磁気センサ１Ｂは、補償コイル４１が樹脂などからなるボビン４１Ｂを介して外部磁性体３１に巻回されている点において、上述した磁気センサ１と相違する。このように、補償コイル４１をボビン４１Ｂに巻回すれば、外部磁性体３１に補償コイル４１を直接巻回する作業が不要となり、ボビン４１Ｂに巻回された補償コイル４１を外部磁性体３１に装着すれば足りる。
　図９は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の外観を示す略斜視図である。
　図９に示すように、第２の実施形態による磁気センサ２は、基板１０にスリット１２が設けられている点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。「スリット」とは閉じていない、つまり、内壁面が基板１０の側面と連続的につながる切り欠きを意味する。スリット１２はｙ方向から見て外部磁性体３１と重なっており、外部磁性体３１のうちスリット１２と重なる部分に補償コイル４１が巻回されている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１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。
　本実施形態においては、外部磁性体３１が基板１０から突出していないものの、基板１０にスリット１２が設けられ、スリット１２と重なる部分に補償コイル４１が巻回されていることから、第１の実施形態と同様、補償コイル４１と基板１０の接触が生じない。しかも、外部磁性体３１が基板１０から突出しないことから、外力による外部磁性体３１の破損も生じにくくなる。
　図１０は、本実施形態の変形例による磁気センサ２Ａの外観を示す略斜視図である。図１０に示すように、変形例による磁気センサ２Ａは、外部磁性体３２と外部磁性体３３が別部品ではなく、これらが一体化された外部磁性体３４を用いている。本実施形態が例示するように、一体化された外部磁性体３４を用いても構わない。
　図１１は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の外観を示す略斜視図である。
　図１１に示すように、第３の実施形態による磁気センサ３は、基板１０に開口部１３が設けられている点において、第２の実施形態による磁気センサ２と相違している。「開口部」とは閉じた、つまり、内壁面が基板１０の側面と連続的につながらない独立した切り欠きを意味する。開口部１３はｙ方向から見て外部磁性体３１と重なっており、外部磁性体３１のうち開口部１３と重なる部分に補償コイル４１が巻回されている。その他の基本的な構成は、第２の実施形態による磁気センサ２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。
　本実施形態においては、外部磁性体３１が基板１０から突出していないものの、基板１０に開口部１３が設けられ、開口部１３と重なる部分に補償コイル４１が巻回されていることから、第１の実施形態と同様、補償コイル４１と基板１０の接触が生じない。しかも、外部磁性体３１が基板１０から突出しないことから、外力による外部磁性体３１の破損も生じにくくなる。さらに、開口部１３のｚ方向位置を変更することにより、補償コイル４１を任意のｚ方向位置に巻回することが可能となる。
　図１２は、本発明の第４の実施形態による磁気センサ４の外観を示す略斜視図である。
　図１２に示すように、第４の実施形態による磁気センサ４は、外部磁性体３２，３３のｚ方向における端部のｘ方向幅が狭くなっており、この部分に別の補償コイル４２が巻回されている点において、第２の実施形態による磁気センサ２と相違している。さらに、基板１０には、スリット１２だけでなく開口部１４が設けられている。その他の基本的な構成は、第２の実施形態による磁気センサ２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。
　開口部１４はｙ方向から見て外部磁性体３２，３３と重なっており、外部磁性体３２，３３のうち開口部１４と重なる部分に補償コイル４２が巻回されている。補償コイル４２のコイル軸はｚ方向であり、外部磁性体３１に巻回された補償コイル４１と同方向に巻回される。補償コイル４１と補償コイル４２は、直列に接続することが好ましい。補償コイル４１と補償コイル４２を直列に接続すれば、補償コイル４１，４２に同じ補償電流が流れることから、補償コイル４１によって外部磁性体３１を通過する磁束がキャンセルされるとともに、補償コイル４２によって外部磁性体３２，３３を通過する磁束がキャンセルされる。このため、外部磁性体３１だけでなく、外部磁性体３２，３３の磁気飽和も防止される。
　図１３は、本実施形態の変形例による磁気センサ４Ａの外観を示す略斜視図である。図１３に示すように、変形例による磁気センサ４Ａは、スリット１２の代わりに開口部１３が設けられており、外部磁性体３１のうち開口部１３と重なる位置に補償コイル４１が巻回されている。また、開口部１３，１４のｚ方向における長さも拡大されており、これにより補償コイル４１，４２のターン数が増加している。このように、補償コイル４１，４２のターン数を増やす必要がある場合には、開口部１３，１４のｚ方向における長さを拡大すればよい。
　図１４は、本発明の第５の実施形態による磁気センサ５の外観を示す略斜視図である。
　図１４に示すように、第５の実施形態による磁気センサ５は、スリット１２の代わりに開口部１３が設けられ、且つ、基板１０に別のスリット１５，１６が設けられている。そして、外部磁性体３２のうちスリット１５と重なる位置に補償コイル４３が巻回され、外部磁性体３３のうちスリット１６と重なる位置に補償コイル４４が巻回されている。その他の基本的な構成は、第４の実施形態による磁気センサ４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、外部磁性体３２，３３に補償コイルを巻回する場合、補償コイル４２を外部磁性体３２，３３にまとめて巻回する必要はなく、外部磁性体３２，３３に補償コイル４３，４４をそれぞれ巻回しても構わない。これによれば、補償コイルのターン数をより細かく調整することが可能となる。
　図１５は、本発明の第６の実施形態による磁気センサ６の外観を示す略斜視図である。
　図１５に示すように、第６の実施形態による磁気センサ６は、補償コイル４１が省略されている点において、第４の実施形態による磁気センサ４と相違している。これに伴い、基板１０のスリット１２も省略されている。その他の基本的な構成は、第４の実施形態による磁気センサ４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、外部磁性体３１に補償コイル４１を巻回することは必須でなく、補償コイル４１を省略する代わりに、外部磁性体３２，３３に補償コイル４２を巻回しても構わない。
　図１６は、本実施形態の変形例による磁気センサ６Ａの外観を示す略斜視図である。図１６に示すように、変形例による磁気センサ６Ａは、外部磁性体３２，３３のｘ方向における幅が長手方向の途中で狭くなるくびれた形状を有しており、このくびれ部分に補償コイル４２が巻回されている。これによれば、補償コイル４２が脱落しにくくなる。
　図１７は、本発明の第７の実施形態による磁気センサ７の外観を示す略斜視図である。
　図１７に示すように、第７の実施形態による磁気センサ７は、外部磁性体３１の先端が細くなっているとともに、外部磁性体３１が基板１０から突出しない点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１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。
　図１７に示す例では、外部磁性体３１の先端がｘ方向及びｙ方向に細くなっている。この細くなった部分は、基板１０の表面１１から離れた離間部３１ｓを構成する。そして、本実施形態においては、この離間部３１ｓに補償コイル４１を巻回することにより、補償コイル４１と基板１０の接触が防止されている。
　本実施形態が例示するように、基板１０と重なる位置に補償コイル４１を巻回しても構わない。尚、図１７に示す例では、離間部３１ｓがｘ方向及びｙ方向に細くなっているが、補償コイル４１と基板１０の接触を防止する離間部３１ｓがどのような形状であっても構わない。
　図１８は、本発明の第８の実施形態による磁気センサ８の外観を示す略斜視図である。
　図１８に示すように、第８の実施形態による磁気センサ８は、外部磁性体３１の先端と重なる基板１０の端部１０ａの幅が外部磁性体３１と同程度に細く、且つ、補償コイル４１が基板１０の端部１０ａと外部磁性体３１の両方に巻回されている点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。これに伴い、外部磁性体３１は突出部３１ｚを有しておらず、全体が基板１０と重なっている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１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、補償コイル４１を外部磁性体３１と基板１０の両方に巻回しても構わない。この場合であっても、補償コイル４１と基板１０の干渉を防止することができるとともに、外部磁性体３１の全体が基板１０と重なることから、外力による外部磁性体３１の破損も生じにくくなる。
　図１９は、本実施形態の第１の変形例による磁気センサ８Ａの外観を示す略斜視図である。図１９に示すように、変形例による磁気センサ８Ａは、補償コイル４１が省略される代わりに、外部磁性体３２，３３と基板１０の両方に補償コイル４２が巻回されている。このように、外部磁性体３２，３３に巻回する補償コイル４２を基板１０ごと巻回しても構わない。
　図２０は、本実施形態の第２の変形例による磁気センサ８Ｂの外観を示す略斜視図である。図２０に示すように、変形例による磁気センサ８Ｂは、補償コイル４１が樹脂などからなるボビン４１Ｂに巻回されているとともに、ボビン４１Ｂの内径領域に基板１０及び外部磁性体３１が挿入されている。このように、補償コイル４１をボビン４１Ｂに巻回すれば、外部磁性体３１に補償コイル４１を直接巻回する作業が不要となる。つまり、基板１０にセンサチップ２０及び外部磁性体３１を実装した後、補償コイル４１が巻かれたボビン４１Ｂを基板１０に挿入することによって作製できることから、アセンブリ作業の作業性が向上する。しかも、ボビン４１Ｂを使用していることから、補償コイル４１を正確に巻くことができ、その結果、補償コイル４１による印加磁場精度が向上する。
　図２１は、本発明の第９の実施形態による磁気センサ９の外観を示す略斜視図である。
　図２１に示すように、第９の実施形態による磁気センサ９は、外部磁性体３１が基板１０から突出していない点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。これに伴い、外部磁性体３１は突出部３１ｚを有しておらず、全体が基板１０と重なっている。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１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、本発明において補償コイル４１と基板１０の干渉を防止することは必須でない。
　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。
　例えば、上記の各実施形態では、４つの感磁素子Ｒ１～Ｒ４をブリッジ接続しているが、本発明において４つの感磁素子を用いることは必須でない。
１，１Ａ，１Ｂ，２，２Ａ，３，４，４Ａ，５，６，６Ａ，７，８，８Ａ，８Ｂ，９　　磁気センサ
１０　　基板
１０ａ　　基板の端部
１１　　基板の表面
１２，１５，１６　　スリット
１３，１４　　開口部
２０　　センサチップ
２１　　素子形成面
２２　　センサチップの裏面
２３～２６　　センサチップの側面
２７，２８　　絶縁層
３１～３３　　外部磁性体
３１ｓ　　離間部
３１ｚ　　突出部
４１～４４　　補償コイル
４１Ｂ　　ボビン
５１　　差動アンプ
５２　　検出回路
Ｇ１～Ｇ４　　磁気ギャップ
Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１，Ｍ２１，Ｍ３１，Ｍ１２，Ｍ２２，Ｍ３２　　磁性体層
Ｒ１～Ｒ４　　感磁素子
Ｔ１０，Ｔ２０，Ｔ３０　　端子電極群
Ｔ１１～Ｔ１４，Ｔ２１，Ｔ２２　　端子電極

Claims (12)

  1. 　基板と、
    　少なくとも一つの感磁素子が形成された素子形成面が前記基板の表面に対して垂直又は所定の傾きを持つよう、前記基板の表面に搭載されたセンサチップと、
    　前記基板の表面に搭載され、検出対象磁界を前記感磁素子に集磁する少なくとも一つの外部磁性体と、
    　前記外部磁性体に巻回された補償コイルと、を備えることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　前記補償コイルは、前記基板と重ならない位置において、前記外部磁性体に巻回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. 　前記外部磁性体は、前記基板の表面から突出した突出部を有しており、
    　前記補償コイルは、前記突出部に巻回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. 　前記基板は、前記外部磁性体と重なるスリット又は開口部を有しており、
    　前記補償コイルは、前記スリット又は前記開口部と重なる位置に設けら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。
  5. 　前記外部磁性体は、前記基板の表面から離れた離間部を有しており、
    　前記補償コイルは、前記外部磁性体の前記離間部に巻回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。
  6. 　前記補償コイルは、前記外部磁性体と前記基板の両方に巻回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。
  7. 　前記少なくとも一つの感磁素子は、第１及び第２の感磁素子を含むブリッジ接続された複数の感磁素子からなり、
    　前記少なくとも一つの外部磁性体は、前記素子形成面に対して垂直な方向から見て、前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子の間に配置された第１の外部磁性体を含む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. 　前記補償コイルは、前記第１の外部磁性体に巻回されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気センサ。
  9. 　前記少なくとも一つの外部磁性体は、前記素子形成面の反対側に位置する前記センサチップの裏面を覆う第２の外部磁性体をさらに含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の磁気センサ。
  10. 　前記補償コイルは、前記第２の外部磁性体に巻回されていることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
  11. 　前記補償コイルは、ボビンを介して前記外部磁性体に巻回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。
  12. 　前記ボビンの内径領域には、前記基板及び前記外部磁性体が挿入されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
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