WO2022131060A1 - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2022131060A1
WO2022131060A1 PCT/JP2021/044796 JP2021044796W WO2022131060A1 WO 2022131060 A1 WO2022131060 A1 WO 2022131060A1 JP 2021044796 W JP2021044796 W JP 2021044796W WO 2022131060 A1 WO2022131060 A1 WO 2022131060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
insulating substrate
protective film
conductor
magnetoresistive
magnetic sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/044796
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
崇 今中
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2022569882A priority Critical patent/JPWO2022131060A1/ja
Priority to CN202180080813.4A priority patent/CN116635695A/zh
Priority to US18/256,351 priority patent/US20240019504A1/en
Publication of WO2022131060A1 publication Critical patent/WO2022131060A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/007—Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
    • G01R33/0076—Protection, e.g. with housings against stray fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0047—Housings or packaging of magnetic sensors ; Holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • 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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • 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
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/096—Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details

Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor using a magnetoresistive element.
  • Patent Document 1 describes a magnetoresistive element including an insulating substrate, a pair of electrodes, an anisotropic magnetic resistance layer, a protective film, a pair of end face electrodes, and a plating layer.
  • the insulating substrate is made of alumina.
  • the pair of electrodes are provided at both ends of the upper surface of the insulating substrate.
  • the anisotropic magnetoresistive layer is provided on the upper surface of the insulating substrate and is provided between the pair of electrodes.
  • the protective film covers the anisotropic magnetoresistive layer.
  • the pair of end face electrodes are provided from the upper surface to the end face and the lower surface of the insulating substrate so as to be electrically connected to the pair of electrodes.
  • the plating layer is provided on the surface of the pair of end face electrodes.
  • the magnetic sensor is provided in the vicinity of the shaft, for example, in order to detect the rotation angle and the number of rotations of various shafts (steering shaft, drive shaft, etc.) of the automobile.
  • the drive shaft and its vicinity are in a harsh environment exposed to chemical substances such as oil at a high temperature of 170 degrees.
  • Patent Document 1 can be used in such an environment because the anisotropic magnetoresistive layer is protected by a protective film, but a magnetic sensor having higher environmental resistance is expected.
  • the purpose of this disclosure is to provide a magnetic sensor that can improve environmental resistance.
  • the magnetic sensor includes an insulating substrate, one or more magnetoresistive elements, a conductor, and a sealing member.
  • the conductor electrically connects the magnetoresistive element to an external circuit.
  • the sealing member seals all of the magnetoresistive element and at least a part of each of the insulating substrate and the conductor.
  • the magnetoresistive element has a magnetoresistive film and an electrode.
  • the magnetoresistive film is formed on the first surface of the insulating substrate.
  • the electrodes are provided on the first surface of the insulating substrate, and one end thereof is electrically connected to the magnetoresistive film and the other end is electrically connected to the first end portion of the conductor.
  • the sealing member exposes the second surface of the insulating substrate and the second end of the conductor from different surfaces.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a bottom view of the same magnetic sensor.
  • FIG. 3 is a top view of the same magnetic sensor.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification 1 of the same magnetic sensor.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification 2 of the same magnetic sensor.
  • FIGS. 1 to 5 each figure is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of each component does not always reflect the actual dimensional ratio.
  • the configuration described in the following embodiments is only an example of the present disclosure.
  • the present disclosure is not limited to the following embodiments, and various changes can be made depending on the design and the like as long as the effects of the present disclosure can be achieved.
  • the magnetic sensor 10 As shown in FIGS. 1 to 3, the magnetic sensor 10 according to the embodiment of the present disclosure is sealed with an insulating substrate 1, four magnetoresistive elements 2, and a conductor 3. It includes a member 4.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the line segment PQ shown in FIGS. 2 and 3.
  • the left electrode 2b is the electrode 2b constituting the magnetoresistive element 2 at the left end (right end in FIG. 3) in FIG. 2
  • the right electrode 2b is the second from the left in FIG. 2 (in FIG. 3).
  • the electrode 2b constituting the magnetoresistive element 2 (second from the right).
  • one magnetoresistive element 2 is composed of a magnetoresistive film 2a formed in a comb shape and a pair of electrodes 2b provided at one end 2aA and the other end 2aB thereof. To. Therefore, the number of magnetoresistive elements 2 constituting the magnetic sensor 10 is four.
  • some of the electrodes 2b are shared by the two magnetoresistive elements 2. Specifically, in FIG. 2, the central one of the three electrodes 2b in the upper row is shared by the two magnetoresistive elements 2 first and third from the left. Of the three electrodes 2b in the lower row, the central one is shared by the two magnetoresistive elements 2 second and fourth from the left.
  • the four on the left side correspond to the leftmost one of the four magnetoresistive elements 2 of FIG.
  • the one at the right end corresponds to the second one from the left among the four magnetoresistive elements 2 of FIG.
  • the above is merely an example, and the number of the magnetoresistive elements 2 constituting the magnetic sensor 10 may be any number as long as it is one or more.
  • the insulating substrate 1 is a substrate made of a material having high insulating properties. Materials having high insulating properties include, but are not limited to, alumina, sapphire, glass, ceramics, resins, and the like.
  • the insulating substrate 1 is, for example, a polygonal thin plate such as a rectangle or a hexagon, or a circular thin plate, but the shape and thickness thereof are not limited. The preferred material and the preferred thickness of the insulating substrate 1 will be described later.
  • the four magnetoresistive elements 2 are provided on the first surface 1A of the insulating substrate 1.
  • the first surface 1A is a surface on which the magnetoresistive element 2 is provided, out of the two surfaces of the insulating substrate 1.
  • the surface on which the magnetoresistive element 2 is not provided is the second surface 1B.
  • the upper surface is the first surface and the lower surface is the second surface, but the inverted mounting shown in FIG. 1 (described later).
  • the lower surface is the first surface 1A and the upper surface is the second surface 1B.
  • the magnetoresistive element 2 is an element whose electrical resistance changes according to a magnetic field. The configuration and arrangement of the magnetoresistive element 2 will be described later.
  • the conductor 3 electrically connects the magnetoresistive element 2 to an external circuit (not shown).
  • the external circuit will be described later.
  • the first end 3A of the conductor 3 is in contact with the other end 2bB of the electrode 2b, and the second end 3B of the conductor 3 is from the second surface 4B of the sealing member 4. Be exposed.
  • the first end portion 3A is the end portion of the two ends of the conductor 3 on the magnetic resistance element 2 side, and the second end portion 3B is the magnetic resistance element of the two ends of the conductor 3. It is the end on the opposite side of 2.
  • the exposed second end 3B is electrically connected to the wiring to the external circuit (external wiring).
  • the conductor 3 may be directly connected to an external circuit without going through external wiring.
  • the conductor 3 is an elongated plate made of a metal such as copper, for example. As shown in FIG. 1, the conductor 3 has a first end portion 3A and a second end portion 3B parallel to the insulating substrate 1, and a gap between the first end portion 3A and the second end portion 3B is formed. It is bent at three points in the longitudinal direction so as to form a "character" shape.
  • the "dogleg" -shaped portion between the first end 3A and the second end 3B is, for example, the first end 3A and the second due to the difference in the expansion coefficients of the conductor 3 and the sealing member 4. It has the effect of relaxing the stress acting on the end 3B by bending and stretching.
  • the external circuit is a processing circuit that converts the output of the magnetoresistive element 2 into information related to the movement of the object (hereinafter, "movement information"), and is realized by a processor, a memory, or the like.
  • movement information information related to the movement of the object
  • a signal from the magnetoresistive element 2 is input to an external circuit, and motion information is output from the external circuit.
  • the motion information is, for example, the rotation speed of the drive shaft, but may be the rotation angle of the steering shaft, the position of the pedal, or the like.
  • the sealing member 4 seals the entire magnetoresistive element 2 and at least a part of each of the insulating substrate 1 and the conductor 3. Specifically, as shown in FIG. 1, the entire magnetoresistive element 2, the portion of the insulating substrate 1 excluding the second surface 1B, and the portion of the magnetoresistive element 2 excluding the second end 3B of the conductor 3. Is sealed by the sealing member 4.
  • the sealing member 4 exposes the second surface 1B of the insulating substrate 1 and the second end portion 3B of the conductor 3 from different surfaces. Specifically, as shown in FIG. 1, the second surface 1B of the insulating substrate 1 is exposed from the first surface 4A of the sealing member 4, and the second end portion 3B of the conductor 3 is the second surface of the sealing member 4. It is exposed from 2 sides 4B.
  • the first surface 1A of the insulating substrate 1 faces the first end 3A of the conductor 3, one end 2bA of the electrode 2b is a magnetic resistance film 2a, and the other end 2bB of the electrode 2b is a conductor. It is electrically connected to the first end portion 3A of 3. It should be noted that the electrical connection may be directly connected, may be connected via wiring, or may be connected by the solder 11 or the bump 12, regardless of the mode.
  • the sealing member 4 is formed of, for example, a resin such as a liquid crystal polymer, but the sealing member 4 is not limited to this.
  • the magnetic sensor 10 As described above, in the magnetic sensor 10, all of the four magnetoresistive elements 2 and a part of each of the insulating substrate 1 and the conductor 3 are sealed by the sealing member 4.
  • the magnetic sensor 10 is characterized in that the first surface 1A provided with the magnetoresistive element 2 of the insulating substrate 1 faces the first end portion 3A of the conductor 3.
  • the insulating substrate 1 is mounted on the conductor 3 in an inverted state in which the top and bottom of the first surface 1A and the second surface 1B are reversed from the usual ones.
  • the first surface 1A of the insulating substrate 1 faces the first end 3A of the conductor 3 (thus, as shown in FIG. 1, the second surface 1B is on the top and the first surface 1A is on the bottom).
  • Implementation of is referred to as "inverted implementation”.
  • an embodiment in which the second surface 1B of the insulating substrate 1 faces the first end portion 3A of the conductor 3 (hence, as usual, the first surface 1A is on the top and the second surface 1B is on the bottom: illustrated.
  • the implementation of) is referred to as "normal implementation”.
  • the second surface 1B of the insulating substrate 1 and the second end 3B of the conductor 3 are exposed from different surfaces (first surface 4A and second surface 4B) of the sealing member 4, respectively, and have magnetic resistance.
  • the element 2 is effectively protected by the sealing member 4 and the insulating substrate 1.
  • the insulating substrate 1 needs to be made of a material having high smoothness. .. Further, the material of the insulating substrate 1 is preferably low in price.
  • the insulating substrate 1 in the present embodiment is made of a material having high environmental resistance and strength because the second surface 1B is exposed from the first surface 4A of the sealing member 4. Suitable.
  • the environmental resistance is, specifically, heat resistance, corrosion resistance, and the like, but is not limited to this.
  • the optimum material for the insulating substrate 1 is sapphire, which satisfies all of the above conditions.
  • Sapphire is a single crystal of aluminum oxide and has translucency.
  • the sapphire is preferably colorless, but may be colored.
  • the environmental resistance and strength are not as good as those of sapphire, but glass is also suitable.
  • Preferred glass compositions are, for example, 81% silicon dioxide, 13% boric acid anhydride, 2% aluminum oxide, and 4% sodium oxide / potassium oxide.
  • the glass is preferably colorless, but may be colored.
  • the magnetic resistance of the first surface 1A can be obtained by mirror-polishing the first surface 1A and the second surface 1B of the insulating substrate 1 made of sapphire or glass.
  • the turn defect generated in the film 2a can be detected from the second surface 1B side.
  • the insulating substrate 1 made of sapphire or glass (hereinafter, "sapphire substrate” or “glass substrate”) is suitable for inverting mounting.
  • sapphire substrate or the glass substrate may be used for normal mounting.
  • the material of the insulating substrate 1 may be zirconia, although the smoothness is not as good as that of sapphire and glass and it is expensive.
  • Alumina is not suitable as a material for the insulating substrate 1 in that its smoothness and translucency are inferior to those of sapphire and glass.
  • the main effect of the inverted mounting that the magnetic resistance film 2a is effectively protected by the insulating substrate 1 and the sealing member 4 can be obtained regardless of the material of the insulating substrate 1.
  • the first surface 1A of the insulated substrate 1 is the first of the conductors 3 with respect to the normal mounting in which the second surface 1B of the insulated substrate 1 faces the first end 3A of the conductor 3.
  • the distance from the magnetic resistance film 2a to the detection target becomes longer by the thickness of the insulating substrate 1. Therefore, it is preferable that the insulating substrate 1 is formed as thin as possible within a range in which the strength does not fall below a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold value can be determined experimentally.
  • the alumina substrate used for normal mounting has a thickness of 500-700 ⁇ m
  • the sapphire substrate used for inverting mounting can be as thin as 100 ⁇ m.
  • the thickness is the distance between the first surface 1A and the second surface 1B.
  • the thickness of the sapphire substrate may be less than 100 ⁇ m.
  • the insulating substrate 1 in the present embodiment is, for example, a material containing sapphire as a main component and is formed to have a thickness of 100 to 150 ⁇ m. As a result, both improvement in environmental resistance and improvement in detection accuracy can be achieved.
  • the first surface 1A and the second surface 1B are mirror-polished.
  • the magnetoresistive film 2a can be formed on the first surface 1A with high accuracy.
  • sapphire or glass is transparent, by polishing the second surface 1B to a mirror surface, pattern defects generated in the magnetoresistive film 2a of the first surface 1A can be detected from the second surface 1B side.
  • the detection is usually detected by image processing using an image sensor, a processor, or the like, but may be detected visually by a person using a microscope.
  • the magnetic resistance element 2 has a magnetic resistance film 2a, an electrode 2b, and a protective film 2c.
  • the magnetoresistive film 2a, the electrode 2b, and the protective film 2c are formed on the first surface 1A of the insulating substrate 1.
  • the magnetic resistance film 2a has magnetic anisotropy.
  • the magnetoresistive film 2a is formed, for example, by an alloy (permalloy or the like) containing a ferromagnetic metal such as nickel or iron as a main component to a thickness of several nm to several tenth nm (for example, 10 nm).
  • the magnetoresistive film 2a is formed by, for example, vacuum deposition, sputtering, or the like.
  • the material, thickness, and forming method of the magnetoresistive film 2a are not limited.
  • the magnetoresistive film 2a is formed (patterned) into a predetermined shape.
  • the shape of the magnetoresistive film 2a is a comb shape in which a plurality of teeth are arranged symmetrically.
  • Four comb-shaped magnetoresistive films 2a are alternately arranged on the first surface 1A of the insulating substrate 1.
  • the above is merely an example, and the shape of the magnetoresistive film 2a does not matter.
  • Electrode 2b In the electrode 2b, one end 2bA is electrically connected to the magnetoresistive film 2a, and the other end 2bB is electrically connected to the first end 3A of the conductor 3.
  • one end 2bA of the electrode 2b is a magnetic resistance film.
  • One end 2aA of 2a is connected by a conducting wire 13 or the like, and the other end 2bB of the electrode 2b is connected to the first end 3A of the conductor 3 by a solder 11.
  • the other end 2aB of the magnetoresistive film 2a is attached to the electrode 2b shared with the other magnetoresistive element 2 (the third magnetoresistive element 2 from the left in FIG. 2 and the third magnetoresistive element 2 from the right in FIG. 3). It is connected by.
  • the mode of connection between the above elements does not matter.
  • the above is only an example, and the structure and arrangement of the electrode 2b does not matter as long as a signal such as a voltage corresponding to the electric resistance can be extracted from the magnetic resistance film 2a.
  • the protective film 2c protects the magnetoresistive film 2a.
  • the protective film 2c in the present embodiment is composed of two layers, an inorganic protective film 2cA and an organic protective film 2cB. Then, such a two-layer protective film 2c is formed on the entire or substantially the entire first surface 1A of the insulating substrate 1.
  • the inorganic protective film 2cA is made of a material such as silicon nitride or silicon oxide and is formed to a thickness of 1 ⁇ m.
  • the organic protective film 2cB is made of a material such as a polyimide resin and has a thickness of several ⁇ m. The organic protective film 2cB also has an effect of increasing the pressure resistance at the time of mounting.
  • the magnetic resistance film 2a is formed on the first surface 1A of the insulating substrate 1, and then the inorganic protective film 2cA and the organic protective film 2cB are sequentially formed.
  • the inorganic protective film 2cA and the organic protective film 2cB are formed by, for example, vacuum deposition, sputtering, or the like.
  • the two-layer protective film 2c By forming the two-layer protective film 2c from different materials in this way, the possibility of damage to the magnetoresistive film 2a when the magnetoresistive element 2 is mounted on the conductor 3 can be effectively reduced.
  • the electrode 2b in the present embodiment is slightly thicker than the thickness of the inorganic protective film 2cA. Therefore, the other end 2bB of the electrode 2b penetrates the inorganic protective film 2cA and reaches the organic protective film 2cB.
  • the organic protective film 2cB is preformed with holes 2cB1 through which the solder 11 is at least partially penetrated. By pouring the molten solder 11 into the hole 2cB1 and solidifying it, the other end 2bB of the electrode 2b is electrically connected to the first end 3A of the conductor 3.
  • An electrode 2b longer than the thickness of the protective film 2c may be used.
  • the other end 2bB of the electrode 2b penetrates the protective film 2c and is directly connected to the first end portion 3A of the conductor 3. ..
  • the number of layers of the protective film 2c may be 3 or more to further reduce the possibility of damage during mounting.
  • the protective film 2c may be composed of a single layer (not shown) of an organic material or an inorganic material. Even with a single-layer protective film 2c, the effect of reducing the possibility of damage during mounting can be obtained.
  • no protective film may be formed on the first surface 1A of the insulating substrate 1.
  • the insulating substrate 1, the magnetoresistive element 2 and the conductor 3 are sealed by the sealing member 4, and only the second surface 1B of the insulating substrate 1 and the second end 3B of the conductor 3 are exposed from the sealing member 4. ..
  • the magnetoresistive element 2 that has survived damage during mounting is protected from the external environment by the insulating substrate 1 and the sealing member 4.
  • the protective film 2c may be formed only on a part of the first surface 1A of the insulating substrate 1 as in the modification 1 described later.
  • the number of layers, the material, the thickness, and the forming method of the protective film 2c do not matter.
  • the hole 2cB1 formed in the protective film 2c may at least partially penetrate the bump 12. Then, by inserting the bump 12 into the hole 2cB1 and crimping it, the other end 2bB of the electrode 2b is electrically connected to the first end portion 3A of the conductor 3.
  • the bonding characteristics of the electrode 2b and the protective film 2c with respect to the first end portion 3A of the conductor 3 are enhanced, and the stress of the mounting portion can be further relaxed.
  • the material of the bump 12 is preferably gold, but copper, indium, or the like may be used, and the type thereof does not matter. Further, the bump 12 may be formed by plating or may be formed by a wire bonder, and the manufacturing method thereof does not matter.
  • the protective film 2c is formed on a part of the first surface 1A of the insulating substrate 1, and the electrode 2b is formed on the portion of the first surface 1A of the insulating substrate 1 where the protective film 2c is not formed. May be provided.
  • the portion where the protective film 2c is formed and the portion where the electrode 2b is provided are different from each other, so that it is not necessary to form the hole 2cB1 in the protective film 2c, which facilitates mounting. Is planned.
  • the magnetic sensor 10 is usually provided in the vicinity of a magnet (not shown) that moves with an object (not shown), and is connected to the above-mentioned external circuit (not shown) via external wiring. Be connected. That is, the magnetic sensor 10 constitutes a magnetic encoder together with a magnet and an external circuit.
  • the object is an object to be detected by the magnetic sensor 10.
  • the object is, for example, a rotating body.
  • the rotating body is, for example, a shaft of an automobile.
  • a drive shaft is suitable, but a steering shaft or the like may be used, and the type thereof does not matter.
  • the vicinity of the drive shaft is a harsh environment at a high temperature of 170 degrees and exposed to chemical substances such as oil.
  • the object may be, for example, a moving object such as a pedal, or any moving object.
  • the magnet is usually a permanent magnet, and the material thereof is, for example, ferrite, alnico, etc., but any material having magnetism may be used.
  • the magnet that moves with the object is, for example, a drum-shaped magnet rotor provided on the rotating body and rotating with the rotating body.
  • the magnet that moves with the object may be, for example, a tablet-shaped or linear magnet that is provided on the moving body and moves with the moving body, and the movement and shape thereof are not limited. If the object has magnetism, the magnet may not be present. However, by providing a magnet, the detection accuracy is improved.
  • a magnetic sensor 10 when a magnetic sensor 10 is provided in the vicinity of a magnet rotor that rotates with a shaft, when the shaft rotates or the rotation speed changes, the magnetic field generated by the magnet rotor changes, and the electrical resistance of the magnetoresistive element 2 changes accordingly. Changes.
  • the magnetic sensor 10 When the magnetic sensor 10 is provided in the vicinity of the tablet-type magnet that moves with the pedal, the magnetic field changes according to the position or the moving speed of the pedal, and the electrical resistance of the magnetoresistive element 2 changes. From the magnetoresistive element 2, for example, a signal indicating a voltage or current corresponding to the electric resistance is output.
  • the output of the magnetoresistive element 2 is input to an external circuit, and motion information such as the rotation speed of the drive shaft is output from the external circuit.
  • the external circuit composed of a processor or the like is usually not as high in environmental resistance as the magnetic sensor 10, it is provided in a place away from the drive shaft (for example, in a dashboard) and via external wiring. It is connected to the magnetic sensor 10. However, the external circuit may be provided in the vicinity of the magnetic sensor 10 and may be directly connected to the second end 3B of the conductor 3 constituting the magnetic sensor 10.
  • the second surface 1B of the insulating substrate 1 and the second end 3B of the conductor 3 are exposed from the sealing member 4, and the magnetoresistive element 2 is the insulating substrate 1 and the sealing member 4. Is effectively protected by. Further, the magnet contributes to the improvement of the detection accuracy of the magnetoresistive element 2. As a result, environmental resistance and detection accuracy can be improved.
  • the magnetic sensor 10 avoids damage to the magnetoresistive element 2 even when used in a harsh environment such as in the vicinity of a drive shaft, and detects the rotation speed and the like with high accuracy. Will be able to do.
  • the magnetic sensor (10) includes an insulating substrate (1), one or more magnetoresistive elements (2), and a conductor (3).
  • a sealing member (4) is provided.
  • the conductor (3) electrically connects the magnetoresistive element (2) to an external circuit.
  • the sealing member (4) seals the entire magnetoresistive element (2) and at least a part of each of the insulating substrate (1) and the conductor (3).
  • the magnetoresistive element (2) has a magnetoresistive film (2a) and an electrode (2b).
  • the magnetoresistive film (2a) is formed on the first surface (1A) of the insulating substrate (1).
  • the electrode (2b) is provided on the first surface (1A) of the insulating substrate (1), one end (2aA) of which is the magnetoresistive film (2a), and the other end (2aB) of which is the first end of the conductor (3). (3A) and each are electrically connected.
  • the sealing member (4) exposes the second surface (1B) of the insulating substrate (1) and the second end portion (3B) of the conductor (3) from different surfaces (first surface 1A, second surface 1B). Let me.
  • the insulating substrate (1A) provided with the magnetic resistance film (2a) of the insulating substrate (1) is made to face the first end portion (3A) of the conductor (3).
  • the second surface (1B) of 1) and the second end portion (3B) of the conductor (3) are exposed from the sealing member (4), and the magnetic resistance element (2) is the insulating substrate (1) and the sealing member. It is effectively protected in (4). As a result, the environmental resistance can be improved.
  • the magnetoresistive element (2) is formed on the first surface (1A) of the insulating substrate (1) and protects the magnetoresistive film (2a) (2c). Further has.
  • the magnetoresistive film (2a) is protected by the protective film (2c), so that the mounting can be performed safely.
  • the protective film (2c) is formed on the entire or substantially the entire first surface (1A) of the insulating substrate (1). Then, the other end (2bB) of the electrode (2b) penetrates the protective film (2c), and the protective film (2c) is formed with a hole (2cB1) through which the solder (11) or the bump (12) penetrates. The other end (2bB) of the electrode (2b) is electrically connected to the first end portion (3A) of the conductor (3) by at least one of the above.
  • the stress of the portion mounted on the conductor (3) of the magnetoresistive element (2) on the first surface (1A) of the insulating substrate (1) can be relaxed.
  • the protective film (2c) is an inorganic protective film (2cA) formed on the magnetic resistance film (2a) of the insulating substrate (1) and an inorganic protective film (2cA). It has an organic protective film (2cB) formed on it.
  • the electrode (2b) penetrates at least the inorganic protective film (2cA) and reaches the organic protective film (2cB).
  • the organic protective film (2cB) is formed with a hole (2cB1) through which the solder (11) or the bump (12) is at least partially penetrated.
  • the protective effect of the magnetic resistance film (2a) at the time of mounting is further enhanced by the two different protective films (inorganic protective film 2cA, organic protective film 2cB). Further, by forming the holes (2cB1) in the organic protective film (2cB), it is possible to facilitate the mounting by the solder (11) or the bump (12).
  • the protective film (2c) is formed on a part of the first surface (1A) of the insulating substrate (1), and the electrode (2b) is the insulating substrate (1). It is provided on the portion of the first surface (1A) where the protective film (2c) is not formed.
  • the portion forming the protective film (2c) and the portion provided with the electrode (2b) are made different to facilitate mounting. Can be planned.
  • the insulating substrate (1) is formed of a material containing sapphire as a main component.
  • the magnetoresistive element (2) can be effectively protected by using sapphire having high environmental resistance. Further, since sapphire has high strength, the thickness of the insulating substrate (1) can be reduced, and the detection accuracy can be improved. Further, since sapphire has high smoothness and translucency, it is formed on the magnetoresistive film (2a) of the first surface (1A) by polishing the first surface (1A) and the second surface (1B) to a mirror surface. The pattern defect can be detected from the second surface (1B) side.
  • the insulating substrate (1) is formed to have a thickness of 100-150 ⁇ m.
  • the first surface (1A) and the second surface (1B) of the insulating substrate (1) are mirror-polished.
  • the magnetic resistance film (2a) can be formed on the first surface (1A) with high accuracy. Further, the pattern defect generated in the magnetic resistance film (2a) of the first surface (1A) can be detected from the second surface (1B) side.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本開示の課題は、耐環境性の向上を図ることである。磁気センサ（１０）は、絶縁基板（１）と１つ以上の磁気抵抗素子（２）と導体（３）と封止部材（４）とを備える。導体（３）は、磁気抵抗素子（２）を外部の回路と電気的に接続する。封止部材（４）は、磁気抵抗素子（２）の全部と、絶縁基板（１）及び導体（３）のそれぞれの少なくとも一部とを封止する。磁気抵抗素子（２）は、磁気抵抗膜（２ａ）と電極（２ｂ）とを有する。磁気抵抗膜（２ａ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）に形成される。電極（２ｂ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）に設けられる。電極（２ｂ）の一端（２ａＡ）は磁気抵抗膜（２ａ）と、電極（２ｂ）の他端（２ａＢ）は導体（３）の第１端部（３Ａ）と、それぞれ電気的に接続される。封止部材（４）は、絶縁基板（１）の第２表面（１Ｂ）と導体（３）の第２端部（３Ｂ）を互いに異なる面（１Ａ，１Ｂ）から露出させる。

Description

磁気センサ
　本開示は、磁気センサに関し、より詳細には、磁気抵抗素子を用いた磁気センサに関する。
　特許文献１には、絶縁基板と、一対の電極と、異方性磁気抵抗層と、保護膜と、一対の端面電極と、めっき層とを備える磁気抵抗素子が記載されている。絶縁基板は、アルミナで形成される。一対の電極は、絶縁基板の上面の両端部に設けられる。異方性磁気抵抗層は、絶縁基板の上面に設けられ、かつ一対の電極間に設けられる。保護膜は、異方性磁気抵抗層を覆う。一対の端面電極は、一対の電極と電気的に接続されるように絶縁基板の上面から端面、下面にかけて設けられる。めっき層は、一対の端面電極の表面に設けられる。
　磁気センサは、例えば、自動車の各種のシャフト（ステアリングシャフト、ドライブシャフト等）の回転角や回転数等を検出するために、シャフトの近傍に設けられる。ドライブシャフトとその近傍は、１７０度の高温で、オイル等の化学物質に曝される過酷な環境である。特許文献１のものは、異方性磁気抵抗層が保護膜によって保護されるので、このような環境でも使用されうるが、更に高い環境耐性を有する磁気センサが期待される。
特開２０２０－１７８０４５号公報
　本開示の目的は、耐環境性の向上を図ることができる磁気センサを提供することである。
　本開示の一態様に係る磁気センサは、絶縁基板と、１つ以上の磁気抵抗素子と、導体と、封止部材とを備える。前記導体は、前記磁気抵抗素子を外部の回路と電気的に接続する。前記封止部材は、前記磁気抵抗素子の全部と、前記絶縁基板及び前記導体のそれぞれの少なくとも一部とを封止する。前記磁気抵抗素子は、磁気抵抗膜と、電極とを有する。前記磁気抵抗膜は、前記絶縁基板の第１表面に形成される。前記電極は、前記絶縁基板の前記第１表面に設けられ、一端が前記磁気抵抗膜と、他端が前記導体の第１端部と、それぞれ電気的に接続される。前記封止部材は、前記絶縁基板の第２表面と前記導体の第２端部を互いに異なる面から露出させる。
図１は、本開示の実施形態に係る磁気センサの断面図である。 図２は、同上の磁気センサの下面図である。 図３は、同上の磁気センサの上面図である。 図４は、同上の磁気センサの変形例１を示す断面図である。 図５は、同上の磁気センサの変形例２を示す断面図である。
　以下、本開示の実施形態に係る磁気センサについて、図１－図５を参照して説明する。ただし、各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさ及び厚さのそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、以下の実施形態で説明する構成は本開示の一例にすぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　（１）磁気センサの全体構成
　本開示の実施形態に係る磁気センサ１０は、図１－図３に示されるように、絶縁基板１と、４つの磁気抵抗素子２と、導体３と、封止部材４とを備える。
　なお、図１に示されているのは、図２及び図３に示す線分ＰＱにおける断面図である。図１において、左側の電極２ｂは、図２における左端（図３における右端）の磁気抵抗素子２を構成する電極２ｂであり、右側の電極２ｂは、図２における左から２番目（図３における右から２番目）の磁気抵抗素子２を構成する電極２ｂである。
　また、図２及び図３に示すように、櫛形に形成された磁気抵抗膜２ａと、その一端２ａＡ及び他端２ａＢに設けられた一対の電極２ｂとで、一の磁気抵抗素子２が構成される。従って、磁気センサ１０を構成する磁気抵抗素子２の数は、４つである。
　また、図２及び図３に示される６つの電極２ｂのうち一部の電極２ｂは、２つの磁気抵抗素子２の共有である。具体的には、図２において、上段の３個の電極２ｂのうち中央のものは、左から１番目及び３番目の２つの磁気抵抗素子２によって共有される。下段の３個の電極２ｂのうち中央のものは、左から２番目及び４番目の２つの磁気抵抗素子２によって共有される。
　さらに、図１の断面図に含まれる５つの磁気抵抗膜２ａのうち、左側の４つは、図２の４つの磁気抵抗素子２のうち、左端のものに対応する。図１の断面図に含まれる５つの磁気抵抗膜２ａのうち、右端のものは、図２の４つの磁気抵抗素子２のうち、左から２番目のものに対応する。
　ただし、以上は例示に過ぎず、磁気センサ１０を構成する磁気抵抗素子２の数は、１つ以上であれば幾つでもよい。
　絶縁基板１は、高い絶縁性を有する材料で形成された基板である。高い絶縁性を有する材料は、例えば、アルミナ、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂等であるが、これらに限らない。絶縁基板１は、例えば、矩形や六角形等の多角形、又は円形の薄い板であるが、その形状や厚みは問わない。なお、絶縁基板１の好ましい材料、及び好ましい厚みについては後述する。
　４つの磁気抵抗素子２は、絶縁基板１の第１表面１Ａに設けられる。第１表面１Ａとは、絶縁基板１の２つの表面のうち、磁気抵抗素子２が設けられる面である。絶縁基板１の２つの表面のうち、磁気抵抗素子２が設けられていない面は、第２表面１Ｂである。なお、図示しない通常実装（後述）の態様では、絶縁基板１の上下２つの表面のうち、上の面が第１表面、下の面が第２表面であるが、図１に示す反転実装（後述）の態様の絶縁基板１では、上下２つの表面のうち、下の面が第１表面１Ａ、上の面が第２表面１Ｂとなる。
　磁気抵抗素子２は、磁界に応じて電気抵抗が変化する素子である。なお、磁気抵抗素子２の構成、及び配置等については後述する。
　導体３は、磁気抵抗素子２を、外部の回路（図示しない）と電気的に接続する。なお、外部の回路については後述する。
　詳しくは、図１に示されるように、導体３の第１端部３Ａが、電極２ｂの他端２ｂＢと接し、導体３の第２端部３Ｂは、封止部材４の第２面４Ｂから露出する。第１端部３Ａとは、導体３の２つの端部のうち、磁気抵抗素子２側の端部であり、第２端部３Ｂとは、導体３の２つの端部のうち、磁気抵抗素子２とは反対側の端部である。
　露出している第２端部３Ｂは、外部の回路への配線（外部配線）と電気的に接続される。なお、導体３は、外部配線を介さず、直に外部の回路と接続されてもよい。
　なお、導体３は、例えば、銅などの金属で形成された細長い板である。導体３は、図１に示されるように、第１端部３Ａ及び第２端部３Ｂが絶縁基板１と平行になり、かつ第１端部３Ａ及び第２端部３Ｂの間が「くの字」型となるように、長手方向の３か所で曲げられている。第１端部３Ａ及び第２端部３Ｂの間の「くの字」型の部分は、例えば、導体３と封止部材４の膨張係数の違いに起因して第１端部３Ａ及び第２端部３Ｂに働く応力を、屈伸により緩和する作用効果を有する。
　外部の回路は、磁気抵抗素子２の出力を、対象物の動きに関する情報（以下、「動き情報」）に変換する処理回路であり、プロセッサ及びメモリ等によって実現される。例えば、磁気抵抗素子２からの信号が外部の回路に入力され、外部の回路から動き情報が出力される。動き情報は、例えば、ドライブシャフトの回転数であるが、ステアリングシャフトの回転角、ペダルの位置などでもよい。
　封止部材４は、磁気抵抗素子２の全部と、絶縁基板１及び導体３のそれぞれの少なくとも一部とを封止する。詳しくは、図１に示されるように、磁気抵抗素子２の全部と、絶縁基板１の、第２表面１Ｂを除く部分と、磁気抵抗素子２の、導体３の第２端部３Ｂを除く部分とが、封止部材４によって封止される。
　そして、封止部材４は、絶縁基板１の第２表面１Ｂと、導体３の第２端部３Ｂとを、互いに異なる面から露出させる。詳しくは、図１に示されるように、絶縁基板１の第２表面１Ｂが、封止部材４の第１面４Ａから露出し、導体３の第２端部３Ｂは、封止部材４の第２面４Ｂから露出する。
　封止部材４の内部では、絶縁基板１の第１表面１Ａが、導体３の第１端部３Ａと対面し、電極２ｂの一端２ｂＡは磁気抵抗膜２ａと、電極２ｂの他端２ｂＢは導体３の第１端部３Ａと、それぞれ電気的に接続される。なお、電気的に接続されることは、直に接することでも、配線を介して接続されることでも、半田１１若しくはバンプ１２で接続されることでもよく、その態様は問わない。
　封止部材４は、例えば、液晶ポリマ等の樹脂で形成されるが、これに限らない。
　このように、磁気センサ１０は、４つの磁気抵抗素子２の全部と、絶縁基板１及び導体３のそれぞれの一部とを、封止部材４により封止したものである。磁気センサ１０は、絶縁基板１の磁気抵抗素子２が設けられた第１表面１Ａを、導体３の第１端部３Ａと対面させる点に特徴がある。これによって、絶縁基板１は、第１表面１Ａ及び第２表面１Ｂの上下を通常とは逆にした反転状態で、導体３に実装される結果となる。
　本開示では、絶縁基板１の第１表面１Ａを、導体３の第１端部３Ａと対面させる態様（従って、図１に示すように、第２表面１Ｂが上、第１表面１Ａが下）の実装を「反転実装」と称する。これに対して、絶縁基板１の第２表面１Ｂを、導体３の第１端部３Ａと対面させる態様（従って、通常のように、第１表面１Ａが上、第２表面１Ｂが下：図示しない）の実装を、「通常実装」と称する。
　反転実装によれば、絶縁基板１の第２表面１Ｂ及び導体３の第２端部３Ｂが、封止部材４の異なる面（第１面４Ａ及び第２面４Ｂ）からそれぞれ露出し、磁気抵抗素子２は、封止部材４及び絶縁基板１で効果的に保護される。
　（１－１）絶縁基板
　（１－１－１）絶縁基板の材料
　絶縁基板１は、第１表面１Ａに磁気抵抗膜２ａが形成されるため、平滑性が高い材料で形成される必要がある。また、絶縁基板１の材料は、価格が低いことが好ましい。
　加えて、本実施形態における絶縁基板１は、前述したように、第２表面１Ｂが封止部材４の第１面４Ａから露出するため、耐環境性及び強度が高い材料で形成されることは好適である。なお、耐環境性は、具体的には、耐熱性及び耐食性等であるが、これに限らない。
　絶縁基板１の材料は、上記のような条件を全て満たすサファイアが最適である。サファイアは、酸化アルミニウムの単結晶であり、透光性を有している。なお、サファイアは、無色のものが好適であるが、着色していてもよい。
　また、絶縁基板１の材料は、耐環境性及び強度がサファイアには及ばないが、ガラスも好適である。好ましいガラスの組成は、例えば、二酸化ケイ素８１％、無水ホウ酸１３％、酸化アルミニウム２％、及び酸化ナトリウム／酸化カリウム４％であるが、これに限らない。なお、ガラスは、無色のものが好適であるが、着色していてもよい。
　なお、サファイア及びガラスは、平滑性が高く、かつ透明なので、サファイア又はガラスで形成された絶縁基板１の第１表面１Ａ及び第２表面１Ｂを鏡面に研磨すれば、第１表面１Ａの磁気抵抗膜２ａに生じたターン欠陥を第２表面１Ｂ側から検知可能になる。
　従って、サファイア又はガラスで形成された絶縁基板１（以下、「サファイア基板」又は「ガラス基板」）は、反転実装に好適である。ただし、サファイア基板又はガラス基板は、通常実装に使用されてもよいことは言うまでもない。
　さらに、絶縁基板１の材料は、平滑性がサファイア及びガラスに及ばず、かつ高価であるが、ジルコニアでもよい。
　なお、アルミナは、平滑性及び透光性がサファイア及びガラスに及ばない点で、絶縁基板１の材料には適さない。ただし、磁気抵抗膜２ａが絶縁基板１及び封止部材４で効果的に保護されるという反転実装の主要な効果は、絶縁基板１の材料によらず得られる。
　（１－１－２）絶縁基板の厚み
　絶縁基板１の第２表面１Ｂが導体３の第１端部３Ａと対面する通常実装に対し、絶縁基板１の第１表面１Ａを導体３の第１端部３Ａと対面させる反転実装では、磁気抵抗膜２ａから検出対象（例えば、ドライブシャフトに設けられたマグネットロータ）までの距離が、絶縁基板１の厚みの分だけ長くなる。従って、絶縁基板１は、強度が所定の閾値を下回らない範囲で、できるだけ薄く形成されることが好ましい。なお、所定の閾値は、実験によって決定されうる。
　例えば、通常実装に用いるアルミナ基板が５００－７００μｍの厚みを有するのに対し、反転実装に用いるサファイア基板は、厚みを１００μｍまで薄くできる。なお、厚みとは、第１表面１Ａと第２表面１Ｂの間の距離であることは言うまでもない。また、磁気センサ１０のサイズや使用環境等によっては、サファイア基板の厚みを１００μｍ未満にできる可能性もある。
　本実施形態における絶縁基板１は、例えば、サファイアを主成分とする材料で、１００－１５０μｍの厚みに形成される。これにより、耐環境性の向上と検出精度の向上との両立が図られる。
　（１－１－３）絶縁基板の表面
　サファイア又はガラスで形成された絶縁基板１は、第１表面１Ａ及び第２表面１Ｂが鏡面に研磨される。第１表面１Ａを鏡面に研磨することで、第１表面１Ａに高精度で磁気抵抗膜２ａを形成できる。また、サファイア又はガラスは透明なので、第２表面１Ｂをも鏡面に研磨することで、第１表面１Ａの磁気抵抗膜２ａに生じたパターン欠陥を、第２表面１Ｂ側から検知可能になる。なお、検知は、通常、イメージセンサ及びプロセッサ等を利用した画像処理による検知であるが、顕微鏡を利用した人の目視による検知でもよい。
　（１－２）磁気抵抗素子
　磁気抵抗素子２は、磁気抵抗膜２ａと、電極２ｂと、保護膜２ｃとを有する。磁気抵抗膜２ａ、電極２ｂ及び保護膜２ｃは、絶縁基板１の第１表面１Ａに形成される。
　（１－２－１）磁気抵抗膜
　磁気抵抗膜２ａは、磁気異方性を有する。磁気抵抗膜２ａは、例えば、ニッケル、鉄などの強磁性金属を主成分とする合金（パーマロイ等）によって、数ｎｍ－１０数ｎｍ（例えば、１０ｎｍ）の厚みに形成される。磁気抵抗膜２ａは、例えば、真空蒸着，スパッタリング等で形成される。ただし、磁気抵抗膜２ａの材料や厚みや形成方法は問わない。
　磁気抵抗膜２ａは、所定の形状に形成（パターニング）される。本実施形態では、図２及び図３に示すように、磁気抵抗膜２ａの形状は、複数の歯が左右対称に配列された櫛形である。絶縁基板１の第１表面１Ａには、４つの櫛形の磁気抵抗膜２ａが、互い違いに配置される。ただし、以上は例示に過ぎず、磁気抵抗膜２ａの形状は問わない。
　（１－２－２）電極
　電極２ｂは、一端２ｂＡが磁気抵抗膜２ａと、他端２ｂＢが導体３の第１端部３Ａと、それぞれ電気的に接続される。
　本実施形態では、図２及び図３に示すように、一の磁気抵抗素子２（図２では左端の、図３では右端の磁気抵抗素子２）において、電極２ｂの一端２ｂＡは、磁気抵抗膜２ａの一端２ａＡと導線１３等で接続され、電極２ｂの他端２ｂＢは、導体３の第１端部３Ａと半田１１で接続される。そして、磁気抵抗膜２ａの他端２ａＢは、他の磁気抵抗素子２（図２では左から３番目の、図３では右から３番目の磁気抵抗素子２）と共有の電極２ｂに、導線１３で接続されている。ただし、上記要素間の接続の態様は問わない。
　ただし、以上は例示に過ぎず、磁気抵抗膜２ａから電気抵抗に応じた電圧等の信号を取り出しうるものであれば、電極２ｂの構造や配置は問わない。
　（１－２－３）保護膜
　保護膜２ｃは、磁気抵抗膜２ａを保護する。本実施形態における保護膜２ｃは、図１に示すように、無機保護膜２ｃＡ及び有機保護膜２ｃＢの２層で構成される。そして、このような２層の保護膜２ｃが、絶縁基板１の第１表面１Ａの全体又は略全体に形成される。
　無機保護膜２ｃＡは、例えば、窒化珪素、酸化珪素等の材料で、１μｍの厚みに形成される。有機保護膜２ｃＢは、例えば、ポリイミド樹脂等の材料で、数μｍの厚みに形成される。有機保護膜２ｃＢは、実装時の耐圧性を高める作用も有する。
　最初、絶縁基板１の第１表面１Ａに、磁気抵抗膜２ａが形成され、その後、無機保護膜２ｃＡ及び有機保護膜２ｃＢが順次形成される。なお、無機保護膜２ｃＡ及び有機保護膜２ｃＢは、例えば、真空蒸着，スパッタリング等で形成される。
　こうして、異なる材料で２層の保護膜２ｃを形成することで、磁気抵抗素子２を導体３に実装する時に、磁気抵抗膜２ａが損傷する可能性を効果的に低減できる。
　本実施形態における電極２ｂは、図１に示されるように、無機保護膜２ｃＡの厚みよりも僅かに厚い。このため、電極２ｂの他端２ｂＢは、無機保護膜２ｃＡを貫通し、有機保護膜２ｃＢに達する。有機保護膜２ｃＢには、半田１１を少なくとも部分的に貫通させる孔２ｃＢ１が予め形成されている。この孔２ｃＢ１に、溶融した半田１１を流し込んで固化させることで、電極２ｂの他端２ｂＢは、導体３の第１端部３Ａと電気的に接続される。
　なお、保護膜２ｃの厚みよりも長い電極２ｂを用いてもよく、その場合、電極２ｂの他端２ｂＢは、保護膜２ｃを貫通し、導体３の第１端部３Ａと直に接続される。
　なお、保護膜２ｃの層数を３層以上とし、実装時の損傷の可能性のより一層の低減を図ってもよい。
　または、保護膜２ｃは、有機材料または無機材料の単一層（図示しない）で構成されてもよい。単一層の保護膜２ｃであっても、実装時の損傷の可能性を低減する効果は得られる。
　または、絶縁基板１の第１表面１Ａには、何らの保護膜も形成されなくてもよい。実装後、絶縁基板１、磁気抵抗素子２及び導体３は封止部材４で封止され、絶縁基板１の第２表面１Ｂと導体３の第２端部３Ｂだけが封止部材４から露出する。実装時に損傷を免れた磁気抵抗素子２は、絶縁基板１及び封止部材４によって外部環境から守られる。
　また、保護膜２ｃは、後述する変形例１のように、絶縁基板１の第１表面１Ａの一部にのみ形成されてもよい。
　このように、保護膜２ｃの層数や材料や厚みや形成方法は問わない。
　（１－３）変形例１
　保護膜２ｃに形成される孔２ｃＢ１は、バンプ１２を少なくとも部分的に貫通させるものでもよい。そして、この孔２ｃＢ１に、バンプ１２を挿入し、圧着することで、電極２ｂの他端２ｂＢは、導体３の第１端部３Ａと電気的に接続される。
　これにより、導体３の第１端部３Ａに対する電極２ｂ及び保護膜２ｃの接合特性が高まり、実装部の応力の更なる緩和が図られる。
　なお、バンプ１２の材料は、金が好適であるが、銅やインジウム等でもよく、その種類は問わない。また、バンプ１２は、メッキで形成しても、ワイヤボンダで作成してもよく、その製造方法は問わない。
　（１－４）変形例２
　図５に示すように、保護膜２ｃは、絶縁基板１の第１表面１Ａの一部に形成され、絶縁基板１の第１表面１Ａの、保護膜２ｃが形成されていない部分に、電極２ｂが設けられてもよい。
　こうして、絶縁基板１の第１表面１Ａにおいて、保護膜２ｃを形成する部分と電極２ｂが設けられる部分とを異ならせることで、保護膜２ｃに孔２ｃＢ１を形成する必要がなくなり、実装の容易化が図られる。
　（２）磁気センサの使用例
　磁気センサ１０は、通常、対象物（図示しない）と共に動く磁石（図示しない）の近傍に設けられ、前述した外部の回路（図示しない）に、外部配線を介して接続される。すなわち、磁気センサ１０は、磁石及び外部の回路と共に、磁気エンコーダを構成する。
　対象物とは、磁気センサ１０の検出の対象となる物である。対象物は、例えば、回転体である。回転体は、例えば、自動車のシャフトである。シャフトは、例えば、ドライブシャフトが好適であるが、ステアリングシャフト等でもよく、その種類は問わない。なお、ドライブシャフトの近傍は、前述したように、１７０度の高温かつオイル等の化学物質に曝される過酷な環境である。ただし、対象物は、例えば、ペダル等の移動体でもよく、動く物であれば何でもよい。
　磁石は、通常、永久磁石であり、その材料は、例えば、フェライト、アルニコ等であるが、磁性を有する材料であれば何でもよい。対象物と共に動く磁石とは、例えば、回転体に設けられ、回転体と共に回転するドラム状のマグネットロータである。ただし、対象物と共に動く磁石は、例えば、移動体に設けられ、移動体と共に移動するタブレット状又は線状等のマグネットでもよく、その動き及び形状は問わない。なお、対象物が磁性を有する場合、磁石はなくてもよい。ただし、磁石を設けることで、検出精度が向上する。
　例えば、シャフトと共に回転するマグネットロータの近傍に磁気センサ１０が設けられている場合、シャフトが回転する又は回転速度が変化すると、マグネットロータによる磁界が変化し、それに応じて磁気抵抗素子２の電気抵抗が変化する。また、ペダルと共に移動するタブレット型のマグネットの近傍に磁気センサ１０が設けられている場合は、ペダルの位置又は移動速度に応じて磁界が変化し、磁気抵抗素子２の電気抵抗が変化する。磁気抵抗素子２からは、例えば、電気抵抗に応じた電圧又は電流を示す信号が出力される。
　磁気抵抗素子２の出力は、外部の回路に入力され、外部の回路から、ドライブシャフトの回転数等の動き情報が出力される。
　なお、プロセッサ等で構成される外部の回路は、通常、耐環境性が磁気センサ１０ほど高くないため、ドライブシャフトから離れた場所（例えば、ダッシュボード内など）に設けられ、外部配線を介して磁気センサ１０と接続される。ただし、外部の回路は、磁気センサ１０の近傍に設けられ、磁気センサ１０を構成する導体３の第２端部３Ｂと直に接続されてもよい。
　磁気センサ１０では、前述したように、絶縁基板１の第２表面１Ｂと導体３の第２端部３Ｂが封止部材４から露出し、磁気抵抗素子２は、絶縁基板１及び封止部材４で効果的に保護される。また、磁石は、磁気抵抗素子２の検出精度の向上に寄与する。これによって、耐環境性及び検出精度の向上が図られる。
　従って、本開示の実施形態に係る磁気センサ１０は、例えば、ドライブシャフトの近傍等の過酷な環境で使用される場合でも、磁気抵抗素子２の破損が回避され、高い精度で回転数等の検出を行うことが可能になる。
　（３）まとめ
　以上説明したように、本開示の第１の態様に係る磁気センサ（１０）は、絶縁基板（１）と、１つ以上の磁気抵抗素子（２）と、導体（３）と、封止部材（４）とを備える。導体（３）は、磁気抵抗素子（２）を外部の回路と電気的に接続する。封止部材（４）は、磁気抵抗素子（２）の全部と、絶縁基板（１）及び導体（３）のそれぞれの少なくとも一部とを封止する。
　磁気抵抗素子（２）は、磁気抵抗膜（２ａ）と、電極（２ｂ）とを有する。磁気抵抗膜（２ａ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）に形成される。電極（２ｂ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）に設けられ、一端（２ａＡ）が磁気抵抗膜（２ａ）と、他端（２ａＢ）が導体（３）の第１端部（３Ａ）と、それぞれ電気的に接続される。
　封止部材（４）は、絶縁基板（１）の第２表面（１Ｂ）と導体（３）の第２端部（３Ｂ）を互いに異なる面（第１表面１Ａ，第２表面１Ｂ）から露出させる。
　この態様によれば、絶縁基板（１）の磁気抵抗膜（２ａ）が設けられた第１表面（１Ａ）を導体（３）の第１端部（３Ａ）と対面させることで、絶縁基板（１）の第２表面（１Ｂ）と導体（３）の第２端部（３Ｂ）が封止部材（４）から露出し、磁気抵抗素子（２）は、絶縁基板（１）及び封止部材（４）で効果的に保護される。その結果、耐環境性の向上を図ることができる。
　第２の態様は、第１の態様において、磁気抵抗素子（２）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）に形成され、磁気抵抗膜（２ａ）を保護する保護膜（２ｃ）を更に有する。
　この態様によれば、磁気抵抗素子（２）を導体（３）に実装する時に、磁気抵抗膜（２ａ）が保護膜（２ｃ）で保護されているので、安全に実装を行える。
　第３の態様は、第２の態様において、保護膜（２ｃ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）の全体又は略全体に形成される。そして、電極（２ｂ）の他端（２ｂＢ）が保護膜（２ｃ）を貫通すること、及び保護膜（２ｃ）に半田（１１）又はバンプ（１２）を貫通させる孔（２ｃＢ１）が形成されること、の少なくとも一方により、電極（２ｂ）の他端（２ｂＢ）は導体（３）の第１端部（３Ａ）と電気的に接続される。
　この態様によれば、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）において、磁気抵抗素子（２）の導体（３）に実装される部分の応力を緩和できる。
　第４の態様は、第３の態様において、保護膜（２ｃ）は、絶縁基板（１）の磁気抵抗膜（２ａ）上に形成される無機保護膜（２ｃＡ）と、無機保護膜（２ｃＡ）上に形成される有機保護膜（２ｃＢ）とを有する。電極（２ｂ）は、少なくとも無機保護膜（２ｃＡ）を貫通して有機保護膜（２ｃＢ）に達する。有機保護膜（２ｃＢ）には、半田（１１）又はバンプ（１２）を少なくとも部分的に貫通させる孔（２ｃＢ１）が形成される。
　この態様によれば、異なる２層の保護膜（無機保護膜２ｃＡ，有機保護膜２ｃＢ）によって、実装時における磁気抵抗膜（２ａ）の保護効果がより高まる。また、有機保護膜（２ｃＢ）に孔（２ｃＢ１）を形成することで、半田（１１）又はバンプ（１２）による実装の容易化を図ることができる。
　第５の態様は、第２の態様において、保護膜（２ｃ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）の一部に形成され、電極（２ｂ）は、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）の、保護膜（２ｃ）が形成されていない部分に設けられる。
　この態様によれば、絶縁基板（１）の第１表面（１Ａ）において、保護膜（２ｃ）を形成する部分と電極（２ｂ）が設けられる部分とを異ならせることで、実装の容易化を図ることができる。
　第６の態様は、第１－第５のいずれか１つの態様において、絶縁基板（１）は、サファイアを主成分とする材料で形成される。
　この態様によれば、耐環境性が高いサファイアを用いることで、磁気抵抗素子（２）を効果的に保護できる。また、サファイアは強度が高いので、絶縁基板（１）の厚みを薄くでき、検出精度の向上を図ることもできる。さらに、サファイアは平滑性及び透光性が高いので、第１表面（１Ａ）及び第２表面（１Ｂ）を鏡面に研磨することで、第１表面（１Ａ）の磁気抵抗膜（２ａ）に生じたパターン欠陥を、第２表面（１Ｂ）側から検知可能になる。
　第７の態様は、第６の態様において、絶縁基板（１）は、１００－１５０μｍの厚みに形成される。
　この態様によれば、耐環境性の向上と検出精度の向上の両立を図ることができる。
　第８の態様は、第６又は第７の態様において、絶縁基板（１）は、第１表面（１Ａ）及び第２表面（１Ｂ）が鏡面に研磨される。
　この態様によれば、第１表面（１Ａ）に高精度で磁気抵抗膜（２ａ）を形成できる。また、第１表面（１Ａ）の磁気抵抗膜（２ａ）に生じたパターン欠陥を、第２表面（１Ｂ）側から検知可能になる。
　１　絶縁基板
　１Ａ　第１表面
　１Ｂ　第２表面
　２　磁気抵抗素子
　２ａ　磁気抵抗膜
　２ａＡ　一端
　２ａＢ　他端
　２ｂ　電極
　２ｂＡ　一端
　２ｂＢ　他端
　２ｃ　保護膜
　２ｃＡ　無機保護膜
　２ｃＢ　有機保護膜
　２ｃＢ１　孔
　３　導体
　３Ａ　第１端部
　３Ｂ　第２端部
　４　封止部材
　４Ａ　第１面
　４Ｂ　第２面
　１０　磁気センサ
　１１　半田
　１２　バンプ

Claims (8)

  1. 　絶縁基板と、
    　１つ以上の磁気抵抗素子と、
    　前記磁気抵抗素子を外部の回路と電気的に接続するための導体と、
    　前記磁気抵抗素子の全部と、前記絶縁基板及び前記導体のそれぞれの少なくとも一部とを封止する封止部材とを備え、
    　前記磁気抵抗素子は、
    　　前記絶縁基板の第１表面に形成された磁気抵抗膜と、
    　　前記絶縁基板の前記第１表面に設けられ、一端が前記磁気抵抗膜と、他端が前記導体の第１端部と、それぞれ電気的に接続される電極とを有し、
    　前記封止部材は、前記絶縁基板の第２表面と前記導体の第２端部を互いに異なる面から露出させる、
    　磁気センサ。
  2. 　前記磁気抵抗素子は、前記絶縁基板の前記第１表面に形成され、前記磁気抵抗膜を保護する保護膜を更に有する、
    　請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記保護膜は、前記絶縁基板の前記第１表面の全体又は略全体に形成され、
    　前記電極の前記他端が前記保護膜を貫通すること、及び前記保護膜に半田又はバンプを貫通させる孔が形成されること、の少なくとも一方により、前記電極の前記他端は前記導体の前記第１端部と電気的に接続される、
    　請求項２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記保護膜は、前記絶縁基板の前記磁気抵抗膜上に形成される無機保護膜と、前記無機保護膜上に形成される有機保護膜とを有し、
    　前記電極は、少なくとも前記無機保護膜を貫通して前記有機保護膜に達し、
    　前記有機保護膜には、前記半田又は前記バンプを少なくとも部分的に貫通させる孔が形成される、
    　請求項３に記載の磁気センサ。
  5. 　前記保護膜は、前記絶縁基板の前記第１表面の一部に形成され、
    　前記電極は、前記絶縁基板の前記第１表面の、前記保護膜が形成されていない部分に設けられる、
    　請求項２に記載の磁気センサ。
  6. 　前記絶縁基板は、サファイアを主成分とする材料で形成される、
    　請求項１－５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  7. 　前記絶縁基板は、１００－１５０μｍの厚みに形成される、
    　請求項６に記載の磁気センサ。
  8. 　前記絶縁基板は、前記第１表面及び前記第２表面が鏡面に研磨される、
    　請求項６又は７に記載の磁気センサ。
PCT/JP2021/044796 2020-12-18 2021-12-06 磁気センサ WO2022131060A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022569882A JPWO2022131060A1 (ja) 2020-12-18 2021-12-06
CN202180080813.4A CN116635695A (zh) 2020-12-18 2021-12-06 磁传感器
US18/256,351 US20240019504A1 (en) 2020-12-18 2021-12-06 Magnetic sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020210794 2020-12-18
JP2020-210794 2020-12-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022131060A1 true WO2022131060A1 (ja) 2022-06-23

Family

ID=82057683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/044796 WO2022131060A1 (ja) 2020-12-18 2021-12-06 磁気センサ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240019504A1 (ja)
JP (1) JPWO2022131060A1 (ja)
CN (1) CN116635695A (ja)
WO (1) WO2022131060A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521863A (ja) * 1991-07-15 1993-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 強磁性磁気抵抗素子
JPH08116108A (ja) * 1994-10-13 1996-05-07 Hitachi Metals Ltd 磁気式センサ
JPH10289422A (ja) * 1997-04-17 1998-10-27 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 磁気検出装置及びその製造方法
JPH11330584A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Murata Mfg Co Ltd 磁電変換素子およびそれを用いた磁気センサ、磁電変換素子の製造方法
WO2001046708A1 (fr) * 1999-12-22 2001-06-28 Mitsubichi Denki Kabushiki Kaisha Equipement de detection et son procede de fabrication
JP2005337866A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Asahi Kasei Corp 磁性体検出器及び半導体パッケージ
JP2017026312A (ja) * 2013-12-02 2017-02-02 コニカミノルタ株式会社 三次元磁気センサー

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521863A (ja) * 1991-07-15 1993-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 強磁性磁気抵抗素子
JPH08116108A (ja) * 1994-10-13 1996-05-07 Hitachi Metals Ltd 磁気式センサ
JPH10289422A (ja) * 1997-04-17 1998-10-27 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 磁気検出装置及びその製造方法
JPH11330584A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Murata Mfg Co Ltd 磁電変換素子およびそれを用いた磁気センサ、磁電変換素子の製造方法
WO2001046708A1 (fr) * 1999-12-22 2001-06-28 Mitsubichi Denki Kabushiki Kaisha Equipement de detection et son procede de fabrication
JP2005337866A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Asahi Kasei Corp 磁性体検出器及び半導体パッケージ
JP2017026312A (ja) * 2013-12-02 2017-02-02 コニカミノルタ株式会社 三次元磁気センサー

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022131060A1 (ja) 2022-06-23
US20240019504A1 (en) 2024-01-18
CN116635695A (zh) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101395450B (zh) 磁编码器装置
US7405560B2 (en) GMR angle sensor for vehicles
JP2009222524A (ja) 回転検出装置
JP4890891B2 (ja) 磁気センサ、その製造方法および電子機器
JP5641276B2 (ja) 電流センサ
WO2022131060A1 (ja) 磁気センサ
CN1235238C (zh) 无源的磁性位置传感器
EP1536490A1 (en) Magnetoresistance effect element and production method and application method therefor
JP2002206950A (ja) 磁気センサー
JP2020178045A (ja) 磁気抵抗素子およびその製造方法
JP2012173206A (ja) 磁気センサ及びその製造方法
JPH11287669A (ja) 磁界センサ
JP2010173008A (ja) 回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法
WO2022107764A1 (ja) 磁気センサ
JP2021015936A (ja) 電子部品パッケージ
WO2022107763A1 (ja) 磁気センサ
JPH0537041A (ja) 磁気センサ
JP4893541B2 (ja) 磁気センサ
JP2007139513A (ja) 磁気センサおよびこれを用いたエンコーダ
US20200309868A1 (en) Magnetic substance detection sensor
JP2002107433A (ja) 磁気式センサーとその製造方法、およびエンコーダー
JP2007047059A (ja) プローブユニット、プローブユニットの製造方法及び電子デバイスの検査方法
JP4094090B2 (ja) 磁気センサの製造方法
JP4900855B2 (ja) 絶対位置検出方法、回転角度検出方法、及び絶対位置検出構造
CN104459575B (zh) 一种磁传感装置及该磁传感装置的制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21906423

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180080813.4

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022569882

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18256351

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21906423

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1