WO2024047726A1 - 磁気センサ - Google Patents
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- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
Definitions
- the present invention relates to a magnetic sensor, and particularly to a magnetic sensor that includes an external magnetic body that collects magnetic flux on a magnetic sensing element and a compensation coil.
- a magnetic sensor described in Patent Document 1 is known as a magnetic sensor that includes an external magnetic body that collects magnetic flux on a magnetic sensing element and a compensation coil.
- the magnetic sensor described in Patent Document 1 has a molded member fixed to an external magnetic body, and an end of a compensation coil is connected to a connecting pin held by the molded member. This makes it easy to connect the compensation coil and the feedback circuit.
- the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the compensation coil is mostly in the axial direction of the external magnetic body.
- a slight magnetic field is also generated from the end of the compensation coil connected to the connection pin, it is desirable to have a structure in which the magnetic field generated from the end of the compensation coil does not cause noise.
- an object of the present invention is to reduce the influence of the magnetic field generated from the end of the compensation coil on the magnetic sensing element in a magnetic sensor equipped with an external magnetic body that collects magnetic flux on the magnetic sensing element and a compensation coil.
- the magnetic sensor according to the present invention includes: a sensor chip having a magnetic sensing element; an external magnetic body that collects a magnetic field to be detected on the magnetic sensing element; a molded member having a bobbin portion and a terminal fixing portion that cover the external magnetic body; A molded member comprising a compensation coil wound around an external magnetic body via a bobbin portion of the member, and a first connection terminal fixed to a terminal fixing portion of the molded member and connected to one end of the compensation coil.
- the bobbin part has the first direction as the axial direction, and the terminal fixing part of the molded member is perpendicular to the first direction and parallel to the bobbin connection surface to which the bobbin part is connected.
- a terminal fixing surface to which a first connecting terminal is fixed, and one end of the compensation coil has a first section extending along the bobbin connecting surface and a second section extending along the terminal fixing surface. It has an interval of
- the position of one end of the compensation coil may change depending on conditions, or the position of one end of the compensation coil may differ depending on the product. There is nothing to do. This makes it possible to reduce the influence of the magnetic field generated from the end of the compensation coil on the magnetic sensing element.
- the magnetic sensor according to the present invention further includes a second connecting terminal fixed to the terminal fixing part of the molded member and connected to the other end of the compensation coil, and the second connecting terminal is fixed to the terminal fixing surface of the terminal fixing part.
- the compensation coil may be fixed, and the other end of the compensation coil may have a third section extending along the bobbin connection surface and a fourth section extending along the terminal fixing surface. According to this, the position of the other end of the compensation coil does not change depending on the conditions, or the position of the other end of the compensation coil does not vary depending on the product.
- the first and second connection terminals are fixed to the terminal fixing surface of the terminal fixing part, it becomes possible to cancel the magnetic field generated from the second section and the magnetic field generated from the fourth section.
- the first section and the third section may extend parallel to each other. According to this, it becomes possible to effectively cancel the magnetic field generated from the first section and the magnetic field generated from the third section.
- the second section and the fourth section may extend parallel to each other. According to this, it becomes possible to effectively cancel the magnetic field generated from the second section and the magnetic field generated from the fourth section.
- both the second section and the fourth section may extend in the first direction. According to this, it becomes possible to further reduce the influence that the magnetic fields generated from the second and fourth sections have on the magnetic sensing element.
- the terminal fixing surface extends in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction
- the terminal fixing part further includes a positioning part provided on the terminal fixing surface.
- the position of the second section of the compensation coil in the second direction may be determined by a positioning section. According to this, a shift in the position of the second section of the compensation coil in the second direction is less likely to occur.
- the external magnetic body includes a first region facing the sensor chip in a first direction, a second region located on the opposite side of the sensor chip when viewed from the first region, and a second region facing the sensor chip in the first direction.
- the region may have a height smaller than the first region in a second direction perpendicular to the first direction, and the bobbin portion of the molded member may cover the second region of the external magnetic body. I do not care. According to this, even when an external magnetic body and a molded member are mounted on the board, it is possible to prevent interference between the compensation coil and the board.
- a magnetic sensor including an external magnetic body that collects magnetic flux on the magnetic sensing element and a compensation coil, it is possible to reduce the influence of the magnetic field generated from the end of the compensation coil on the magnetic sensing element. becomes possible.
- FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic perspective view showing the external appearance of the magnetic sensor 1, and is a view seen from a different direction from FIG.
- FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the magnetic sensor 1.
- FIG. 4 is a schematic plan view of the sensor chip 20.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining an example in which the magnetic layer and the magnetically sensitive element overlap.
- FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the connection relationship between the magnetic sensing elements R1 to R4 and the compensation coil 60.
- FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining the structure of the external magnetic body 30.
- FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining the structure of the molded member 50.
- FIGS. 1 and 2 are schematic perspective views showing the external appearance of a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention, as viewed from different directions. Further, FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the magnetic sensor 1.
- the magnetic sensor 1 includes a substrate 10, a sensor chip 20 mounted on the surface 11 constituting the XZ plane of the substrate 10, external magnetic bodies 30, 41, 42, and It includes a molded member 50, a compensation coil 60 wound around the molded member 50, and a pair of connection terminals 71 and 72 fixed to the molded member 50.
- the sensor chip 20 has an element formation surface 21 and a back surface 22 that constitute an XY plane, side surfaces 23 and 24 that constitute a YZ plane, and side surfaces 25 and 26 that constitute an XZ plane, and the side surface 26 is a substrate. It is mounted on the substrate 10 so as to face the surface 11 of the substrate 10 .
- the surface 11 of the substrate 10 and the element formation surface 21 of the sensor chip 20 are perpendicular.
- the external magnetic bodies 30, 41, and 42 serve to collect magnetic flux on the sensor chip 20, and are all made of a high magnetic permeability material such as ferrite.
- the external magnetic body 30 is a rod-shaped body whose longitudinal direction is in the Z direction, and is positioned approximately at the center of the element forming surface 21 in the X direction so as to cover a part of the magnetic layer M1.
- the external magnetic bodies 41 and 42 are located on the opposite side of the external magnetic body 30 when viewed from the sensor chip 20.
- the external magnetic material 41 covers a portion of the magnetic layer M2 and also covers a portion of the side surface 23 and back surface 22 of the sensor chip 20.
- the external magnetic body 42 covers a part of the magnetic layer M3, and also covers another part of the side surface 24 and back surface 22 of the sensor chip 20. With this configuration, the magnetic field in the Z direction is selectively concentrated, and the concentrated magnetic field is applied to the sensor chip 20.
- the molded member 50 is made of a non-magnetic insulating material such as resin, and is fixed to the external magnetic body 30 using an adhesive or the like.
- a compensation coil 60 is wound around the molded member 50, and connection terminals 71 and 72 are fixed thereto.
- the connection terminals 71 and 72 are embedded in the molded member 50 and have a main body portion extending in the Y direction and a terminal portion formed by bending both ends of the main body portion in the X direction.
- One end of the compensation coil 60 is connected to the terminal portion 71a of the connection terminal 71, and the other end of the compensation coil 60 is connected to the terminal portion 72a of the connection terminal 72.
- the terminal portion 71b of the connecting terminal 71 and the terminal portion 72b of the connecting terminal 72 are connected to a land pattern provided on the surface 11 of the substrate 10.
- FIG. 4 is a schematic plan view of the sensor chip 20
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- the magnetic sensing 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 can be used.
- the fixed magnetization directions of the magnetic sensing elements R1 to R4 are aligned in the same direction (for example, on the positive side in the X direction).
- the magnetic sensing elements R1 to R4 are covered with an insulating layer 28, and magnetic layers M1 to M3 made of permalloy or the like are formed on the surface of the insulating layer 28.
- the magnetic layers M1 to M3 are covered with an insulating layer 29.
- the portions located on one side in the Y direction are defined as magnetic layers M11, M21, M31, and the portions located on the other side in the Y direction (lower side in FIG. 4) are defined as magnetic layers M11, M21, M31.
- the magnetosensitive element R1 is located between the magnetic layer M11 and the magnetic layer M21 in plan view (viewed from the Z direction)
- Magnetically sensitive element R2 is located between magnetic layer M12 and M22
- magnetically sensitive element R3 is located between magnetic layer M11 and M31
- magnetically sensitive element R4 is located between magnetic layer M12 and M22. 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.
- each of the magnetic sensing elements R1 to R4 be located between two magnetic layers in a plan view, but in the vicinity of the magnetic gaps G1 to G4 formed by the two magnetic layers, that is, the magnetic gap It is sufficient that 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 need to be wider than the width of the magnetically sensitive elements R1 to R4, and the width of the magnetic gaps G1 to G4 may be narrower than the width of the magnetically sensitive elements 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 magnetically sensitive element R1 in the X direction, so that the magnetic layers M1, M2 and the magnetically sensitive element R1 are have overlapping OV.
- the relationship between the magnetic gaps G1 to G4 and the magnetic sensing elements R1 to R4 may be as shown in FIG. 6.
- regions indicated by symbols 30a, 41a, and 42a indicate regions covered by external magnetic bodies 30, 41, and 42, respectively.
- the external magnetic material 30 covers the magnetic layer M1
- the external magnetic material 41 covers the magnetic layer M2
- the external magnetic material 42 covers the magnetic layer M3.
- FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the connection relationship between the magnetic sensing elements R1 to R4 and the compensation coil 60.
- terminal electrodes T11 to T14 are terminal electrodes that constitute the terminal electrode group 27 shown in FIG.
- the terminal electrode group 27 is provided on the sensor chip 20 and is arranged on the back surface of the substrate 10 via the wiring 12 formed on the front surface 11 of the substrate 10 and the via conductor 13 provided through the substrate 10.
- a power supply potential Vcc is applied to the terminal electrode T11, and a ground potential GND is applied to the terminal electrode T14.
- the magnetic sensing elements R1 to R4 all have the same magnetization fixed direction, the amount of resistance change of the magnetic sensing elements R1 and R2 located on one side when viewed from the external magnetic body 30 and the external magnetic body 30 There is a difference between the amount of resistance change of the magnetic sensing elements R3 and R4 located on the other side when viewed from the above.
- the magnetic sensing elements R1 to R4 constitute 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 on the terminal electrodes T12 and T13 as a differential signal Va. .
- the differential signal Va output from the terminal electrodes T12 and T13 is input to a differential amplifier 91 provided externally on the substrate 10 or via the connector 80.
- the output signal of the differential amplifier 91 is fed back to the connection terminal 71.
- a compensation coil 60 is connected between the connection terminal 71 and the connection terminal 72, so that the compensation coil 60 generates a canceling magnetic field according to the output signal of the differential amplifier 91.
- another compensation coil made of a pattern coil may be provided on the element forming surface 21 of the sensor chip 20.
- FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining the structure of the external magnetic body 30.
- the external magnetic body 30 has a first region 31 and a second region 32 located at different positions in the Z direction.
- the first region 31 and the second region 32 are not separate members, but are integral.
- an end surface 31a forming an XY plane faces the element forming surface 21 of the sensor chip 20 in the Z direction. That is, the area indicated by the reference numeral 30a shown in FIGS. 4 and 5 corresponds to the area covered by the end surface 31a of the external magnetic body 30.
- the height of the first region 31 in the Y direction is H1.
- the second region 32 is located on the opposite side of the sensor chip 20 when viewed from the first region 31, and its height in the Y direction is H2.
- the height H2 of the second region 32 is smaller than the height H1 of the first region 31. Therefore, when the external magnetic material 30 is mounted on the surface 11 of the substrate 10, the first region 31 is in contact with the surface 11 of the substrate 10, while the second region 32 is floating from the surface 11 of the substrate 10. Become. Regarding the thickness in the X direction, the first region 31 and the second region 32 may be the same.
- FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining the structure of the molded member 50.
- the molded member 50 has a bobbin portion 51, a terminal fixing portion 52, and a collar portion 53.
- the bobbin portion 51 is located between the terminal fixing portion 52 and the collar portion 53 in the Z direction, and is a portion around which most of the compensation coil 60 is wound.
- the bobbin portion 51 has a hollow shape, and the second region 32 of the external magnetic body 30 is arranged inside the bobbin portion 51 .
- the compensation coil 60 is wound around the second region 32 of the external magnetic body 30 via the bobbin portion 51 .
- the axial direction of the bobbin portion 51 is the Z direction, and therefore the axial direction of the compensation coil 60 wound around the bobbin portion 51 is also the Z direction.
- the diameter of the bobbin portion 51 is smaller than the diameters of the terminal fixing portion 52 and the collar portion 53, thereby preventing the compensation coil 60 wound around the bobbin portion 51 from falling off. Further, as described above, the second region 32 of the external magnetic body 30 covered by the bobbin portion 51 is in a state floating above the surface 11 of the substrate 10, so that the molded member 50 and the compensation coil 60 are not exposed to the surface of the substrate 10. It will not interfere with 11.
- the terminal fixing part 52 constitutes an XY plane, and a bobbin connection surface S1 to which the bobbin part 51 is connected constitutes a YZ plane, and a terminal fixing surface S2 to which the connection terminals 71 and 72 are fixed constitutes an XZ plane. It has a bottom surface S3 facing the front surface 11 of the substrate 10.
- the terminal fixing part 52 also has a hollow shape, and the first region 31 of the external magnetic body 30 is arranged inside the terminal fixing part 52.
- the connection terminals 71 and 72 are located at different positions in the Z direction, with the connection terminal 71 being located on the sensor chip 20 side and the connection terminal 72 being located on the compensation coil 60 side.
- connection terminals 71 and 72 are in the same position in the Y direction, the positions of the terminal portions 71a and 72a of the connection terminals 71 and 72 in the Y direction are different from each other.
- one end of the compensation coil 60 is connected to the terminal portion 71a of the connection terminal 71, and the other end of the compensation coil 60 is connected to the terminal portion 72a of the connection terminal 72.
- Terminal portions 71b and 72b of the connection terminals 71 and 72 are connected to via conductors 14 and 15 provided on the substrate 10, respectively.
- Via conductor 14 is connected to terminal 81 of connector 80
- via conductor 15 is connected to terminal 82 of connector 80 .
- the wiring 12 connected to the terminal electrode group 27 of the sensor chip 20 is connected to the terminal 83 of the connector 80 via the via conductor 13.
- one end of the compensation coil 60 has a first section 61 extending in the X direction along the bobbin connection surface S1 and a second section 62 extending in the Z direction along the terminal fixing surface S2. have.
- the other end of the compensation coil 60 has a third section 63 extending in the X direction along the bobbin connection surface S1, and a fourth section 64 extending in the Z direction along the terminal fixing surface S2. have.
- the first section 61 and the third section 63 extend parallel to each other along the X direction while contacting the bobbin connection surface S1.
- the second section 62 and the fourth section 64 extend parallel to each other along the Z direction while being in contact with the terminal fixing surface S2.
- the first and second sections 61 and 62 and the third and fourth sections 63 and 64 have different height positions in the Y direction, so that they are different from each other on the bobbin connection surface S1 and the terminal fixing surface S2. interference is prevented. Further, the lengths in the Z direction of the second section 62 and the fourth section 64 on the terminal fixing surface S2 are different from each other, and the second section 62 is longer.
- a protruding positioning part 54 is provided on the terminal fixing surface S2 at the top of the terminal part 72a, and the second section 62 is positioned in the Y direction by this.
- both one end and the other end of the compensation coil 60 extend along the bobbin connection surface S1 and the terminal fixing surface S2 of the molded member 50, one end of the compensation coil 60
- the positions of the compensation coil 60 and the other end do not change depending on the conditions, and the positions of the one end and the other end of the compensation coil 60 do not differ depending on the product.
- both sections of one end and the other end of the compensation coil 60 extend substantially linearly in the X direction or the Z direction, and there is no section extending in an oblique direction, the one end and the other end of the compensation coil 60
- the magnetic field generated by the current flowing through the magneto-sensitive elements R1 to R4 is less likely to cause noise.
- both the connecting terminals 71 and 72 are fixed to the terminal fixing surface S2, but while the connecting terminal 71 is fixed to the terminal fixing surface S2, the connecting terminal 72 is fixed to the terminal fixing surface S2. It may be fixed on the opposite side.
- one end of the compensation coil 60 and A slit that can accommodate the other end may be provided.
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Abstract
【課題】補償コイルの端部から発生する磁界が感磁素子に与える影響を低減する。 【解決手段】磁気センサ１は、検出対象磁界をセンサチップ２０に集磁する外部磁性体３０と、成形部材５０のボビン部５１を介して外部磁性体３０の周囲に巻回された補償コイル６０と、成形部材５０の端子固定部５２に固定され、補償コイル６０の一端が接続された接続端子７１とを備える。端子固定部５２は、ボビン接続面Ｓ１及び端子固定面Ｓ２を有する。補償コイル６０の一端は、ボビン接続面Ｓ１に沿って延在する区間６１と、端子固定面Ｓ２に沿って延在する区間６２とを有する。これにより、補償コイルの端部から発生する磁界が感磁素子に与える影響を低減することが可能となる。
Description
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に記載された磁気センサが知られている。特許文献１に記載された磁気センサは、外部磁性体に固定された成形部材を有し、成形部材に保持された接続ピンに補償コイルの端部が接続される。これにより、補償コイルとフィードバック回路の接続が容易とされている。
ここで、補償コイルの大部分は外部磁性体の周囲に巻回されていることから、補償コイルに流れる電流によって生じる磁界の方向は、ほとんどが外部磁性体の軸方向となる。しかしながら、接続ピンに接続される補償コイルの端部からも僅かな磁界が発生することから、補償コイルの端部から発生する磁界がノイズとならないような構造であることが望ましい。
したがって、本発明は、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おいて、補償コイルの端部から発生する磁界が感磁素子に与える影響を低減することを目的とする。
本発明による磁気センサは、感磁素子を有するセンサチップと、検出対象磁界を感磁素子に集磁する外部磁性体と、外部磁性体を覆うボビン部及び端子固定部を有する成形部材と、成形部材のボビン部を介して外部磁性体の周囲に巻回された補償コイルと、成形部材の端子固定部に固定され、補償コイルの一端が接続された第１の接続端子とを備え、成形部材のボビン部は第１の方向を軸方向としており、成形部材の端子固定部は、第１の方向に対して垂直でありボビン部が接続されるボビン接続面と、第１の方向と平行であり第１の接続端子が固定される端子固定面とを有し、補償コイルの一端は、ボビン接続面に沿って延在する第１の区間と、端子固定面に沿って延在する第２の区間とを有する。
本発明によれば、補償コイルの一端がボビン接続面及び端子固定面に沿って延在することから、補償コイルの一端の位置が条件によって変化したり、製品によって補償コイルの一端の位置が異なったりすることがない。これにより、補償コイルの端部から発生する磁界が感磁素子に与える影響を低減することが可能となる。
本発明による磁気センサは、成形部材の端子固定部に固定され、補償コイルの他端が接続された第２の接続端子をさらに備え、第２の接続端子は、端子固定部の端子固定面に固定され、補償コイルの他端は、ボビン接続面に沿って延在する第３の区間と、端子固定面に沿って延在する第４の区間とを有するものであっても構わない。これによれば、補償コイルの他端の位置が条件によって変化したり、製品によって補償コイルの他端の位置が異なったりすることがない。しかも、端子固定部の端子固定面に第１及び第２の接続端子が固定されることから、第２の区間から生じる磁界と第４の区間から生じる磁界を打ち消し合うことが可能となる。
本発明において、第１の区間と第３の区間は互いに平行に延在しても構わない。これによれば、第１の区間から生じる磁界と第３の区間から生じる磁界を効果的に打ち消し合うことが可能となる。
本発明において、第２の区間と第４の区間は互いに平行に延在しても構わない。これによれば、第２の区間から生じる磁界と第４の区間から生じる磁界を効果的に打ち消し合うことが可能となる。
本発明において、第２の区間と第４の区間は、いずれも第１の方向に延在しても構わない。これによれば、第２及び第４の区間から生じる磁界が感磁素子に与える影響をより低減することが可能となる。
本発明において、端子固定面は、第１の方向及び第１の方向に対して垂直な第２の方向に延在し、端子固定部は、端子固定面に設けられた位置決め部をさらに有し、補償コイルの第２の区間の第２の方向における位置は、位置決め部によって位置決めされても構わない。これによれば、補償コイルの第２の区間の第２の方向における位置にずれが生じにくくなる。
本発明において、外部磁性体は、センサチップと第１の方向に向かい合う第１の領域と、第１の領域から見てセンサチップの反対側に位置する第２の領域とを含み、第２の領域は、第１の方向に対して垂直な第２の方向における高さが第１の領域よりも小さく、成形部材のボビン部は、外部磁性体の第２の領域を覆うものであっても構わない。これによれば、外部磁性体及び成形部材を基板に搭載した場合であっても、補償コイルと基板の干渉を防止することが可能となる。
このように、本発明によれば、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おいて、補償コイルの端部から発生する磁界が感磁素子に与える影響を低減することが可能となる。
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及び図２は、本発明の一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り、互いに異なる方向から見た状態を示している。また、図３は、磁気センサ１の略分解斜視図である。
図１～図３に示すように、本実施形態による磁気センサ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、外部磁性体３０，４１，４２及び成形部材５０と、成形部材５０に巻回された補償コイル６０と、成形部材５０に固定された一対の接続端子７１，７２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３０，４１，４２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３０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４１，４２は、センサチップ２０から見て外部磁性体３０とは反対側に位置する。このうち、外部磁性体４１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２３及び裏面２２の一部を覆う。外部磁性体４２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２４及び裏面２２の別の一部を覆う。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。
成形部材５０は樹脂などの非磁性絶縁材料からなり、接着剤などを用いて外部磁性体３０に固定される。成形部材５０には、補償コイル６０が巻回されるとともに、接続端子７１，７２が固定される。接続端子７１，７２は、成形部材５０に埋め込まれ、Ｙ方向に延在する本体部と、本体部の両端をＸ方向に折り曲げてなる端子部を有する。接続端子７１の端子部７１ａには補償コイル６０の一端が接続され、接続端子７２の端子部７２ａには補償コイル６０の他端が接続される。また、接続端子７１の端子部７１ｂ及び接続端子７２の端子部７２ｂは、基板１０の表面１１に設けられたランドパターンに接続される。成形部材５０や補償コイル６０の構造については後述する。
図４はセンサチップ２０の略平面図であり、図５は図４のＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図４及び図５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２８で覆われており、絶縁層２８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２９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４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４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６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６に示す関係であっても構わない。
図４及び図５において、符号３０ａ，４１ａ，４２ａで示す領域は、それぞれ外部磁性体３０，４１，４２によって覆われる領域を示している。図４及び図５に示すように、外部磁性体３０は磁性体層Ｍ１を覆い、外部磁性体４１は磁性体層Ｍ２を覆い、外部磁性体４２は磁性体層Ｍ３を覆う。
図７は、感磁素子Ｒ１～Ｒ４と補償コイル６０の接続関係を説明するための回路図である。
図７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３に示す端子電極群２７を構成する端子電極である。端子電極群２７はセンサチップ２０に設けられ、基板１０の表面１１に形成された配線１２、並びに、基板１０を貫通して設けられたビア導体１３を介して、基板１０の裏面に配置されるコネクタ８０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３０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３０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上又はコネクタ８０を介して外部に設けられた差動アンプ９１に入力される。差動アンプ９１の出力信号は、接続端子７１にフィードバックされる。図７に示すように、接続端子７１と接続端子７２との間には補償コイル６０が接続されており、これにより、補償コイル６０は差動アンプ９１の出力信号に応じたキャンセル磁界を発生させる。また、センサチップ２０の素子形成面２１上にパターンコイルからなる別の補償コイルが設けられていても構わない。
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６０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９１から出力される電流を検出回路９２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３０，４１，４２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。
図８は、外部磁性体３０の構造を説明するための略斜視図である。
図８に示すように、外部磁性体３０は、Ｚ方向における位置の異なる第１の領域３１と第２の領域３２を有している。第１の領域３１と第２の領域３２は別部材ではなく、両者は一体的である。第１の領域３１は、ＸＹ面を構成する端面３１ａがセンサチップ２０の素子形成面２１とＺ方向に向かい合う。つまり、図４及び図５に示した符号３０ａで示す領域は、外部磁性体３０の端面３１ａで覆われる領域に相当する。第１の領域３１のＹ方向における高さはＨ１である。第２の領域３２は、第１の領域３１から見てセンサチップ２０の反対側に位置し、そのＹ方向における高さはＨ２である。第２の領域３２の高さＨ２は第１の領域３１の高さＨ１よりも小さい。このため、外部磁性体３０を基板１０の表面１１に搭載すると、第１の領域３１については基板１０の表面１１と接する一方、第２の領域３２については基板１０の表面１１から浮いた状態となる。Ｘ方向における厚さについては、第１の領域３１と第２の領域３２は同じであっても構わない。
図９は、成形部材５０の構造を説明するための略斜視図である。
図９に示すように、成形部材５０は、ボビン部５１、端子固定部５２及び鍔部５３を有している。ボビン部５１は、Ｚ方向において端子固定部５２及び鍔部５３の間に位置し、補償コイル６０の大部分が巻回される部分である。ボビン部５１は中空形状を有しており、その内部に外部磁性体３０の第２の領域３２が配置される。これにより、外部磁性体３０の第２の領域３２は、ボビン部５１を介して補償コイル６０が巻回される。ボビン部５１の軸方向はＺ方向であり、これによりボビン部５１に巻回される補償コイル６０の軸方向もＺ方向となる。ボビン部５１の径は、端子固定部５２及び鍔部５３の径よりも小さく、これにより、ボビン部５１に巻回された補償コイル６０の脱落が防止される。また、上述の通り、ボビン部５１に覆われる外部磁性体３０の第２の領域３２は、基板１０の表面１１から浮いた状態であることから、成形部材５０や補償コイル６０が基板１０の表面１１と干渉することはない。
端子固定部５２は、ＸＹ平面を構成し、ボビン部５１が接続されるボビン接続面Ｓ１と、ＹＺ平面を構成し、接続端子７１，７２が固定される端子固定面Ｓ２と、ＸＺ面を構成し、基板１０の表面１１と向かい合う底面Ｓ３とを有している。端子固定部５２も中空形状を有しており、その内部に外部磁性体３０の第１の領域３１が配置される。接続端子７１，７２はＺ方向における位置が互いに異なっており、接続端子７１がセンサチップ２０側、接続端子７２が補償コイル６０側に位置する。また、接続端子７１，７２の端子部７１ｂ，７２ｂについてはＹ方向における位置が互いに一致する一方、接続端子７１，７２の端子部７１ａ，７２ａについてはＹ方向における位置が互いに異なっている。
図１に示したように、接続端子７１の端子部７１ａには補償コイル６０の一端が接続され、接続端子７２の端子部７２ａには補償コイル６０の他端が接続される。接続端子７１，７２の端子部７１ｂ，７２ｂは、基板１０に設けられたビア導体１４，１５にそれぞれ接続される。ビア導体１４はコネクタ８０の端子８１に接続され、ビア導体１５はコネクタ８０の端子８２に接続される。また、センサチップ２０の端子電極群２７に接続された配線１２は、ビア導体１３を介してコネクタ８０の端子８３に接続される。
ここで、補償コイル６０の一端は、ボビン接続面Ｓ１に沿ってＸ方向に延在する第１の区間６１と、端子固定面Ｓ２に沿ってＺ方向に延在する第２の区間６２とを有している。同様に、補償コイル６０の他端は、ボビン接続面Ｓ１に沿ってＸ方向に延在する第３の区間６３と、端子固定面Ｓ２に沿ってＺ方向に延在する第４の区間６４とを有している。第１の区間６１及び第３の区間６３は、ボビン接続面Ｓ１と接しながら、Ｘ方向に沿って互いに平行に延在する。第２の区間６２及び第４の区間６４は、端子固定面Ｓ２面と接しながら、Ｚ方向に沿って互いに平行に延在する。
第１及び第２の区間６１，６２と第３及び第４の区間６３，６４は、Ｙ方向における高さ位置が互いに異なっており、これにより、ボビン接続面Ｓ１及び端子固定面Ｓ２上における互いの干渉が防止されている。また、端子固定面Ｓ２上における第２の区間６２と第４の区間６４のＺ方向における長さは互いに異なっており、第２の区間６２の方が長い。端子固定面Ｓ２には、端子部７２ａの上部に突起状の位置決め部５４が設けられており、これによって第２の区間６２がＹ方向に位置決めされている。
このように、本実施形態においては、補償コイル６０の一端及び他端がいずれも成形部材５０のボビン接続面Ｓ１及び端子固定面Ｓ２に沿って延在していることから、補償コイル６０の一端及び他端の位置が条件によって変化したり、製品によって補償コイル６０の一端及び他端の位置が異なったりすることがない。また、補償コイル６０の一端及び他端はいずれの区間もＸ方向又はＺ方向にほぼ直線的に延在し、斜め方向に延在する区間が存在しないことから、補償コイル６０の一端及び他端に流れる電流によって生じる磁界が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に対するノイズになりにくい。
しかも、ボビン接続面Ｓ１上において平行に延在する第１の区間６１と第３の区間６３には互いに逆方向の電流が流れることから、第１の区間６１から生じる磁界と第３の区間６３から生じる磁界が打ち消し合う。同様に、端子固定面Ｓ２上において平行に延在する第２の区間６２と第４の区間６４には互いに逆方向の電流が流れることから、第２の区間６２から生じる磁界と第４の区間６４から生じる磁界が打ち消し合う。これにより、補償コイル６０の一端及び他端から発生する磁界が感磁素子Ｒ１～Ｒ４に与える影響を最小限に抑えることが可能となる。
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、上記実施形態では、接続端子７１，７２の両方を端子固定面Ｓ２に固定しているが、接続端子７１を端子固定面Ｓ２に固定する一方、接続端子７２については端子固定面Ｓ２とは反対側の面に固定しても構わない。
また、補償コイル６０の一端及び他端のＹ方向における位置をより正確に位置決めすべく、ボビン接続面Ｓ１と端子固定面Ｓ２の境界となる成形部材５０の角部に、補償コイル６０の一端及び他端を収容可能なスリットを設けても構わない。
１ 磁気センサ
１０ 基板
１１ 基板の表面
１２ 配線
１３～１５ ビア導体
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 端子電極群
２８，２９ 絶縁層
３０，４１，４２ 外部磁性体
３０ａ，４１ａ，４２ａ 外部磁性体で覆われる領域
３１ 第１の領域
３１ａ 端面
３２ 第２の領域
５０ 成形部材
５１ ボビン部
５２ 端子固定部
５３ 鍔部
５４ 位置決め部
６０ 補償コイル
６１ 第１の区間
６２ 第２の区間
６３ 第３の区間
６４ 第４の区間
７１，７２ 接続端子
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ 端子部
８０ コネクタ
８１～８３ 端子
９１ 差動アンプ
９２ 検出回路
Ｇ１～Ｇ４ 磁気ギャップ
Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ３１，Ｍ３２ 磁性体層
Ｒ１～Ｒ４ 感磁素子
Ｓ１ ボビン接続面
Ｓ２ 端子固定面
Ｓ３ 底面
Ｔ１１～Ｔ１４ 端子電極
１０ 基板
１１ 基板の表面
１２ 配線
１３～１５ ビア導体
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 端子電極群
２８，２９ 絶縁層
３０，４１，４２ 外部磁性体
３０ａ，４１ａ，４２ａ 外部磁性体で覆われる領域
３１ 第１の領域
３１ａ 端面
３２ 第２の領域
５０ 成形部材
５１ ボビン部
５２ 端子固定部
５３ 鍔部
５４ 位置決め部
６０ 補償コイル
６１ 第１の区間
６２ 第２の区間
６３ 第３の区間
６４ 第４の区間
７１，７２ 接続端子
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ 端子部
８０ コネクタ
８１～８３ 端子
９１ 差動アンプ
９２ 検出回路
Ｇ１～Ｇ４ 磁気ギャップ
Ｍ１～Ｍ３，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ３１，Ｍ３２ 磁性体層
Ｒ１～Ｒ４ 感磁素子
Ｓ１ ボビン接続面
Ｓ２ 端子固定面
Ｓ３ 底面
Ｔ１１～Ｔ１４ 端子電極
Claims (7)
- 感磁素子を有するセンサチップと、
検出対象磁界を前記感磁素子に集磁する外部磁性体と、
前記外部磁性体を覆うボビン部及び端子固定部を有する成形部材と、
前記成形部材の前記ボビン部を介して前記外部磁性体の周囲に巻回された補償コイルと、
前記成形部材の前記端子固定部に固定され、前記補償コイルの一端が接続された第１の接続端子と、を備え、
前記成形部材の前記ボビン部は、第１の方向を軸方向としており、
前記成形部材の前記端子固定部は、前記第１の方向に対して垂直であり前記ボビン部が接続されるボビン接続面と、前記第１の方向と平行であり前記第１の接続端子が固定される端子固定面とを有し、
前記補償コイルの前記一端は、前記ボビン接続面に沿って延在する第１の区間と、前記端子固定面に沿って延在する第２の区間とを有する、磁気センサ。 - 前記成形部材の前記端子固定部に固定され、前記補償コイルの他端が接続された第２の接続端子をさらに備え、
前記第２の接続端子は、前記端子固定部の前記端子固定面に固定され、
前記補償コイルの前記他端は、前記ボビン接続面に沿って延在する第３の区間と、前記端子固定面に沿って延在する第４の区間とを有する、請求項１に記載の磁気センサ。 - 前記第１の区間と前記第３の区間は、互いに平行に延在する、請求項２に記載の磁気センサ。
- 前記第２の区間と前記第４の区間は、互いに平行に延在する、請求項２に記載の磁気センサ。
- 前記第２の区間と前記第４の区間は、いずれも前記第１の方向に延在する、請求項４に記載の磁気センサ。
- 前記端子固定面は、前記第１の方向及び前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に延在し、
前記端子固定部は、前記端子固定面に設けられた位置決め部をさらに有し、
前記補償コイルの前記第２の区間の前記第２の方向における位置は、前記位置決め部によって位置決めされる、請求項５に記載の磁気センサ。 - 前記外部磁性体は、前記センサチップと前記第１の方向に向かい合う第１の領域と、前記第１の領域から見て前記センサチップの反対側に位置する第２の領域とを含み、
前記第２の領域は、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向における高さが前記第１の領域よりも小さく、
前記成形部材の前記ボビン部は、前記外部磁性体の前記第２の領域を覆う、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
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