JP2001289893A

JP2001289893A - 広帯域近磁界プローブ

Info

Publication number: JP2001289893A
Application number: JP2000101044A
Authority: JP
Inventors: Taiko Ko; 太好高
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: JP4030246B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ループコイル部、導電線路及びパッド部、信号
処理部を備えたループコイル型近磁界プローブについ
て、低周波帯域での感度をも向上させるように、その機
構を工夫すること。【解決手段】ループコイル部、導電線路及びパッド部、
信号処理部１２０を備えたループコイル型近磁界プロー
ブを前提として、上記ループコイル部の一部を磁性金属
部材による磁気抵抗効果素子としたこと。また、上記ル
ープコイル部を介して上記磁気抵抗効果素子に直流電流
を与えるようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子式複写機、ＦＡ
Ｘ、印刷機、パソコン等の事務機器、家庭用電気機器、
産業機器等、各種電気電子機器からの電磁ノイズを検知
し、また装置内に内在させるプリント配線基板等からの
ノイズを検知し、その対策を検討するために用いられる
広帯域近磁界プローブ、殊に対象物に近接させ、ノイズ
源になる電流を特定する際に必要な近接磁界検出を行っ
て電流を検知するいわゆる近磁界プローブに関するもの
であり、各種電子機器のＥＭＣ規制対策を検討するため
の電磁障害対策用検査機器に利用して有効なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＥＭＣ（電磁環境適合性：Electr
omagnetic Compatibilty）対策、法的規制で定めている
オープンサイトや電波暗室内で１０ｍ，３０ｍ等の遠方
での電磁波を定められたアンテナを用いて計測した結果
から対策を講じる方法がある。これとは別にこのような
認証サイト等での計測の前に近接させたプローブで被検
対象からの電磁界を検知し、これにより対象物への対策
を講じる方法もある。また、従来のカレントプローブの
ようにケーブルに巻き付けて使用するタイプや巻き線を
ループコイルとした比較的大きな対象へ近接して電流検
知を行うプローブがある（Credence社プローブ：ＵＳ５
７７３９７４）。また、対称なループコイルとそれに続
くシールドボックス内の回路で磁界のみにより生じた信
号を検出する「磁界測定プローブ」（特開昭６２−１０
６３７９号公報）、フレキシブル基板上にエッチングで
形成したセンサーとエルボーになった先に出力コネクタ
ーを備えた「広帯域マイクロ波本来位置テスト装置」
（特開平７−１９１０５８号公報）、プリント基板で構
成し、シールドを設けてある「電磁雑音測定用磁界プロ
ーブ、電磁雑音測定用電界プローブ、及び電磁雑音測定
装置」（特開平８−２４８０８０公報）があり、また、
金属線コイルとコネクターと抵抗からなるプローブにお
いて、対象に対して、概ね開口を広げたコーン型のシー
ルド板を設けている「ＥＭＩプローブ」（実開平４−６
９７７１号公報）があり、さらに、電流プローブで通電
ケーブルの同相ノイズで測定し、そのデータより遠方界
での放射電界ノイズを近似演算して推定する「放射評価
装置および方法」（特開平１０−３０７１５９号公
報）、センサー部に高周波電流を流して、その時のイン
ピーダンス変化が磁界強度に比例する素子に負帰還コイ
ルを設け、磁界に対する出力の直線性を向上させるよう
にした「磁気インピーダンスセンサ」（特開平１１−１
０９００６号公報）など、様々なものが公知である。ま
た、薄膜で、近磁界プローブを作製し、その伝送路にシ
ールドを設け、また、伝送路をトリプレート構造とする
ことで、測定上の誤差を低減させるもので、プローブを
並列におき、測定個所の位置決めの精度を高める構成と
した「近磁界プローブ及び近磁界プローブユニット及び
近磁界プローブシステム」がある（特願平９−５９２６
７号）。

【０００３】以上の従来技術で用いられているループコ
イル型近磁界プローブの構成概要は、基本的には本願図
面の図１５に示すようなものであり、ループコイル部
２、伝送線路部３、パッド部４を導電性金属（アルミ等
の非磁性金属）箔１ａを切断して検知部を形成するので
あるが、このものは、支持部材を兼ねたエポキシ基板等
の絶縁シート１ｂと導電性金属箔１ａとを張り合わせた
もの（（ａ）図）を上記のように所定形状に加工してい
る。パッド部４にコネクター５の心線部を接続し、この
コネクターに同軸ケーブル６を介して信号処理部７に接
続している。このようなループコイル部を備えた近磁界
プローブは、ループコイル部が非磁性金属であるから、
高周波帯域での感度は高いが、低周波帯域での感度は低
い。したがってこのものは低周波帯域での電磁ノイズを
検知するには不向きであるので、これらのループコイル
型近磁界プローブを使用するについては低周波帯域ノイ
ズ検知のためのループコイル型近磁界プローブを別途使
用する必要がある。

【０００４】

【解決しようとする課題】そこで、この発明は、ループ
コイル部、導電線路及びパッド部、信号処理部を備えた
ループコイル型近磁界プローブについて、低周波帯域で
の感度をも向上させるように、その機構を工夫すること
をその課題とするものである。

【０００５】

【課題解決のために講じた手段】上記課題を解決するた
めに講じた手段は、ループコイル部、導電線路及びパッ
ド部、信号処理部を備えたループコイル型近磁界プロー
ブを前提として、上記ループコイル部の一部を磁性金属
部材による磁気抵抗効果素子としたことである。

【０００６】

【作用】アルミ等の非磁性金属のループ基体部と磁性金
属部材による磁気抵抗効果素子が一体になってループコ
イル部を構成しているが、これは例えば、１００ｋＨｚ
以上の高周波帯域では一体のループコイルとして機能
し、ループコイル内に鎖交した磁束密度の変化に応じ
て、高周波信号である誘起電圧が発生し、これを信号処
理部で検出する。そして、磁性金属部材による磁気抵抗
効果素子に流れる電流値が外部磁界の影響によって変化
し、当該薄膜の抵抗値が変化する。例えば１００ｋＨｚ
以下の低周波帯域では、磁性金属部材による磁気抵抗効
果素子が、十分磁界強度に応じた抵抗変化率を持つの
で、信号処理回路部から与えた直流電流の変動を基準抵
抗で検知することができる。したがって、高周波帯域、
低周波帯域におけるそれぞれの感度域の差を予め決め
て、補正した出力を校正しておき、それぞれの出力を合
成することで、高周波帯域から低周波帯域の広帯域での
近磁界ノイズを検出することができる。なお、発生する
電磁波の周波数が予め分かっている対象用には、出力を
切り替える方式を採用することもできる。この近磁界プ
ローブをスペクトラムアナライザーなどの計測器に接続
して、実稼動状態のＰＣＰ等の電磁波ノイズや電流値を
１００ｋＨｚから１ＧＨｚまで、あるいはそれよりも広
い帯域を高感度で検知することができる。

【０００７】

【実施態様１】実施態様１は、上記解決手段における磁
気抵抗効果素子に、ループコイルの磁気抵抗効果素子以
外の部分を使って電流を与えることである。

【作用】ループコイルの一部の配線とそれに続く伝送線
路、およびパッドを設け、このループコイルの一部とそ
れに続く伝送線路、およびパッド部を、ループコイルの
一部が上記磁気抵抗効果素子に電流を与えるのに兼用さ
れるから、構造を簡素化、簡略化することができる。

【０００８】

【実施態様２】実施態様２は、上記解決手段または実施
態様１におけるループコイル部分の一部を磁気抵抗効果
素子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜
で構成し、かつ、信号処理回路部を有する半導体基板上
に一体で構成したことである。

【作用】チップ部品でモノリシックに構成することがで
きるから、これによりさらに小型化することができる。

【０００９】

【実施態様３】実施態様３は、上記解決手段、実施態様
１または実施態様２の、ループコイルと伝送路よりなる
近磁界プローブについて、ループコイルからの信号を積
分する回路部を設けたことである。

【作用】ループコイルで得られる信号は微分波形である
ので、ループコイルからの出力を積分することで、磁気
抵抗効果素子による検知波形については実時間電流波形
が得られ、検知できる全周波数範囲について、実時間電
流波形が得られる。

【００１０】

【実施例】次いで、図面を参照しつつ実施例について説
明する。１．実施例１実施例１は、解決手段（請求項１に対応）の範囲のもの
である。ループコイル１０４は基本的には、図１５に示
す従来のものと違いはないが、ループの一部をＦｅ_２０
−Ｎｉ_８０の膜による磁気抵抗効果素子１０１で構成し
た点において違うものである。この実施例のループコイ
ル１０４の作製方法の一例は次のとおりである。石英、
ガラスなどの絶縁基板上にＦｅ_２０−Ｎｉ_８０膜をスパ
ッタ成膜する。このＦｅ_２０−Ｎｉ_８０膜は磁気抵抗効
果膜であって、薄膜に流れる電流値が外部磁界の影響に
よって変化し、その結果、薄膜の抵抗値が変化するもの
である（図１）。この場合に磁気抵抗効果素子は磁性金
属部材であれば、目的とする磁界強度に応じて適宜選択
すればよい。なお、Ｆｅ_２０−Ｎｉ_８０膜以外にＮｉ−
Ｆｅ膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモルファ
ス膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス薄膜などでもよい。
また、Ｆｅ_２０−Ｎｉ_８０膜に関してはメッキ法によっ
ても作製できる。さなに、今回膜厚を５μｍとしたが、
感度その他の必要に応じて適宜設定することが可能であ
る。

【００１１】次に半導体製作工程に用いられる一般的な
フォトリソグラフィ技術とＣＦ_４＋Ｈ_２を用いたＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）によりパターンを形成する。
このパターンは直線状にループコイル１０４の先端の一
部となるもので、磁気抵抗効果素子として機能できる幅
１０μｍ×長さ２００μｍの形状をしている。磁気抵抗
効果素子１０１の幅、長さの具体的な寸法は目的によっ
て適宜選択できる。また、磁気抵抗効果素子による上記
パターンの形成法としては他にエッチング法またはウェ
ットエッチング法を採用することもできる。この場合、
エッチング液は王水を用いるとよいが、組成については
別の液を採用することもできる（図２）。上記磁気抵抗
効果素子１０１のパターン形成後、絶縁層１０２として
のＳｉＯ_２膜をスパッタで成膜する。このＳｉＯ_２の成
膜にはＥＢ蒸着法（Electron Beam）やＣＶＤ法（Chemi
cal Vapor Deposition）などの他の成膜方法を用いるこ
ともできる。同様に一般的なフォトリソグラフィ技術と
ＣＦｅ＋Ｈ_２を用いたＲＩＥにより、磁気抵抗効果素子
１０１上にスルーホール１０３を開ける（図３）。絶縁
層材料としてはＳｉ_３Ｎ_４などの他の絶縁材料でもよ
い。絶縁層のエッチングとしてはウェットエッチングで
もよいが、基板もエッチングされる場合には基板の裏面
をレジストなどで保護することが必要である。基板とし
ては石英以外の絶縁基板やポリエチレンテレフタレート
やポリイミドなどのフレキシブル絶縁基板を採用するこ
ともできる。フォトリソ工程によっては絶縁層を必要と
しない工程にすることもできる。また、絶縁層はＳｉ窒
化膜などのほかの材料でもよい。次に、ループコイル１
０４の一部とそれに続く伝送線路１０５、ループコイル
用パッド１０６と磁気抵抗効果素子１０１に直流電流を
与える磁気抵抗効果素子用ケーブル１０８および磁気抵
抗効果素子用パッド１０７をスパッタにより成膜し、そ
の後、Ｆｅ_２０−Ｎｉ_８０膜と同様にフォトリソ法によ
り作製する。Ａｌの成膜法は蒸着法などの他の成膜方法
でもよい。ループコイル基部を構成する非磁性金属は、
上記のＡｌの他にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ及びその合金などで
もよい（図４，５）。この実施例における伝送線路部１
０５の構造は、平行線路型であるが、他にマイクロスト
リップ型、トリプレート型等の伝送路にすることもでき
る。以上のようにして形成されたものに、図６に示すよ
うなブロックダイアグラムをもつ信号処理回路部をガラ
スエポキシ基板上で接続する（図５）。なお、この例の
図においては演算回路用のＤＣ電源の配置を省略してい
る。

【００１２】図６に示した信号処理回路部は、磁気抵抗
効果素子用ケーブル（磁気抵抗効果素子に電流を与える
ケーブル）とループコイル用ケーブルとを別にしたタイ
プである。ループコイル１０４に誘起される高周波信号
は、同軸ケーブル１０９、同軸ケーブル用コネクター１
２１を介し、ハイパスフィルタ１２２により低周波ノイ
ズが除去され、ループコイル感度補正用回路１２３にて
感度が調節される。一方、磁気抵抗効果素子１０１に誘
起される信号は、磁気抵抗効果素子用ケーブル１０８、
磁気抵抗効果素子用ケーブルコネクタ１２４を介し、イ
ンピーダンス変化検知回路１２５内のローパスフィルタ
１２６にて高周波ノイズが除去され、インピーダンス変
化が検出されて低周波信号が取り出される。またこのケ
ーブル１０８を介して直流電源より磁気抵抗効果素子に
直流を印加する（図６では不示）。その後、低周波信号
は磁気抵抗効果素子感度補正用回路１２８にて感度を調
節し、上記高周波信号と出力合成用回路１２８にて合成
され、合成信号を同軸ケーブル用コネクタ１２９、同軸
ケーブル１３０を介し計測器へ送出する。この実施例の
近磁界プローブでは、およそ１００ｋＨｚ以上の高周波
域ではＦｅ_２０−Ｎｉ_８０膜による磁気抵抗効果素子部
及び及びＡｌによるループコイル基部が一体のループコ
イルとして機能し、そのループ内に鎖交した磁束に比例
した出力電圧を信号処理部で高周波磁界強度に比例した
電圧として検出する。また、およそ１００ｋＨｚ以下で
Ｆｅ_２０−Ｎｉ_８０膜は十分磁界強度に応じた抵抗変化
率を持つので、信号処理回路部から与えた直流電流の変
動を基準抵抗で検知することができる。それぞれの感度
域の差を予め決めて補正した出力を校正しておき、それ
ぞれの出力を合成することで高周波帯域から低周波帯域
の広帯域での電磁ノイズを検出できる。なお、発生周波
数が予め分かっている対象用には、出力を切り換える方
式を採ればよい。この近磁界プローブをスペクトラムア
ナライザーなどの計測器に接続することで、実稼動状態
のＰＣＰ等の電磁ノイズやその電流値を１００ｋＨｚ以
下の周波数から１１ＧＨｚ以上まで高感度に検知できる
近磁界プローブが実現される。

【００１３】２．実施例２この実施例２は、実施態様２（請求項２に対応）の具体
例であるが、これを図７乃至図９を参照しつつ説明す
る。実施例２のプローブの製造方法は、上記のとおりの
実施例１におけるそれと同じ方法で成形される。構造を
簡素化するために、磁気抵抗効果素子２０１に直流電流
を与えるものとして、ループコイル２０４の一部の配線
とそれに続く伝送線路２０５、およびパッド２０６を設
けている。このループコイル２０４の一部とそれに続く
伝送線路２０５、およびパッド部２０６はループコイル
部の一部を兼ねるようにしてあり、実施例１と同様に、
低周波信号を磁気抵抗効果素子２０１によって検知し、
高周波信号をループコイル２０４で検知することができ
るような信号処理回路部を、図９に示すような構成とし
て設けている。他の構成は実施例１と同様であるので説
明を省略する。この構成では、直流電流２３１がスペク
トラムアナライザーなどの計測器に流れない可能性があ
るので、これを回避して十分に所要の機能を奏すること
ができるようにする必要がある。構造を簡素化すること
で、全体を小型化でき、また、プローブをアレー化する
ことが容易である。

【００１４】３．実施例３実施例３は実施態様２（請求項３に対応）の具体例であ
るが、これを図１０乃至図１２を参照しつつ説明する。
予め、図４に示すものと同様の信号処理回路部３２０を
Ｓｉ半導体基板上に通常の半導体プロセスにより形成
し、さらに絶縁層３０２及びスルーホール３０３を形成
する。実施例２で作製したプローブ部を、同様にして絶
縁層３０２を形成したＳｉ基板上に形成する。プローブ
部とＳｉ基板上に形成した信号処理回路部３２０の接続
を、通常の半導体プロセスにおける配線プロセスで行な
う。この場合、検出する電磁ノイズの周波数帯域の如何
によってはＧａＡｓ半導体基板を用いる必要がある。こ
の実施例３によれば、実施例２と同様な機能を有する近
磁界プローブをさらにコンパクトな構成にすることがで
きる。この実施例３では、アンプ部により信号源の近傍
で増幅できるため、さらに、Ｓ／Ｎ比を向上させること
ができ、微小信号を測定することが可能となる。

【００１５】４．実施例４実施例４は上記実施態様３（請求項４に対応するもの）
の具体例であるが、これを図１３，１４を参照しつつ説
明する。この実施例４は、ループコイルで得られる信号
が微分波形であるので、ループコイルからの出力だけを
積分する構成としている。磁気抵抗効果素子による検知
波形については実時間電流波形が得られており、検知で
きる全周波数範囲について、実時間電流波形が得られ
る。具体的な積分回路としては図１４に示すようなもの
が考えられる。したがって、プローブをオシロスコープ
などに接続することで、容易に広帯域電流プローブを実
現することができる。

【００１６】

【効果】本発明のプローブによれば、高周波帯域から低
周波帯域の広い帯域の電磁ノイズを検出する近磁界プロ
ーブ及び電流プローブを実現することができ、さらに請
求項２、請求項３の構成を採ることでこのプローブを小
型化することができる。また、請求項４の構成を採るこ
とで実時間電流波形検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は実施例１のプローブの作製手順１を示す正面
図である。

【図２】（ａ）は実施例１のプローブの作製手順２を示
す正面図、（ｂ）は平面図である。

【図３】（ａ）は実施例１のプローブの作製手順３を示
す正面図、（ｂ）は平面図である。

【図４】（ａ）は実施例１のプローブの作製手順４を示
す正面図、（ｂ）は平面図である。

【図５】は実施例１のプローブの平面図である。

【図６】は実施例１の信号処理回路部のブロック図であ
る。

【図７】（ａ）は実施例２のプローブ先端部の正面図、
（ｂ）は平面図である。

【図８】は実施例２のプローブの平面図である。

【図９】は実施例２の信号処理回路部のブロック図であ
る。

【図１０】は実施例３のプローブの製作工程１を示す平
面図、（ｂ）は正面図である。

【図１１】（ａ）は実施例３の製作工程２の平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図１２】（ａ）は実施例３の製作工程３の平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図１３】は実施例４の信号処理回路部のブロック図で
ある。

【図１４】は実施例４の積分回路部の等価回路図であ
る。

【図１５】（ａ）はループコイルによる従来のプローブ
の作成低順１の平面図、（ｂ）は作成手順２の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ａ・・・・・・・導電性金属箔１ｂ・・・・・・・絶縁層シート２・・・・・・・・ループコイル３・・・・・・・・伝送線路部４・・・・・・・・パット部５・・・・・・・・コネクター６・・・・・・・・同軸ケーブル７・・・・・・・・信号処理部１００・・・・・・・・ガラス基板１０１，２０１・・・・・・・・磁気抵抗効果素子１０２，３０２・・・・・・・・絶縁膜１０３，３０３・・・・・・・・スルーホール１０４，２０４・・・・・・・・ループコイル１０５，２０５・・・・・・・・伝送線路１０６，２０６・・・・・・・・ループコイル用パッド１０７・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用パッド１０８・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用ケーブル１０９，２０９・・・・・・・・同軸ケーブル１２０，２２０，３２０・・・・・・・・信号処理回路
部１２１，２２１・・・・・・・・同軸ケーブル用コネク
タ１２２，２２２・・・・・・・・ハイパスフィルタ１２３，２２３・・・・・・・・ループコイル感度補正
用回路１２４・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用ケーブルコ
ネクタ１２５，２２５・・・・・・・・インピーダンス変化検
知回路１２６，２２６・・・・・・・・ローパスフィルタ１２７，２２７・・・・・・・・磁気抵抗効果素子感度
補正用回路１２８，２２８・・・・・・・・出力合成用回路１２９，２２９・・・・・・・・同軸ケーブル用コネク
タ１３０，２３０・・・・・・・・同軸ケーブル１３１，２３１・・・・・・・・直流電源４００・・・・・・・・積分回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ループコイル部、伝送線路パッド部及び信
号処理部を備えた近磁界プローブにおいて、上記ループコイル部の一部を磁性金属部材による磁気抵
抗効果素子としたことを特長とする広帯域近磁界プロー
ブ。
【請求項２】上記磁気抵抗効果素子に、ループコイルの
上記磁気抵抗効果素子以外の部分を使って電流を与える
ようにした請求項１の広帯域近磁界プローブ。
【請求項３】上記ループコイル部分の一部を磁気抵抗効
果素子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄
膜で構成し、かつ、信号処理回路部を有する半導体基板
上に一体で構成した請求項１または請求項２の広帯域近
磁界プローブ。
【請求項４】上記ループコイルからの信号を積分する回
路部を設けた請求項１乃至請求項３の広帯域近磁界プロ
ーブ。