JP2009042152A - 磁気検出プローブ、磁気検出プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出素子が設けられている部分が小型の磁気検出プローブ、磁気検出プローブの製造方法を提供する。
【解決手段】基板２に対して磁気検出素子３を表面実装する。また、基板２には、補強部５を接合して、剛性を高めている。さらに、磁気検出素子３の周囲には、素子保護部４を形成して、磁気検出素子３の脱落等を防止する。このような構成により、磁気検出素子３が設けられている先端側の幅、及び、厚さを従来より小型にできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気の検出や測定を行う磁気測定装置に用いられる磁気検出プローブ、磁気検出プローブの製造方法に関するものである。

磁気の測定には、例えば、ホール素子等の磁気検出素子を備えた磁気検出プローブが使用されている（例えば、特許文献１）。実際の測定は、この磁気検出プローブを磁気測定装置に接続し、磁気検出プローブの先端付近に配置されたホール素子等の磁気検出素子を測定対象物である磁石等に近接して配置した状態で行う。したがって、磁気検出プローブの先端がさらに小型化されれば、より狭い位置において磁気測定が可能となる。また、曲面の内周側で測定を行う場合には、磁気検出プローブの先端がさらに小型化されれば、測定対象物により接近させて測定を行うことができ、測定精度を高めることができる。このような理由から、磁気検出プローブの小型化が要求されている。
特開２００６−２５８５９２号公報

しかし、特許文献１に記載のホールプローブ（磁気検出プローブ）の構造では、小型化をさらに進めることが困難であった。例えば、特許文献１に記載のホールプローブのうち、基板に孔を開けてその中にホール素子を配置する構成では、孔が開口している部分の基板の強度を確保するために基板の幅を狭くすることができなかった。また、特許文献１に記載のホールプローブは、いずれも基板とホール素子との電気的接続をワイヤボンディングによって行っているので、この接続部分が厚くなっていた。

本発明の課題は、磁気検出素子が設けられている部分が小型の磁気検出プローブ、磁気検出プローブの製造方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、基板（２）と、前記基板に表面実装された磁気検出素子（３）と、を備える磁気検出プローブ（１）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の磁気検出プローブにおいて、前記磁気検出素子（３）の少なくとも一部を覆うように形成された素子保護部（４）を有すること、を特徴とする磁気検出プローブ（１）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の磁気検出プローブにおいて、前記基板（２）の前記磁気検出素子（３）が表面実装されている側の面（２ａ）であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されていない部分に接合され前記基板の強度を補強する補強部（５）を有すること、を特徴とする磁気検出プローブ（１）である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の磁気検出プローブにおいて、前記補強部（５）が設けられている部分の総厚は、前記磁気検出素子（３）が設けられている部分の総厚と略等しいこと、を特徴とする磁気検出プローブ（１）である。

請求項５の発明は、基板（２）上に磁気検出素子（３）を表面実装するステップと、表面実装された前記磁気検出素子の少なくとも一部を覆うように素子保護部（４）を形成するステップと、を備える磁気検出プローブ（１）の製造方法である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の磁気検出プローブの製造方法において、前記基板（２）の前記磁気検出素子（３）が表面実装されている側の面（２ａ）であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されていない部分、又は、表面実装される予定の側の面（２ａ）であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されない予定の部分に対して、前記基板の強度を補強する補強部（５）を接合するステップを有すること、を備える磁気検出プローブの製造方法である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）基板に表面実装された磁気検出素子を備える磁気検出プローブであるので、ワイヤボンディング時のワイヤ、及び、基板上におけるワイヤ接続用のランドが不要となり、磁気検出素子が設けられている部分の厚さ及び幅を小さくできる。
また、ワイヤボンディングを用いる場合には、ワイヤが磁気検出素子の検出面側に突出することとなるので、そのワイヤの突出寸法分は、磁気検出素子の検出面が被測定物に接近することができなかった。しかし、本発明では、ワイヤを用いないので、磁気検出素子の検出面をより磁気検出プローブの表面付近に配置できる。よって、測定時に、磁気検出素子の検出面を被測定物に接近させることができる。

（２）磁気検出素子の少なくとも一部を覆うように形成された素子保護部を有するので、磁気検出素子の脱落等を防止でき、信頼性の高い磁気検出プローブとすることができる。

（３）基板の磁気検出素子が表面実装されている側の面であって、かつ、磁気検出素子が表面実装されていない部分に接合され基板の強度を補強する補強部を有するので、補強部により全体の剛性を確保することができる。したがって、磁気検出素子を表面実装する部分に薄い基板を用いることができ、例えばフレキシブルプリント配線板を用いることも可能となり、小型の磁気検出プローブとすることができる。
（４）補強部が設けられている部分の総厚は、磁気検出素子が設けられている部分の総厚と略等しいので、補強部が設けられている部分の総厚が厚くならず、磁気検出プローブ全体の厚さを薄くできる。

（５）基板上に磁気検出素子を表面実装するステップと、表面実装された磁気検出素子の少なくとも一部を覆うように素子保護部を形成するステップとを備える磁気検出プローブの製造方法によれば、ワイヤボンディング時のワイヤ、及び、基板上におけるワイヤ接続用のランドが不要となるとともに、磁気検出素子の脱落等を防止でき、小型であって信頼性の高い磁気検出プローブを製造できる。

（６）基板の磁気検出素子が表面実装されている側の面であって、かつ、磁気検出素子が表面実装されていない部分、又は、表面実装される予定の側の面であって、かつ、磁気検出素子が表面実装されない予定の部分に対して、前記基板の強度を補強する補強部を接合するステップを有する磁気検出プローブの製造方法によれば、補強部により全体の剛性を確保した磁気検出プローブを製造できる。したがって、磁気検出素子を表面実装する部分に薄い基板を用いることができ、小型の磁気検出プローブを製造できる。

磁気検出素子が設けられている部分が小型の磁気検出プローブ、磁気検出プローブの製造方法を提供するという目的を、磁気検出素子と基板との接続形態を改良することにより、構造を複雑にすることなく実現した。

（実施形態）
図１は、磁気検出プローブの実施形態を示す図である。
図２は、磁気検出プローブの先端付近を拡大して示した図である。図２（ａ）は、検出面側から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中に示した矢印Ａ１−Ａ２で切断した断面図である。以下、図２（ｂ）の上方を検出面側と呼び、図２（ｂ）の下方を裏面側と呼ぶ。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本実施形態の磁気検出プローブ１は、基板２と、磁気検出素子３と、素子保護部４と、補強部５と、半田部６と、リード線７と、被覆部８とを備えている。

基板２は、検出面側から見た形状が長方形形状のフレキシブルプリント配線板であり、検出面側の表面２ａに配線パターンが形成され、カバーレイが形成されず配線パターンの一部が露出したランド部２ｃ，２ｄが形成されている（図３参照）。基板２には、基板２の先端側（磁気検出素子３が設けられている側）のランド部２ｃ（図３（ａ）参照）と、他端側（以下、後端側）のランド部２ｄが形成されている。本実施形態では、裏面２ｂには、配線パターンは形成されていない。
本実施形態の基板２は、厚さｔ１＝０．１ｍｍ、幅Ｂ＝０．６ｍｍである。

磁気検出素子３は、磁気量を電気量に変換する磁電変換素子であり、本実施形態では、ガリウム砒素タイプのホール素子を用いている。磁気検出素子３は、検出面側からみた形状が、一辺の幅Ｃ＝０．３ｍｍの略正方形であり、その厚さｔ２＝０．１ｍｍである。磁気検出素子３は、基板２の先端付近において、その表面２ａに表面実装されている。基板２と磁気検出素子３との間には半田部６が形成されており、基板２のランド部２ｃ（図３（ａ）参照）と磁気検出素子３の電極（不図示）とを接続している。半田部６の厚さｔ３＝０．１ｍｍである。したがって、磁気検出素子３が実装されている部分全体の厚さは、略０．３ｍｍである。

素子保護部４は、磁気検出素子３の周囲を覆うように形成された樹脂製の部分である。ここで、覆うとは、磁気検出素子３の外観部分のいずれかの部分に接触するように素子保護部４が形成されている状態を指しており、全体を覆い尽くす形態を指すものではない。本実施形態では、素子保護部４は、磁気検出素子３の検出面側の表面を覆わないように設けられており、素子保護部４の検出面側の表面は、磁気検出素子３の検出面側の表面と略同一面となっている。素子保護部４は、例えば、エポキシ樹脂等を塗布して硬化することにより形成される。素子保護部４を設けることにより、基板２に対して表面実装された磁気検出素子３が基板２から脱落することを防止し、磁気検出プローブ１の信頼性を向上している。

補強部５は、基板２の磁気検出素子３が実装されている側の面である表面２ａ上であって、磁気検出素子３及び素子保護部４が形成されていない部分に接合されている。補強部５は、基板２の後端側に形成されたランド部２ｄを覆わないように設けられている。本実施形態では、補強部５は、幅０．６ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの非磁性体の板材を厚さ０．０５ｍｍの両面テープ（不図示）を用いて接合している。したがって、補強部５を設けた部分の厚さは、磁気検出素子３を設けた部分の厚さと略等しくなっている。補強部５を設けることにより、基板２のみとするよりも磁気検出プローブ１の剛性が高くなり、測定時に磁気検出素子３の位置が不定とならず、安定した測定を行える。

リード線７は、基板２の後端側に形成されたランド部２ｄに一端が半田付けされ、他端が不図示のコネクタに接続されている。本実施形態では、リード線７は、４本設けられている。
被覆部８は、熱収縮チューブを熱収縮させることにより形成された被覆であり、本実施形態では、電子線架橋軟質ポリオレフィン樹脂製のチューブを使用している。被覆部８は、基板２の後端付近であって、補強部５を覆う位置から、リード線７が不図示のコネクタに接続される位置までを被覆している。

次に、本実施形態の磁気検出プローブ１の製造方法について説明する。
図３は、磁気検出プローブの製造方法を示す図である。図３は、磁気検出プローブの先端側を拡大して示している。
まず、基板２を作製する（図３（ａ））。基板２の表面２ａ側の先端側には、４つのランド部２ｃを形成する。このランド部２ｃは、磁気検出素子３の不図示の電極に対応した位置に設けられている。なお、４つのランド部２ｃからは、カバーレイに覆われた配線部２ｅが後端側に向かって形成され、後端の４つのランド部２ｄと接続されている。

次に、基板２の表面２ａ上に、磁気検出素子３を半田付け（本実施形態では、リフロー半田付け）により表面実装する。以下、この工程について説明する。
基板２を用意したら、ランド部２ｃに半田ペースト（後に半田部６となる）を印刷塗布する（図３（ｂ））。
ランド部２ｃに印刷塗布された半田ペーストと磁気検出素子３の不図示の電極とが対応する位置となるようにして、磁気検出素子３を半田ペーストを挟んで基板２の表面２ａに載せる。その後、半田ペーストの溶融温度に達するまで基板２を加熱し、半田ペーストを溶かして、ランド部２ｃと磁気検出素子３の不図示の電極とを半田付けする（図３（ｃ））。

基板２の表面２ａ上に対して磁気検出素子３の表面実装がされた後、補強部５を基板２の表面２ａ上へ接合する（図３（ｄ））。この補強部５の基板２の表面２ａ上への接合は、両面テープにより行ったが、接着剤を用いてもよい。
補強部５を基板２に接合した後、磁気検出素子３の周囲にエポキシ樹脂を塗布して硬化させ、素子保護部４を形成する（図３（ｅ））。
その後、ランド部２ｄにリード線７を半田付けするとともに、リード線を不図示のコネクタに接続する。さらに、熱収縮チューブを必要な範囲に被せて加熱し、被覆部８（図１参照）を形成することで、磁気検出プローブ１の製造を完了する。

本実施形態の磁気検出プローブ１は、上述した構成及び製造方法により、先端の小型化を実現した。この効果を説明するために、比較実験を行った。
本実施形態の磁気検出プローブ１は、上述したように、幅０．６ｍｍであり、厚さ０．３ｍｍである。これと比較するために、磁気検出素子と基板とがワイヤボンディングにより接続された従来の形態の磁気検出プローブを用意した。この比較例の磁気検出プローブは、幅１．５ｍｍであり、厚さ１．２ｍｍである。
本実施形態の磁気検出プローブ１と比較例の磁気検出プローブとを用いて、円環状の磁石の内周において、磁束密度を測定した。測定対象の磁石は、内径が１０ｍｍの８極着磁された磁石である。各磁気検出プローブは、マグネットアナライザ ＭＡＤ−３００（株式会社ディー・エム・ティー製）に接続し、各磁気検出プローブ先端の検出面側を磁石の内径に接触する直前まで接近させて配置し、磁石を回転させながら測定を行った。

図４は、比較実験結果を示すグラフである。
実線で示した測定結果Ｌ１は、本実施形態の磁気検出プローブ１を用いたときの測定結果を示し、破線で示した測定結果Ｌ２は、比較例の磁気検出プローブを用いたときの測定結果を示している。
比較例の場合に対して、本実施形態の場合には、より高い磁束密度の値が得られており、また、波形の変化がより細かくなっている。これは、以下の２つの理由により得られる効果である。
（理由１）
本実施形態の磁気検出プローブ１は、比較例のものよりも幅が狭いことから、磁石の内壁に対してより接近でき、磁気変化をより高い精度で検出できる。
（理由２）
本実施形態の磁気検出プローブ１は、磁気検出素子３が面実装されていることから、ワイヤボンディングにより磁気検出素子が実装された比較例のものよりも磁気検出素子３の検出面が磁気検出プローブ１の表面付近に位置するようになっている。よって、磁気検出素子３の検出面が磁石の内壁に対してより接近でき、磁気変化をより高い精度で検出できる。

また、本実施形態の磁気検出プローブ１は、比較例のものよりも厚さが薄くなっているので、より薄い部分や、閉磁路が形成されたより薄い空間に挿入することができる。
図５は、本実施形態の磁気検出プローブの使用例を示した図である。
図５に示す例では、磁気検出プローブ１は、閉磁路が形成されたコア１００とマグネット２００との間に挿入され、狭い閉磁路の磁束を測定している状態である。
以上のように、本実施形態の磁気検出プローブ１を用いることにより、以下のような測定が簡単かつ精度よく行える。
（１）今まで測定出来なかった狭いギャップの磁束測定。
（２）マグネットのコア間等の非常に狭い隙間における閉磁路磁束測定。
（３）測定ギャップが出来やすい小径マグネットの内周磁束測定

本実施形態によれば、磁気検出素子３を基板２に表面実装したので、ワイヤボンディングの配線部分の厚さ方向へ突出する部分が無くなる。よって、本実施形態の磁気検出プローブ１は、ワイヤボンディングにより接続する場合と比べて、厚さを薄くできる。
また、ワイヤを用いないので、磁気検出素子の検出面をより磁気検出プローブの表面付近に配置でき、測定時に、磁気検出素子の検出面を被測定物により接近させることができる。
さらに、磁気検出素子３を基板２に表面実装したので、基板２上の磁気検出素子３の周囲にワイヤボンディング用のランドを設ける必要が無くなる。よって、基板２の幅を狭くすることができ、その結果として、磁気検出プローブ１は、ワイヤボンディングにより接続する場合と比べて、幅を狭くできる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態において、磁気検出素子３の周囲に素子保護部４を設けた例を示したが、これに限らず、素子保護部を設けないようにして、さらに磁気検出プローブの先端の幅を狭くしてもよい。

（２）本実施形態において、補強部５を設けた例を示したが、これに限らず、補強部５を設けなくてもよい。
（３）本実施形態において、磁気検出プローブ１の製造方法として、磁気検出素子３の表面実装を行い、その後、補強部５の接合、素子保護部４の形成をこの順番に行う例を示したが、これに限らず、例えば、素子保護部４を形成した後に補強部５を接合してもよい。

（４）本実施形態において、磁気検出素子３は、ホール素子である例を示したが、これに限らず、例えば、ＭＩ（Magneto Impedance）センサ、磁気共鳴型磁界検出素子、ＭＲ（Magneto-Resistance）素子等、磁気を感知する他のものを用いてもよい。

（５）本実施形態において、磁気検出素子３は、周囲に素子保護部４が設けられ、磁気検出素子３の表面は露出している例を示したが、これに限らず、例えば、素子保護部４により表面を覆ってもよいし、別途用意した保護テープ等により表面を覆ってもよい。
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した本実施形態によって限定されることはない。

磁気検出プローブの実施形態を示す図である。 磁気検出プローブの先端付近を拡大して示した図である。 磁気検出プローブの製造方法を示す図である。 比較実験結果を示すグラフである。 本実施形態の磁気検出プローブの使用例を示した図である。

符号の説明

１ 磁気検出プローブ
２ 基板
３ 磁気検出素子
４ 素子保護部
５ 補強部
６ 半田部
７ リード線
８ 被覆部

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に表面実装された磁気検出素子と、
   を備える磁気検出プローブ。
2. 請求項１に記載の磁気検出プローブにおいて、
   前記磁気検出素子の少なくとも一部を覆うように形成された素子保護部を有すること、
   を特徴とする磁気検出プローブ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の磁気検出プローブにおいて、
   前記基板の前記磁気検出素子が表面実装されている側の面であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されていない部分に接合され、前記基板の強度を補強する補強部を有すること、
   を特徴とする磁気検出プローブ。
4. 請求項３に記載の磁気検出プローブにおいて、
   前記補強部が設けられている部分の総厚は、前記磁気検出素子が設けられている部分の総厚と略等しいこと、
   を特徴とする磁気検出プローブ。
5. 基板上に磁気検出素子を表面実装するステップと、
   表面実装された前記磁気検出素子の少なくとも一部を覆うように素子保護部を形成するステップと、
   を備える磁気検出プローブの製造方法。
6. 請求項５に記載の磁気検出プローブの製造方法において、
   前記基板の前記磁気検出素子が表面実装されている側の面であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されていない部分、又は、表面実装される予定の側の面であって、かつ、前記磁気検出素子が表面実装されない予定の部分に対して、前記基板の強度を補強する補強部を接合するステップを有すること、
   を備える磁気検出プローブの製造方法。

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