JP2018197661A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ基板と外部磁性体を備えた磁気センサにおける漏洩磁束を低減する。
【解決手段】感磁素子Ｒ１，Ｒ２が形成された素子形成面２０ａ、側面２１，２２及び裏面２３を有するセンサ基板２０と、感磁素子Ｒ１と感磁素子Ｒ２との間に設けられた第１の外部磁性体３０と、側面２１，２２を覆う第１及び第２の部分４１，４２を有する第２の外部磁性体４０とを備え、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２は、素子形成面２０ａを超えて突出している。本発明によれば、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２が素子形成面２０ａを超えて突出していることから、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０との間の漏洩磁束が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気センサに関し、特に、感磁素子が形成されたセンサ基板と外部磁性体とを備えた磁気センサに関する。

感磁素子を用いた磁気センサは、電流計や磁気エンコーダなどに広く用いられている。特許文献１に記載されているように、磁気センサには、感磁素子に磁束を集めるための外部磁性体が設けられることがある。例えば、特許文献１の図８に記載された磁気センサは、センサチップの素子形成面の中央部を覆う磁性体２１と、センサチップの左側面を覆う磁性体２２と、センサチップの右側面を覆う磁性体２３とを有し、磁性体２１と２２の間、並びに、磁性体２１と２３の間にそれぞれ感磁素子を配置することにより、感磁素子に磁束を分配する構造が記載されている。

特許第５５００７８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサは、磁性体２１と２２の間のエアギャップや磁性体２１と２３の間のエアギャップが大きいことから、磁束の漏れが大きく、その結果、十分な検出感度が得られないという問題があった。

したがって、本発明は、センサ基板と外部磁性体を備えた磁気センサにおける漏洩磁束を低減することによって検出感度を高めることを目的とする。

本発明による磁気センサは、第１及び第２の感磁素子を含む複数の感磁素子が形成された素子形成面と、前記素子形成面とは反対側に位置する裏面と、前記素子形成面及び前記裏面と略直交し、互いに反対側に位置する第１及び第２の側面とを有するセンサ基板と、前記素子形成面上において、前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子との間に設けられた第１の外部磁性体と、前記第１の側面を覆う第１の部分及び前記第２の側面を覆う第２の部分を有する第２の外部磁性体と、を備え、前記第１の感磁素子は、平面視で、前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第１の部分との間に位置し、前記第２の感磁素子は、平面視で、前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第２の部分との間に位置し、前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分は、前記素子形成面を超えて突出していることを特徴とする。

本発明によれば、第２の外部磁性体の第１及び第２の部分が素子形成面を超えて突出していることから、第１の外部磁性体と第２の外部磁性体との間の磁束の漏れが低減される。これにより、磁束が感磁素子により集中することから、磁界の検出感度を高めることが可能となる。

本発明において、前記第１及び第２の部分の前記素子形成面からの突出量は、前記素子形成面に沿った前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分との距離以下であることが好ましい。これによれば、第１の外部磁性体と第２の外部磁性体との間をバイパスする磁束が低減されることから、検出感度をより高めることが可能となる。

本発明において、前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分は、前記素子形成面側から前記裏面側に向かって厚みが増大するテーパー形状を有していることが好ましい。これによれば、テーパー形状を有していない場合と比べて集磁効果が高められる。

本発明において、前記第２の外部磁性体は、前記裏面を覆う第３の部分をさらに有することが好ましい。これによれば、磁気抵抗をより低減することが可能となる。

本発明において、前記第２の外部磁性体の前記第１の部分と前記第２の部分は別部材であり、前記センサ基板の前記裏面は、前記第２の外部磁性体に覆われることなく露出していても構わない。これによれば、第２の外部磁性体を小型化することができる。

本発明において、前記第２の外部磁性体は、前記第１の部分から前記素子形成面側に折り曲げられた第１のオーバーハング部分と、前記第２の部分から前記素子形成面側に折り曲げられた第２のオーバーハング部分とをさらに有することが好ましい。これによれば、第１の外部磁性体と第２の外部磁性体との間の磁束の漏れがより低減され、磁束が感磁素子により集中する。これにより、磁界の検出感度をより高めることが可能となる。

この場合、前記第１及び第２のオーバーハング部分は、前記第１の外部磁性体に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有していても構わないし、前記第１の外部磁性体に近づくにつれて厚みが薄くなる形状を有していても構わない。これらによれば、感磁素子を経由することなく第１の外部磁性体と第２の外部磁性体との間をバイパスする磁束が低減されることから、検出感度をより高めることが可能となる。

本発明による磁気センサは、平面視で前記センサ基板の前記素子形成面と重なる第１、第２及び第３の磁性体層をさらに備え、前記第１の感磁素子は、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層との間の第１のギャップによって形成される磁路上に設けられ、前記第２の感磁素子は、前記第１の磁性体層と前記第３の磁性体層との間の第２のギャップによって形成される磁路上に設けられ、前記第１の外部磁性体は、前記第１の磁性体層上に設けられていることが好ましい。これによれば、第１〜第３の磁性体層がセンサ基板の素子形成面上における磁路となることから、磁気抵抗が大幅に低減する。これにより、検出感度をよりいっそう高めることが可能となる。

この場合、前記第１のオーバーハング部分は前記第２の磁性体層の少なくとも一部を覆い、前記第２のオーバーハング部分は前記第３の磁性体層の少なくとも一部を覆うことが好ましい。これによれば、磁気抵抗をよりいっそう低減することが可能となる。

本発明において、複数の感磁素子は、いずれも磁気抵抗素子であることが好ましい。

本発明によれば、第１の外部磁性体と第２の外部磁性体との間の漏洩磁束が低減されることから、従来の磁気センサと比べ、磁界の検出感度をより高めることが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの外観を示す略斜視図である。 図２は、磁気センサ１０Ａの略上面図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 図４は、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。 図５は、第１の変形例による磁気センサ１１Ａの構造を示す略断面図である。 図６は、第２の変形例による磁気センサ１２Ａの構造を示す略斜視図である。 図７は、第３の変形例による磁気センサ１３Ａの構造を示す略斜視図である。 図８は、磁気センサ１３Ａの略上面図である。 図９は、第４の変形例による磁気センサ１４Ａの構造を示す略斜視図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの外観を示す略斜視図である。 図１１は、磁気センサ１０Ｂの略上面図である。 図１２は、図１１に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。 図１３は、第１の変形例による磁気センサ１１Ｂの構造を示す略斜視図である。 図１４は、第２の変形例による磁気センサ１２Ｂの構造を示す略斜視図である。 図１５は、第３の変形例による磁気センサ１３Ｂの構造を示す略斜視図である。 図１６は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。 図１７は、磁気センサ１０Ｃの略断面図である。 図１８は、第１の変形例による磁気センサ１１Ｃの外観を示す略斜視図である。 図１９は、磁気センサ１１Ｃの略断面図である。 図２０は、磁気センサ１０Ｃにおける第１及び第２の部分４１，４２の突出量と集磁効果との関係を示すグラフである。 図２１は、磁気センサ１１Ｃにおける第１及び第２の部分４１，４２の突出量と集磁効果との関係を示すグラフである。 図２２は、第２の変形例による磁気センサ１２Ｃの構造を示す略斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１０Ａの外観を示す略斜視図である。また、図２は磁気センサ１０Ａの略上面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、センサ基板２０と、センサ基板２０に付加された第１及び第２の外部磁性体３０，４０とを備えている。センサ基板２０はチップ部品であり、その素子形成面２０ａには４つの感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。センサ基板２０の作製方法としては、集合基板に多数のセンサ基板２０を同時に形成し、これらを分離することによって多数個取りする方法が一般的であるが、本発明がこれに限定されるものではなく、個々のセンサ基板２０を別個に作製しても構わない。

第１及び第２の外部磁性体３０，４０は、フェライトなど透磁率の高い軟磁性材料からなるブロックである。第１及び第２の外部磁性体３０，４０は、接着剤などを用いてセンサ基板２０に接着されていても構わないし、センサ基板２０とともに図示しない他の基板に搭載され、センサ基板２０との相対的な位置関係が固定されているものであっても構わない。

センサ基板２０は略直方体形状を有し、ｘｙ平面を構成する素子形成面２０ａ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、磁束密度によって物理特性の変化する素子であれば特に限定されないが、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子であることが好ましい。本実施形態においては、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の感度方向（固定磁化方向）は、図２及び図３の矢印Ｐが示す方向（ｘ方向におけるプラス側）に全て揃えられている。素子形成面２０ａ上には絶縁膜２４が形成されており、これによって感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が保護されている。

センサ基板２０の素子形成面２０ａには、第１の外部磁性体３０が配置されている。第１の外部磁性体３０は、平面視で、つまりｚ方向から見て、感磁素子Ｒ１，Ｒ３と感磁素子Ｒ２，Ｒ４との間に配置されており、ｚ方向を長手方向とする直方体形状を有している。第１の外部磁性体３０はｚ方向の磁束φを集め、これをｘ方向における両側にスプリットさせる役割を果たす。第１の外部磁性体３０のｚ方向における高さについては特に限定されないが、ｚ方向における高さをより高くすることによって、ｚ方向の磁束の選択性を高めることができる。但し、第１の外部磁性体３０をセンサ基板２０に直接固定する場合、第１の外部磁性体３０のｚ方向における高さが高すぎると、第１の外部磁性体３０の支持が不安定となるおそれがあることから、安定的な支持を確保できる範囲において高くすることが好ましい。本実施形態においては、第１の外部磁性体３０のｙ方向における幅がセンサ基板２０のｙ方向における幅と略一致しているが、本発明がこれに限定されるものではない。

センサ基板２０は、ｙｚ平面を構成する第１及び第２の側面２１，２２と、素子形成面２０ａとは反対側に位置する裏面２３とを有している。第１及び第２の側面２１，２２は、素子形成面２０ａと直交する面であるが、完全に直交する必要はない。また、裏面２３は素子形成面２０ａと平行な面であるが、完全に平行である必要はない。

センサ基板２０の第１の側面２１、第２の側面２２及び裏面２３は、第２の外部磁性体４０によって覆われている。より具体的に説明すると、第２の外部磁性体４０は、センサ基板２０の第１の側面２１を覆う第１の部分４１と、センサ基板２０の第２の側面２２を覆う第２の部分４２と、センサ基板２０の裏面２３を覆う第３の部分４３を有しており、これらが一体化された構造を有している。第２の外部磁性体４０を一体化されたブロックとすれば、第２の外部磁性体４０の磁気抵抗を最小限とすることができる。尚、第２の外部磁性体４０の第１の部分４１、第２の部分４２及び第３の部分４３がセンサ基板２０の第１の側面２１、第２の側面２２及び裏面２３とそれぞれ接している必要はなく、両者間に空間が存在していても構わないし、両者間に接着剤などの他の部材が介在していても構わない。

本実施形態においては、第２の外部磁性体４０のｙ方向における幅がセンサ基板２０のｙ方向における幅と略一致しているが、本発明がこれに限定されるものではない。また、本実施形態においては、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２が素子形成面２０ａ側から裏面２３側に向かってｘ方向における厚みが増大するテーパー形状を有している。本発明においてこの点は必須でないが、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２をこのようなテーパー形状とすれば、テーパー形状を有していない場合と比べて集磁効果が高められる。

さらに、第２の外部磁性体４０は、ｚ方向における位置が素子形成面２０ａを超えるよう第１の部分４１がｚ方向に延長され、さらにこの延長された部分から素子形成面２０ａ側に折り曲げられた第１のオーバーハング部分ＯＨ１を有している。同様に、第２の外部磁性体４０は、ｚ方向における位置が素子形成面２０ａを超えるよう第２の部分４２がｚ方向に延長され、さらにこの延長された部分から素子形成面２０ａ側に折り曲げられた第２のオーバーハング部分ＯＨ２を有している。本実施形態においては、オーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２がいずれも素子形成面２０ａ上の絶縁膜２４と接している。このため、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４と第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２とのｚ方向における高さの差が最小限に抑えられている。

かかる構成により、ｚ方向から見て、感磁素子Ｒ１，Ｒ３は第１の外部磁性体３０と第１のオーバーハング部分ＯＨ１との間に位置し、感磁素子Ｒ２，Ｒ４は第１の外部磁性体３０と第２のオーバーハング部分ＯＨ２との間に位置する。このため、第１の外部磁性体３０によって集められた磁束φは、図３に示すように左右にほぼ均等に分配された後、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２を介して第２の外部磁性体４０に吸い込まれる。この時、磁束φの一部が感磁素子Ｒ１〜Ｒ４を通過するため、感磁素子Ｒ１，Ｒ３と感磁素子Ｒ２，Ｒ４には、互いに逆方向の磁束が与えられることになる。上述の通り、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の磁化固定方向は、矢印Ｐが示すｘプラス方向に揃えられていることから、磁束のｘ方向における成分に対して感度を持つことになる。

図４は、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。

図４に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、４つのボンディングパッド５１〜５４を有しており、ボンディングパッド５１，５４にはそれぞれグランド電位Ｇｎｄ及び電源電位Ｖｄｄが供給される。また、ボンディングパッド５１，５４間には、感磁素子Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されるとともに、感磁素子Ｒ４，Ｒ３が直列に接続される。そして、感磁素子Ｒ３，Ｒ４の接続点はボンディングパッド５２に接続され、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の接続点はボンディングパッド５３に接続される。このようなブリッジ接続により、ボンディングパッド５３に現れる電位Ｖａとボンディングパッド５２に現れる電位Ｖｂを参照することにより、磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の電気抵抗の変化を高感度に検出することが可能となる。

具体的には、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が全て同一の磁化固定方向を有していることから、第１の外部磁性体３０からみて一方側に位置する感磁素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗変化量と、第１の外部磁性体３０からみて他方側に位置する感磁素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗変化量との間には差が生じる。この差は、図４に示した差動ブリッジ回路によって２倍に増幅され、ボンディングパッド５２，５３に現れる。このため、ボンディングパッド５２，５３に現れる電位Ｖａ，Ｖｂの差を検出することによって、磁束密度を測定することが可能となる。

このように、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、第１の外部磁性体３０を備えていることから、ｚ方向の磁束を選択的に検出することができる。しかも、本実施形態による磁気センサ１０Ａは、第２の外部磁性体４０が第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２を有していることから、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０との間の磁気抵抗が小さくなる。これにより、漏洩磁束が低減されることから、従来の磁気センサと比べて高い検出感度を得ることが可能となる。

以下、本実施形態による磁気センサ１０Ａのいくつかの変形例について説明する。

図５は、第１の変形例による磁気センサ１１Ａの構造を示す略断面図である。

図５に示す磁気センサ１１Ａは、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２と絶縁膜２４が接しておらず、両者間にｚ方向のギャップが形成されている点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。その他の構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示す磁気センサ１１Ａが例示するように、本発明において、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２と絶縁膜２４が接していることは必須でなく、両者間にギャップが存在していても構わない。かかる構成によれば、第２の外部磁性体４０をセンサ基板２０に装着しやすくなるという利点が得られる。

図６は、第２の変形例による磁気センサ１２Ａの構造を示す略斜視図である。

図６に示す磁気センサ１２Ａは、第２の外部磁性体４０が第３の部分４３を備えておらず、第１の部分４１と第２の部分４２が別部材である点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。さらに、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２がテーパー形状ではなく、ｘ方向における厚みがほぼ一定である。その他の構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示す磁気センサ１２Ａが例示するように、本発明において、第２の外部磁性体４０が一体的であることは必須でなく、第１の部分４１と第２の部分４２が別部材であっても構わない。かかる構成によれば、第２の外部磁性体４０の作製が容易となるだけでなく、第２の外部磁性体４０をセンサ基板２０により装着しやすくなり、作業効率が向上する。また、センサ基板２０の裏面２３は、第２の外部磁性体４０に覆われることなく露出していても構わないし、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２がテーパー形状であることも必須でない。

図７は、第３の変形例による磁気センサ１３Ａの構造を示す略斜視図である。また、図８は磁気センサ１３Ａの略上面図である。

図７及び図８に示す磁気センサ１３Ａは、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｙ方向における幅が狭くなる形状を有している。さらに、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｘ方向における長さが拡大されており、ｘ方向における端部が感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の近傍に位置している。その他の構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｘ方向における長さを拡大することによって感磁素子Ｒ１〜Ｒ４により近づけると、磁束をより感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に集中させることが可能となる。その反面、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０の距離が近くなるため、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４を経由することなく第１の外部磁性体３０から第２の外部磁性体４０へ直接バイパスする磁束が増えるおそれがあり、このようなバイパス磁束が増えると検出感度が低下してしまう。しかしながら、本例による磁気センサ１３Ａは、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２の幅が狭くなる形状を有していることから、バイパス磁束を低減することが可能となる。

図９は、第４の変形例による磁気センサ１４Ａの構造を示す略斜視図である。

図９に示す磁気センサ１４Ａは、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｚ方向における厚みが薄くなる形状を有している点において、第３の変形例による磁気センサ１３Ａと相違する。その他の構成は第３の変形例による磁気センサ１３Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本例のように、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｚ方向における厚みを薄くすれば、バイパス磁束がより低減される。これにより、検出感度をより高めることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂの外観を示す略斜視図である。また、図１１は磁気センサ１０Ｂの略上面図であり、図１２は図１１に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。

図１０〜図１２に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ｂは、センサ基板２０の素子形成面２０ａを覆う絶縁膜２４に第１〜第３の磁性体層６１〜６３が形成されている点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。その他の構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１の磁性体層６１は、平面視で素子形成面２０ａ上の略中央に位置し、そのｘ方向における両側に第２及び第３の磁性体層６２，６３が配置される。特に限定されるものではないが、磁性体層６１〜６３としては、樹脂材料に磁性フィラーが分散された複合磁性材料からなる膜であっても構わないし、ニッケル又はパーマロイなどの軟磁性材料からなる薄膜もしくは箔であっても構わないし、フェライトなどからなる薄膜又はバルクシートであっても構わない。

第１の磁性体層６１は、中央に位置する第１の主領域Ｍ１と、第１の主領域Ｍ１からｘ方向に離れるに従ってｙ方向における幅が狭くなる第１〜第４の収束領域Ｓ１〜Ｓ４を含む。第１の主領域Ｍ１は、第１の外部磁性体３０によって覆われる部分である。特に限定されるものではないが、第１の外部磁性体３０のｙ方向における幅は、第１の主領域Ｍ１のｙ方向における幅よりも広く、これにより、第１の主領域Ｍ１のｙ方向における全幅が第１の外部磁性体３０によって覆われていることが好ましい。これによれば、製造時において、第１の外部磁性体３０と第１の主領域Ｍ１との相対的な位置関係にずれが生じたとしても、検出精度が大幅に低下することがない。位置ずれとしては、ｘｙ方向におけるずれの他、回転ずれも考えられる。

上述の通り、第１〜第４の収束領域Ｓ１〜Ｓ４は、第１の主領域Ｍ１からｘ方向に離れるに従ってｙ方向における幅が狭くなるテーパー形状部分であり、本実施形態では、第１及び第３の収束領域Ｓ１，Ｓ３が第１の主領域Ｍ１に対してｘ方向マイナス側（左側）に位置し、第２及び第４の収束領域Ｓ２，Ｓ４が第１の主領域Ｍ１に対してｘ方向プラス側（右側）に位置する。

ここで、第１の磁性体層６１は二回対称形状を有している。このため、ｙ方向に延在する仮想的な直線Ｌ１を対称軸として、第１の収束領域Ｓ１と第４の収束領域Ｓ４は線対称であり、且つ、第２の収束領域Ｓ２と第３の収束領域Ｓ３は線対称である。さらに、ｘ方向に延在する仮想的な直線Ｌ２を対称軸として、第１の収束領域Ｓ１と第３の収束領域Ｓ３は線対称であり、且つ、第２の収束領域Ｓ４と第４の収束領域Ｓ４は線対称である。このような対称形状のため、第１の外部磁性体３０を介して取り込まれた磁束が第１の主領域Ｍ１に入射されると、この磁束が第１〜第４の収束領域Ｓ１〜Ｓ４に対してほぼ均等に分配される。そして、分配された磁束は、テーパー形状を有する第１〜第４の収束領域Ｓ１〜Ｓ４を通過することにより、磁束密度が高められる。

一方、第２の磁性体層６２は、第２の主領域Ｍ２と、第２の主領域Ｍ２からｘ方向（プラス側）に離れるに従ってｙ方向における幅が狭くなる第５及び第７の収束領域Ｓ５，Ｓ７を含む。同様に、第３の磁性体層６３は、第３の主領域Ｍ３と、第３の主領域Ｍ３からｘ方向（マイナス側）に離れるに従ってｙ方向における幅が狭くなる第６及び第８の収束領域Ｓ６，Ｓ８を含む。第２の主領域Ｍ２は、センサ基板２０のｘ方向マイナス側における端部近傍に位置し、第１のオーバーハング部分ＯＨ１に覆われている。一方、第３の主領域Ｍ３は、センサ基板２０のｘ方向プラス側における端部近傍に位置し、第２のオーバーハング部分ＯＨ２に覆われている。本実施形態においては、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｙ方向における幅は、第２及び第３の主領域Ｍ２，Ｍ３のｙ方向における幅よりも広く、これにより、第２及び第３の主領域Ｍ２，Ｍ３のｙ方向における全幅が第１又は第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２によって覆われている。

第５の収束領域Ｓ５の先端部は、第１のギャップＧ１を介して第１の収束領域Ｓ１の先端部と対向している。また、第７の収束領域Ｓ７の先端部は、第３のギャップＧ３を介して第３の収束領域Ｓ３の先端部と対向している。ここで、第５の収束領域Ｓ５と第７の収束領域Ｓ７は、ｘ方向に延在する仮想的な直線Ｌ２を対称軸として線対称である。このような対称形状のため、第２の外部磁性体４０を介して取り込まれた磁束が第１のオーバーハング部分ＯＨ１を介して第２の主領域Ｍ２に放出されると、この磁束が第５及び第７の収束領域Ｓ５，Ｓ７に対してほぼ均等に分配される。

第６の収束領域Ｓ６の先端部は、第２のギャップＧ２を介して第２の収束領域Ｓ２の先端部と対向している。また、第８の収束領域Ｓ８の先端部は、第４のギャップＧ４を介して第４の収束領域Ｓ４の先端部と対向している。ここで、第６の収束領域Ｓ６と第８の収束領域Ｓ８は、ｘ方向に延在する仮想的な直線Ｌ２を対称軸として線対称である。このような対称形状のため、第２の外部磁性体４０を介して取り込まれた磁束が第２のオーバーハング部分ＯＨ２を介して第３の主領域Ｍ３に放出されると、この磁束が第６及び第８の収束領域Ｓ６，Ｓ８に対してほぼ均等に分配される。

図１１に示すように、第１〜第４のギャップＧ１〜Ｇ４と重なる位置には、それぞれｙ方向に延在する第１〜第４の感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が配置されている。第１〜第４のギャップＧ１〜Ｇ４のｘ方向における幅は互いに同一である。第１〜第４の感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は、第１〜第３の磁性体層６１〜６３とは接していない。

このように、本実施形態による磁気センサ１０Ｂは、センサ基板２０の素子形成面２０ａ上に第１〜第３の磁性体層６１〜６３が設けられており、これら磁性体層６１〜６３によって形成される４つのギャップＧ１〜Ｇ４と重なる位置にそれぞれ感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が配置されていることから、ある感磁素子に流れる電流によって生じる磁束が他の感磁素子に影響を与えることがない。これにより、従来よりも高い検出精度を得ることが可能となる。

しかも、ギャップＧ１〜Ｇ４を構成する８つの収束領域Ｓ１〜Ｓ８は、いずれも対応する感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に向かって幅が狭くなるテーパー形状を有していることから、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に与えられる磁束の密度が高められる。さらに、第１の磁性体層６１に含まれる第１の主領域Ｍ１は、４つの収束領域Ｓ１〜Ｓ４の全ての根元部分に接続される広い面積を有していることから、第１の外部磁性体３０を介した磁束φの集磁効果が高く、これにより高い検出精度を得ることも可能となる。

尚、図１２に示すように、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４と磁性体層６１〜６３との間には絶縁膜２４が介在するため、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４と磁性体層６１〜６３のｚ方向における位置は僅かに相違する。このため、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は、磁性体層６１〜６３によって形成されるギャップに対してｚ方向に僅かにオフセットした位置に配置されることになるが、ギャップの存在によって形成される磁路上に位置していることから、一方の磁性体層から他方の磁性体層へ流れる磁束を受けることができる。このように、磁気抵抗効果素子を設ける位置は、２つの磁性体層によって形成されるギャップから僅かにずれていても構わない。

また、２つの磁性体層の一部が重なることによってギャップをｚ方向に形成しても構わない。さらには、２つの磁性体層が互いに異なる平面に形成され、且つ、互いに重なりを有していない構成とし、これによってギャップを斜め方向に形成しても構わない。つまり、２つの磁性体層によって形成されるギャップは、平面的なものであっても構わないし、立体的なものであっても構わない。また、感磁素子は、厳密にギャップ内に位置している必要はなく、ギャップの存在によって形成される磁路上に位置していれば足りる。さらに、図１２に示した例では、素子形成面２０ａの上方に磁性体層６１〜６３が設けられているが、逆に、素子形成面２０ａの下方に磁性体層６１〜６３を設けても構わないし、素子形成面２０ａそのものに磁性体層６１〜６３を設けても構わない。つまり、平面視で磁性体層６１〜６３と素子形成面２０ａが重なる限り、両者の上下位置は問わない。

以下、本実施形態による磁気センサ１０Ｂのいくつかの変形例について説明する。

図１３は、第１の変形例による磁気センサ１１Ｂの構造を示す略斜視図である。

図１３に示す磁気センサ１１Ｂは、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｙ方向における幅が第２及び第３の主領域Ｍ２，Ｍ３のｙ方向における幅と略一致するよう、先端部が絞られている点において、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂと相違する。その他の構成は第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１３に示す磁気センサ１１Ｂが例示するように、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２の先端部のｙ方向における幅を絞れば、上述したバイパス磁束が低減されるため、検出感度を高めることが可能となる。

図１４は、第２の変形例による磁気センサ１２Ｂの構造を示す略斜視図である。

図１４に示す磁気センサ１２Ｂは、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｚ方向における厚みが薄くなる形状を有している点において、第１の変形例による磁気センサ１１Ｂと相違する。その他の構成は第１の変形例による磁気センサ１１Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本例のように、第１の外部磁性体３０に近づくにつれて、第１及び第２のオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２のｚ方向における厚みを薄くすれば、バイパス磁束がより低減されることから、検出感度をよりいっそう高めることが可能となる。

図１５は、第３の変形例による磁気センサ１３Ｂの構造を示す略斜視図である。

図１５に示す磁気センサ１３Ｂは、図６に示した磁気センサ１２Ａと同様、第２の外部磁性体４０が第３の部分４３を備えておらず、第１の部分４１と第２の部分４２が別部材である点において、第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂと相違する。さらに、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２がテーパー形状ではなく、ｘ方向における厚みがほぼ一定である。その他の構成は第２の実施形態による磁気センサ１０Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１５に示すように、第１〜第３の磁性体層６１〜６３を備える場合においても、第２の外部磁性体４０の第１の部分４１と第２の部分４２が別部材であっても構わないし、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２が直線状であっても構わない。

＜第３の実施形態＞
図１６は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃの外観を示す略斜視図である。また、図１７は磁気センサ１０Ｃの略断面図である。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態による磁気センサ１０Ｃは、第２の外部磁性体４０がオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２を有しておらず、その代わりに、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２が素子形成面２０ａを超えてｚ方向に突出している点において、第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと相違する。その他の構成は第１の実施形態による磁気センサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

このように、本実施形態による磁気センサ１０Ｃは、第１及び第２の部分４１，４２が素子形成面２０ａを超えてｚ方向に突出していることから、第１及び第２の部分４１，４２のｚ方向における端部が素子形成面２０ａと同一平面を構成する場合と比べて、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０との間の磁気抵抗が小さくなる。これにより、漏洩磁束が低減されることから、高い検出感度を得ることが可能となる。また、第２の外部磁性体４０の形状がよりシンプルとなることから、第２の外部磁性体４０の製造や実装がより容易となる。

図１８は、第１の変形例による磁気センサ１１Ｃの外観を示す略斜視図である。また、図１９は磁気センサ１１Ｃの略断面図である。

図１８及び図１９に示す磁気センサ１１Ｃは、センサ基板２０の素子形成面２０ａを覆う絶縁膜２４に第１〜第３の磁性体層６１〜６３が形成されている点において、上述した磁気センサ１０Ｃと相違する。その他の構成は第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１〜第３の磁性体層６１〜６３の材料や形状は、図１１を用いて説明したとおりであり、このような磁性体層６１〜６３を設けることによって、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０との間の磁気抵抗がよりいっそう小さくなる。これにより、漏洩磁束がよりいっそう低減されることから、さらに高い検出感度を得ることが可能となる。

図２０及び図２１は第１及び第２の部分４１，４２の突出量と集磁効果との関係を示すグラフであり、図２０は磁気センサ１０Ｃ（磁性体層なし）の特性を示し、図２１は磁気センサ１１Ｃ（磁性体層あり）の特性を示している。集磁効果については、突出量がゼロである場合（つまり、第１及び第２の部分４１，４２のｚ方向における端部が素子形成面２０ａと同一平面を構成する場合）を１として規格化している。また、図２０及び図２１のいずれにおいても、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２とのｘ方向における距離（素子形成面２０ａに沿った距離）は９００μｍである。

図２０及び図２１に示すように、第１及び第２の部分４１，４２の突出量がゼロである場合よりも、第１及び第２の部分４１，４２がある程度の突出している方が、高い集磁効果が得られることが分かる。また、図２０と図２１を比較すれば明らかなように、第１及び第２の部分４１，４２を突出させることによる集磁効果の向上は、磁性体層６１〜６３を有する磁気センサ１１Ｃの方が顕著である。

但し、第１及び第２の部分４１，４２の突出量が大きすぎると、集磁効果がかえって低下してしまう。これは、第１及び第２の部分４１，４２の突出量が大きすぎると、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４を経由することなく第１の外部磁性体３０から第２の外部磁性体４０へ直接バイパスする磁束が増えるからである。図２０に示す例では、第１及び第２の部分４１，４２の突出量が、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２とのｘ方向における距離（９００μｍ）を超えると、突出量がゼロである場合よりも集磁効果が低くなっていることが分かる。この点を考慮すれば、第１及び第２の部分４１，４２の素子形成面２０ａからの突出量は、第１の外部磁性体３０と第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２とのｘ方向における距離以下に設計することが好ましいと言える。

図２２は、第２の変形例による磁気センサ１２Ｃの構造を示す略斜視図である。

図２２に示す磁気センサ１２Ｃは、図６に示した磁気センサ１２Ａと同様、第２の外部磁性体４０が第３の部分４３を備えておらず、第１の部分４１と第２の部分４２が別部材である点において、第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃと相違する。さらに、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２がテーパー形状ではなく、ｘ方向における厚みがほぼ一定である。その他の構成は第３の実施形態による磁気センサ１０Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２２に示すように、第２の外部磁性体４０がオーバーハング部分ＯＨ１，ＯＨ２を有していない場合においても、第２の外部磁性体４０の第１の部分４１と第２の部分４２が別部材であっても構わないし、第２の外部磁性体４０の第１及び第２の部分４１，４２が直線状であっても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１０Ａ〜１４Ａ，１０Ｂ〜１３Ｂ，１０Ｃ〜１２Ｃ 磁気センサ
２０ センサ基板
２０ａ 素子形成面
２１ 第１の側面
２２ 第２の側面
２３ 裏面
２４ 絶縁膜
３０ 第１の外部磁性体
４０ 第２の外部磁性体
４１ 第１の部分
４２ 第２の部分
４３ 第３の部分
５１〜５４ ボンディングパッド
６１ 第１の磁性体層
６２ 第２の磁性体層
６３ 第３の磁性体層
Ｇ１〜Ｇ４ ギャップ
Ｍ１〜Ｍ３ 主領域
ＯＨ１ 第１のオーバーハング部分
ＯＨ２ 第２のオーバーハング部分
Ｒ１〜Ｒ４ 感磁素子
Ｓ１〜Ｓ８ 収束領域
φ 磁束

Claims (10)

1. 第１及び第２の感磁素子を含む複数の感磁素子が形成された素子形成面と、前記素子形成面とは反対側に位置する裏面と、前記素子形成面及び前記裏面と略直交し、互いに反対側に位置する第１及び第２の側面とを有するセンサ基板と、
   前記素子形成面上において、前記第１の感磁素子と前記第２の感磁素子との間に設けられた第１の外部磁性体と、
   前記第１の側面を覆う第１の部分及び前記第２の側面を覆う第２の部分を有する第２の外部磁性体と、を備え、
   前記第１の感磁素子は、平面視で、前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第１の部分との間に位置し、
   前記第２の感磁素子は、平面視で、前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第２の部分との間に位置し、
   前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分は、前記素子形成面を超えて突出していることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記第１及び第２の部分の前記素子形成面からの突出量は、前記素子形成面に沿った前記第１の外部磁性体と前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分との距離以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記第２の外部磁性体の前記第１及び第２の部分は、前記素子形成面側から前記裏面側に向かって厚みが増大するテーパー形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
4. 前記第２の外部磁性体は、前記裏面を覆う第３の部分をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
5. 前記第２の外部磁性体の前記第１の部分と前記第２の部分は別部材であり、前記センサ基板の前記裏面は、前記第２の外部磁性体に覆われることなく露出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
6. 前記第２の外部磁性体は、前記第１の部分から前記素子形成面側に折り曲げられた第１のオーバーハング部分と、前記第２の部分から前記素子形成面側に折り曲げられた第２のオーバーハング部分とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
7. 前記第１及び第２のオーバーハング部分は、前記第１の外部磁性体に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
8. 前記第１及び第２のオーバーハング部分は、前記第１の外部磁性体に近づくにつれて厚みが薄くなる形状を有していることを特徴とする請求項６又は７に記載の磁気センサ。
9. 平面視で前記センサ基板の前記素子形成面と重なる第１、第２及び第３の磁性体層をさらに備え、
   前記第１の感磁素子は、前記第１の磁性体層と前記第２の磁性体層との間の第１のギャップによって形成される磁路上に設けられ、
   前記第２の感磁素子は、前記第１の磁性体層と前記第３の磁性体層との間の第２のギャップによって形成される磁路上に設けられ、
   前記第１の外部磁性体は、前記第１の磁性体層上に設けられていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の磁気センサ。
10. 前記第１のオーバーハング部分は前記第２の磁性体層の少なくとも一部を覆い、前記第２のオーバーハング部分は前記第３の磁性体層の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。

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