CN113474670A - 磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明一边抑制磁传感器的制造成本的增大，一边尽量减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体的间隙，并且控制间隙的大小，以使产品间的偏差收敛于一定的范围内。本发明提供一种磁传感器，具备：以元件形成面(20a)相对于基板(2)垂直的方式搭载的传感器芯片(20)；以及以表面(31)与基板(2)相对且表面(32)与元件形成面(20a)相对的方式搭载的聚磁体(30)。聚磁体(30)的表面(31)、(32)的平坦性比其它表面的平坦性高。

Description

磁传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种磁传感器及其制造方法，特别是涉及由搭载于基板的表面的传感器芯片以及聚磁体构成的磁传感器及其制造方法。

背景技术

磁传感器被广泛用于电流计或磁性编码器等。在磁传感器中，以提高检测灵敏度为目的，有时设置用于使磁通汇集于传感器芯片的聚磁体。例如，在专利文献1中公开了一种磁传感器，其具备：传感器芯片，其以元件形成面与基板垂直的方式搭载于基板；以及聚磁体，其以端部与元件形成面相对的方式搭载于基板。

专利文献1所记载的磁传感器以元件形成面相对于基板垂直的方式将传感器芯片放倒90°而搭载于基板，因此具有即使在使用长度较长的聚磁体的情况下，也能够将聚磁体稳定地保持在基板上的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-090192号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

但是，当聚磁体的加工精度低时，有时传感器芯片的元件形成面与聚磁体未完全紧贴，在两者之间产生微小的间隙。由于该间隙对磁场的检测灵敏度产生大的影响，因此优选尽可能小，并且为了使产品间的偏差收敛在一定的范围内，优选控制间隙的大小。

在此，为了尽可能减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体的间隙，并且控制间隙的大小，以使产品间的偏差收敛于一定的范围内，可以举出通过对聚磁体的表面进行磨削或研磨而提高各面的平坦性，并且使2个面所成的角度更接近90°的方法。

然而，若对聚磁体的整个表面进行磨削或研磨，则存在磁传感器的制造成本增大至必要之上的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种磁传感器及其制造方法，能够抑制制造成本的增大，并且尽可能减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体的间隙，并且能够控制间隙的大小使得产品间的偏差收敛在一定的范围内。

用于解决技术问题的手段

本发明的磁传感器的特征在于，具备：基板；传感器芯片，其具有形成有磁敏元件的元件形成面，并以元件形成面相对于基板的表面垂直的方式搭载于基板的表面；以及聚磁体，其以第一表面与基板的表面相对且第二表面与传感器芯片的元件形成面相对的方式搭载于基板的表面，聚磁体的第一表面以及第二表面的平坦性比其它的至少一个表面的平坦性高。

根据本发明，由于提高了聚磁体的第一表面和第二表面的平坦性，因此能够尽可能减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体之间的间隙，并且能够控制间隙的大小使得产品间的偏差收敛于一定的范围内。而且，由于聚磁体的其它至少一个表面的平坦性没有改善，因此不会产生用于加工该表面的不必要的制造成本。由此，能够抑制制造成本的增大。

在本发明中，也可以是，聚磁体具有第三表面，传感器芯片和聚磁体经由涂布于传感器芯片和聚磁体的第三表面的粘接剂而被相互固定，第一表面和第二表面的平坦性比第三表面的平坦性高。由此，不产生用于加工第三表面的不必要的制造成本。而且，由于第三表面的平坦性低，因此能够充分确保基于粘接剂的粘接强度。

在本发明中，也可以是，聚磁体还具有第四表面，基板和聚磁体经由涂布于基板的表面和聚磁体的第四表面的粘接剂而相互固定，第一表面和第二表面的平坦性比第四表面的平坦性高。由此，不产生用于加工第四表面的不必要的制造成本。而且，由于第四表面的平坦性低，因此能够充分确保基于粘接剂的粘接强度。

在本发明中，聚磁体可以由铁氧体材料构成。铁氧体材料虽然在切断加工后原本的状态下平坦性较低，但通过磨削或研磨能够选择性地提高第一表面和第二表面的平坦性。

本发明的磁传感器的制造方法的特征在于，具备：第一工序，从由磁性材料构成的块体切出聚磁体；第二工序，通过选择性地磨削或研磨聚磁体的第一表面及第二表面，从而选择性地提高第一表面及第二表面的平坦性；第三工序，以形成有磁敏元件的元件形成面相对于基板的表面垂直的方式，将传感器芯片搭载于基板的表面；以及第四工序，以第一表面与基板的表面相对、第二表面与传感器芯片的元件形成面相对的方式，在基板的表面搭载聚磁体。

根据本发明，由于选择性地磨削或研磨聚磁体的第一表面和第二表面，因此能够提高第一表面和第二表面的平坦性，另一方面，能够将伴随磨削或研磨的制造成本的增大抑制在最小限度。

在本发明中，第四工序也可以以使聚磁体的第二表面按压于传感器芯片的元件形成面的方式一边对聚磁体施力一边进行。由此，能够进一步减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体之间的间隙。

在本发明中，也可以是，聚磁体具有第三表面，在第二工序中，不对第三表面进行磨削或研磨而对第一表面及第二表面进行磨削或研磨，在第四工序中，在传感器芯片与聚磁体的第三表面涂布粘接剂。由此，不产生用于加工第三表面的不必要的制造成本。而且，由于第三表面的平坦性低，因此能够充分确保基于粘接剂的粘接强度。

在本发明中，也可以是，聚磁体还具有第四表面，在第二工序中，不对第四表面进行磨削或研磨而对第一及第二表面进行磨削或研磨，在第四工序中，在基板的表面与聚磁体的第四表面涂布粘接剂。由此，不产生用于加工第四表面的不必要的制造成本。而且，由于第四表面的平坦性低，因此能够充分确保基于粘接剂的粘接强度。

发明效果

这样，根据本发明，能够抑制制造成本的增大，并且尽可能减小传感器芯片的元件形成面与聚磁体的间隙，并且控制间隙的大小使得产品间的偏差收敛在一定的范围内。

附图说明

图1是表示本发明的优选实施方式的磁传感器10的外观的示意性立体图。

图2是用于说明传感器芯片20的元件形成面20a的结构的示意性立体图。

图3是用于说明磁敏元件R1～R4的连接关系的电路图。

图4是用于说明聚磁体30的结构的大致立体图。

图5(a)～(c)是用于说明粘接剂71～73的涂布位置的示意图。

图6是用于说明磁传感器10的制造工序的流程图。

图7是用于说明一边对聚磁体30施力一边进行粘接剂71的供给和固化的方法的示意图。

符号说明

2……基板

10……磁传感器

20……传感器芯片

20a……元件形成面

20b……传感器芯片的上表面

21～23……磁性体层

30，41，42……聚磁体

31～36……聚磁体的表面

51～56……端子电极

61……差分放大器

62……检测电路

70……分配器

71～73……粘接剂

81……施力夹具

82……固定夹具

C……补偿线圈

OH1，OH2……突伸部(overhang part)

R1～R4……磁敏元件

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的优选实施方式的磁传感器10的外观的示意性立体图。

如图1所示，本实施方式的磁传感器10具备：表面构成xz面的基板2；载置于基板2的表面上的传感器芯片20以及聚磁体30、41、42。传感器芯片20具有构成xy面的元件形成面20a，且聚磁体30的z方向上的一端与元件形成面20a相对。聚磁体41、42设置在传感器芯片20的背面侧。聚磁体30、41、42是由铁氧体等磁导率高的软磁性材料构成的块体。

如图1所示，在本实施方式中，以传感器芯片20的元件形成面20a相对于基板2的表面垂直的方式搭载有传感器芯片20。即，在相对于基板2放倒90°的状态下搭载有传感器芯片20。因此，即使在聚磁体30的z方向上的长度较长的情况下，也能够将聚磁体30稳定地固定于基板2。

图2是用于说明传感器芯片20的元件形成面20a的结构的示意性立体图。

如图2所示，传感器芯片20具有大致长方体形状，在构成xy平面的元件形成面20a上形成有4个磁敏元件R1～R4。磁敏元件R1～R4只要是特性根据磁场的方向或强度而变化的元件就没有特别限定，例如，可以使用磁阻元件。在以下的说明中，以磁敏元件R1～R4为磁阻元件且具有彼此相同的磁化固定方向的情况为例进行说明。在此，磁敏元件R1、R3的x方向上的位置相同，磁敏元件R2、R4的x方向上的位置相同。此外，磁敏元件R1、R4的y方向上的位置相同，磁敏元件R2、R3的y方向上的位置相同。

在传感器芯片20的元件形成面20a形成有磁性体层21～23。磁性体层21在俯视时位于元件形成面20a上的大致中央，在其x方向上的两侧配置有磁性体层22、23。虽没有特别限定，但作为磁性体层21～23，既可以是由在树脂材料中分散有磁性填料的复合磁性材料构成的膜，也可以是由镍或者坡莫合金等软磁性材料构成的薄膜或者箔，也可以是由铁氧体等构成的薄膜或者块体片材。并且，磁敏元件R1、R3配置于由磁性体层21和磁性体层22形成的间隙，磁敏元件R2、R4配置于由磁性体层21和磁性体层23形成的间隙。

在俯视观察时，即从z方向观察时，聚磁体30配置于磁敏元件R1、R3与磁敏元件R2、R4之间，并具有以z方向为长度方向的长方体形状。聚磁体30汇集z方向的磁通，发挥使其在元件形成面20a上向x方向上的两侧***的作用。对于聚磁体30的z方向上的高度没有特别限定，能够通过进一步提高z方向上的高度，从而提高z方向的磁通的选择性。在本实施方式中，聚磁体30的y方向上的宽度与传感器芯片20的y方向上的宽度大致一致，但本发明并不限定于此。

传感器芯片20的一个侧面和背面的一半被聚磁体41覆盖。同样，传感器芯片20的另一个侧面及背面的剩余一半被聚磁体42覆盖。在本发明中，设置聚磁体41、42不是必须的，但能够通过设置聚磁体41、42来进一步提高对于z方向的磁通的选择性。聚磁体41、42分别具有以在z方向上的位置超过元件形成面20a的方式沿z方向延长，进而从该延长的部分向元件形成面20a侧折弯的突伸部OH1、OH2。

根据该结构，从z方向观察，磁敏元件R1、R3位于聚磁体30与聚磁体41的突伸部OH1之间，磁敏元件R2、R4位于聚磁体30与聚磁体42的突伸部OH2之间。因此，由聚磁体30收集的磁通在x方向上的两侧大致均等地分配后，经由突伸部OH1、OH2被吸入到聚磁体41、42。此时，磁通的一部分通过磁敏元件R1～R4，因此向磁敏元件R1、R3和磁敏元件R2、R4供给彼此相反方向的磁通。

图3是用于说明磁敏元件R1～R4的连接关系的电路图。

如图3所示，磁敏元件R1连接在端子电极53、56之间，磁敏元件R2连接在端子电极54、55之间，磁敏元件R3连接在端子电极53、54之间，磁敏元件R4连接在端子电极55、56之间。在此，对端子电极56施加电源电位Vcc，对端子电极54赋予接地电位GND。而且，磁敏元件R1～R4全部具有相同的磁化固定方向，从聚磁体30观察位于一侧的磁敏元件R1、R3的电阻变化量与从聚磁体30观察位于另一侧的磁敏元件R2、R4的电阻变化量之间产生差。由此，磁敏元件R1～R4构成差分电桥电路(differential bridge circuits)，与磁通密度对应的磁敏元件R1～R4的电阻的变化表现在端子电极53、55。

从端子电极53、55输出的差分信号被输入到设置在基板2或其外部的差分放大器61。差分放大器61的输出信号被反馈到端子电极52。如图3所示，在端子电极51与端子电极52之间连接有补偿线圈C，由此，补偿线圈C产生与差分放大器61的输出信号对应的磁场。补偿线圈C能够集成于传感器芯片20。根据该结构，当与磁通密度对应的磁敏元件R1～R4的电阻的变化表现在端子电极53、55时，与磁通密度对应的电流流向补偿线圈C，产生相反方向的磁通。由此，外部磁通被抵消。并且，若通过检测电路62对从差分放大器61输出的电流进行电流电压转换，则能够检测外部磁通的强度。

图4是用于说明聚磁体30的结构的大致立体图。

如图4所示，聚磁体30是具有6个表面31～36的大致长方体。其中，表面31是构成xz面的面，若被安装，则与基板2的表面相对。表面32是构成xy面的面，若被安装，则与传感器芯片20的元件形成面20a相对。表面33是位于表面31的相反侧的xz面。表面34是位于表面32的相反侧的xy面。表面35、36是位于彼此相反侧的yz面。

而且，在本实施方式中，聚磁体30的表面31、32的平坦性比其它表面33～36的平坦性高。例如，对于表面33～36，表面粗糙度Ra为200nm左右，与此相对，对于表面31、32，表面粗糙度Ra被平坦化为30nm左右。这是如后述那样选择性地对聚磁体30的表面31、32进行磨削或研磨的结果。通过对聚磁体30的表面31、32进行磨削或研磨，不仅表面31、32的平坦性提高，而且表面31与表面32所成的角度更接近90°。由此，若将聚磁体30搭载于基板2，则表面31几乎无间隙地紧贴于基板2的表面，且表面32几乎无间隙地紧贴于传感器芯片20的元件形成面20a，因此能够抑制起因于元件形成面20a与聚磁体30的间隙的检测灵敏度的降低，并且能够减小产品间的检测灵敏度的偏差。

如图5所示，在聚磁体30的固定中能够使用粘接剂71～73。在图5(a)所示的例子中，遍及聚磁体30的表面33和传感器芯片20的上表面(xz面)20b涂布有粘接剂71，由此，传感器芯片20与聚磁体30的相对位置关系被固定。聚磁体30的表面33优选为比表面31、32粗糙的面。由此，与聚磁体30的表面33具有与表面31、32同等的平坦性的情况相比，能够提高基于粘接剂71的粘接强度。此外，若粘接剂71渗入到聚磁体30的表面32与元件形成面20a之间，则存在两者的间隙扩大的可能性，但在本实施方式中，由于提高了聚磁体30的表面32的平坦性，因此不易引起由表面张力引起的粘接剂71的渗入。

此外，在图5(b)所示的例子中，遍及聚磁体30的表面34和基板2的表面涂布有粘接剂72，由此，基板2与聚磁体30的相对位置关系被固定。聚磁体30的表面34优选为比表面31、32粗糙的面。由此，与聚磁体30的表面34具有与表面31、32同等的平坦性的情况相比，能够提高基于粘接剂72的粘接强度。

此外，在图5(c)所示的例子中，遍及聚磁体30的表面35、36和基板2的表面涂布有粘接剂73，由此，基板2与聚磁体30的相对位置关系被固定。聚磁体30的表面35、36优选为比表面31、32粗糙的面。由此，与聚磁体30的表面35、36具有与表面31、32同等的平坦性的情况相比，能够提高基于粘接剂73的粘接强度。

但是，在本发明中，并非必须使用全部粘接剂71～73，也可以省略一部分粘接剂，例如粘接剂73。

接下来，对本实施方式的磁传感器10的制造方法进行说明。

图6是用于说明本实施方式的磁传感器10的制造工序的流程图。

首先，在从由铁氧体等磁性材料构成的块体切出聚磁体30之后(步骤S11)，通过磨削或研磨聚磁体30的表面31、32，从而可以提高表面31、32的平坦性(步骤S12)。在刚切割出聚磁体30之后，是各表面31～36的平坦性低，且2个面所成的角度也是精度低的状态。然而，若对聚磁体30的表面31、32进行磨削或研磨，则表面31、32的平坦性提高，且表面31与表面32所成的角度无限接近90°。对其它表面33～36不进行磨削或研磨，由此，能防止不必要的制造成本的增加。但是，也可以对表面33～36的一部分进行磨削或研磨。

另一方面，与聚磁体30的加工并行地，以元件形成面20a相对于基板2垂直的方式搭载传感器芯片20(步骤S21)。之后，将加工后的聚磁体30搭载于基板2的表面(步骤S22)。聚磁体30的搭载以表面31与基板2的表面相对、表面32与传感器芯片20的元件形成面20a相对的方式进行。如上所述，由于聚磁体30的表面31、32的平坦性高、且表面31与表面32所成的角度无限接近90°，因此能够使聚磁体30的表面32大致无间隙地紧贴于传感器芯片20的元件形成面20a。

接着，通过供给和固化粘接剂71～73，来固定聚磁体30(步骤S23)。此时，优选一边以将聚磁体30的表面32正确地按压于传感器芯片20的元件形成面20a的状态进行固定的方式对聚磁体30施力，一边进行粘接剂的供给和固化。例如，如图7所示，优选在将聚磁体30载置于基板2之后，在利用施力夹具81从表面34侧对聚磁体30向-z方向施力的状态下，从分配器70供给粘接剂71。此时，为了使传感器芯片20不向-z方向移动或倾倒，优选利用固定夹具82对传感器芯片20的背面侧进行支承。若使用这样的夹具81、82供给粘接剂71并使其固化，则能够保持聚磁体30的表面32被正确地按压于传感器芯片20的元件形成面20a的状态，并且能够防止粘接剂71渗入到聚磁体30的表面32与传感器芯片20的元件形成面20a之间。

关于粘接剂72、73的供给和固化也是同样的，只要在使用夹具81、82进行固定的状态下进行即可。

如以上说明的那样，本实施方式的磁传感器10由于选择性地提高了聚磁体30的表面31、32的平坦性，因此能够使聚磁体30的表面32大致无间隙地紧贴于传感器芯片20的元件形成面20a。而且，也不易产生聚磁体30的表面32与传感器芯片20的元件形成面20a之间的粘接剂71的渗入。而且，由于对其它表面33～36的至少一部分未进行磨削或研磨，因此能够充分确保基于粘接剂71～73的粘接强度。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更，当然这些也包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种磁传感器，其特征在于，

具备：基板；

传感器芯片，其具有形成有磁敏元件的元件形成面，且以所述元件形成面与所述基板的表面垂直的方式搭载于所述基板的所述表面；以及

聚磁体，其以第一表面与所述基板的所述表面相对且第二表面与所述传感器芯片的所述元件形成面相对的方式搭载于所述基板的所述表面，

所述聚磁体的所述第一表面和第二表面的平坦性比其它的至少一个表面的平坦性高。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，

所述聚磁体具有第三表面，

所述传感器芯片和所述聚磁体经由涂布于所述传感器芯片和所述聚磁体的所述第三表面的粘接剂而相互固定，

所述第一表面和第二表面的平坦性比所述第三表面的平坦性高。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，

所述聚磁体还具有第四表面，

所述基板和所述聚磁体经由涂布于所述基板的所述表面和所述聚磁体的所述第四表面上的粘接剂而相互固定，

所述第一表面和第二表面的平坦性比所述第四表面的平坦性高。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述聚磁体由铁氧体材料构成。

5.一种磁传感器的制造方法，其特征在于，

具备：

第一工序，从由磁性材料构成的块体切出聚磁体；

第二工序，通过选择性地磨削或研磨所述聚磁体的第一表面及第二表面，从而选择性地提高所述第一表面及第二表面的平坦性；

第三工序，以形成有磁敏元件的元件形成面相对于基板的表面垂直的方式，将传感器芯片搭载于所述基板的所述表面；以及

第四工序，以所述第一表面与所述基板的所述表面相对、所述第二表面与所述传感器芯片的所述元件形成面相对的方式，在所述基板的所述表面搭载所述聚磁体。

6.根据权利要求5所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，

所述第四工序以所述聚磁体的所述第二表面被按压于所述传感器芯片的所述元件形成面的方式一边对所述聚磁体施力一边进行。

7.根据权利要求6所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，

所述聚磁体具有第三表面，

在所述第二工序中，不对所述第三表面进行磨削或研磨而对所述第一及第二表面进行磨削或研磨，

在所述第四工序中，在所述传感器芯片和所述聚磁体的所述第三表面涂布粘接剂。

8.根据权利要求7所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，

所述聚磁体还具有第四表面，

在所述第二工序中，不对所述第四表面进行磨削或研磨而对所述第一及第二表面进行磨削或研磨，

在所述第四工序中，在所述基板的所述表面和所述聚磁体的所述第四表面涂布粘接剂。

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