JP2008170359A

JP2008170359A - Position detection device

Info

Publication number: JP2008170359A
Application number: JP2007005543A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Isobe; 良彦磯部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detection device capable of detecting a position highly accurately. <P>SOLUTION: In this device equipped with a magnetic resistance element whose resistance value is changed by a magnetic field changing by movement of teeth of a gear, a rotation angle position of the gear is detected based on a change of the resistance value of the magnetic resistance element. A plurality of magnetic resistance element bridges constituted of magnetic thin films on the same layer are installed in parallel on a substrate 30, and three or more layers of the magnetic resistance element bridges are laminated so that each part of the magnetic resistance element bridges is overlapped together in the state where silicon oxide films 33, 35, 37, 39 are interposed in the longitudinal direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、位置検出装置に関するものである。 The present invention relates to a position detection device.

回転角度位置等を検出する位置検出装置として磁気抵抗素子を複数用いたものが知られている（特許文献１参照）。磁気抵抗素子は、基板上に磁性薄膜を１層形成して構成していた。
特開２００１−１５３６８３号公報 As a position detecting device for detecting a rotational angle position or the like, a device using a plurality of magnetoresistive elements is known (see Patent Document 1). The magnetoresistive element is configured by forming one magnetic thin film on a substrate.
JP 2001-153683 A

近年、センサの高精度化の要求が増している。特に、回転センサにおいては３６０°検出、０．１％ＦＳ等の厳しい要求がＸ−ｂｙＷｉｒｅの進展とともに増えている。
高精度回転センサでは、センサの取り付け位置を精度良く調整・決定する必要がある。このためには、Ｘ，Ｙ方向、Ｚ方向に接近して磁気抵抗素子を配置する必要があるが、Ｘ，Ｙ方向、つまり平面方向では、同じ平面上の素子を重ね合わせることはできない。 In recent years, there has been an increasing demand for higher accuracy of sensors. In particular, in the rotation sensor, strict requirements such as 360 ° detection and 0.1% FS are increasing with the progress of X-byWire.
In a high-precision rotation sensor, it is necessary to accurately adjust and determine the mounting position of the sensor. For this purpose, it is necessary to dispose the magnetoresistive elements close to the X, Y direction and Z direction, but elements on the same plane cannot be overlapped in the X, Y direction, that is, the planar direction.

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、位置検出を高精度に行うことができる位置検出装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide a position detection apparatus capable of performing position detection with high accuracy.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基板上に、同一の層において磁性薄膜にて構成される磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜を介在させた状態で前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジの一部が重なるようにして３層以上に前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを積層してなることを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, a plurality of magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges constituted by magnetic thin films in the same layer are arranged in parallel on the substrate, and The gist is that the magnetoresistive element or magnetoresistive element bridge is laminated in three or more layers so that a part of the magnetoresistive element or magnetoresistive element bridge overlaps with an insulating film interposed in the direction. .

請求項１に記載の発明によれば、単一の層のみにおいて磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを並設する場合に比べ横方向に磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを接近して配置することができ、位置検出を高精度に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges are arranged closer to each other in the lateral direction than in the case where the magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges are arranged in parallel in only a single layer. And position detection can be performed with high accuracy.

請求項２に記載のように、請求項１に記載の位置検出装置において、基板の両面に、同一の層において磁性薄膜にて構成される磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜を介在させた状態で前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジの一部が重なるようにして３層以上に前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを積層してなるものであると、磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジの積層数を多くでき、さらに位置検出を高精度に行うことができる。 As described in claim 2, in the position detecting device according to claim 1, a plurality of magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges configured by magnetic thin films in the same layer are arranged in parallel on both surfaces of the substrate, In addition, the magnetoresistive element or magnetoresistive element bridge is laminated in three or more layers so that a part of the magnetoresistive element or magnetoresistive element bridge overlaps with an insulating film interposed in the vertical direction. In this case, the number of laminated magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges can be increased, and the position can be detected with high accuracy.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には本実施形態における位置検出装置としてのクランク角センサを示し、図１（ａ）はクランク角センサの縦断面図であり、図１（ｂ）はクランク角センサの横断面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a crank angle sensor as a position detecting device in the present embodiment, FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view of the crank angle sensor, and FIG. 1 (b) is a transverse sectional view of the crank angle sensor. .

エンジンブロック１１内にギヤ１０が配置され、外周に歯を有するギヤ１０はクランクシャフトの回転と共に回転する。
エンジンブロック１１にはクランク角センサ２０がネジ２７により取り付けられている。クランク角センサ２０は円柱状のセンサボディ２１を具備し、この円柱状のセンサボディ２１の外周部には鍔部２６が突出している。この鍔部２６を貫通するネジ２７をエンジンブロック１１に螺入することによりクランク角センサ２０がエンジンブロック１１に固定されている。 A gear 10 is disposed in the engine block 11, and the gear 10 having teeth on the outer periphery rotates with the rotation of the crankshaft.
A crank angle sensor 20 is attached to the engine block 11 with screws 27. The crank angle sensor 20 includes a cylindrical sensor body 21, and a flange portion 26 projects from the outer peripheral portion of the cylindrical sensor body 21. The crank angle sensor 20 is fixed to the engine block 11 by screwing a screw 27 passing through the flange portion 26 into the engine block 11.

円柱状のセンサボディ２１の一端面には平板状のプレート部２２が突出している。プレート部２２の一方の面にはセンサチップ２３が配置されている。センサチップ２３はギヤ１０と一定の距離だけ離間している。センサチップ２３には複数の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）が形成されている。 A flat plate portion 22 protrudes from one end surface of the cylindrical sensor body 21. A sensor chip 23 is disposed on one surface of the plate portion 22. The sensor chip 23 is separated from the gear 10 by a certain distance. A plurality of magnetoresistive elements (MR elements) are formed on the sensor chip 23.

センサチップ２３とギヤ１０の位置関係について、図１（ａ）に示すように、Ｘ，Ｙで示す同一の平面内においてセンサチップ２３とギヤ１０が離間して配置され、かつ、図１（ｂ）に示すように、Ｘ，Ｙ平面に直交するＺ軸方向においてセンサチップ２３とギヤ１０が同一高さに配置されている。Ｙ方向がギヤ１０に対しセンサチップ２３が接離する方向である。 As for the positional relationship between the sensor chip 23 and the gear 10, as shown in FIG. 1A, the sensor chip 23 and the gear 10 are separated from each other in the same plane indicated by X and Y, and FIG. ), The sensor chip 23 and the gear 10 are arranged at the same height in the Z-axis direction orthogonal to the X and Y planes. The Y direction is the direction in which the sensor chip 23 contacts and separates from the gear 10.

円柱状のセンサボディ２１には有蓋円筒形をなすキャップ２４が装着され、プレート部２２およびセンサチップ２３はキャップ２４により覆われている。キャップ２４の内面にはバイアス磁石２５が配置されている。バイアス磁石２５により、センサチップ２３の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を通りギヤ１０に向かうバイアス磁界が印加される。 A cylindrical sensor body 21 is provided with a cap 24 having a covered cylindrical shape, and the plate portion 22 and the sensor chip 23 are covered with the cap 24. A bias magnet 25 is disposed on the inner surface of the cap 24. The bias magnet 25 applies a bias magnetic field passing through the magnetoresistive element (MR element) of the sensor chip 23 toward the gear 10.

図２にはセンサチップ２３の縦断面図を示す。図２において、基板３０上において磁気抵抗素子を構成する磁性薄膜（ＮｉＦｅ膜やＮｉＣｏ膜）が立体的にパターニングされている（積層して配置されている）。詳しくは、シリコン基板３０上に絶縁膜としてのシリコン酸化膜３１が形成され、このシリコン酸化膜３１上にはＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３２が形成されている。パターン３２上を含めたシリコン酸化膜３１上には絶縁膜としてのシリコン酸化膜３３が形成されている。シリコン酸化膜３３上にはＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３４が形成されている。パターン３４上を含めたシリコン酸化膜３３上に絶縁膜としてのシリコン酸化膜３５が形成されている。シリコン酸化膜３５上にはＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３６が形成されている。パターン３６上を含めたシリコン酸化膜３５上には絶縁膜としてのシリコン酸化膜３７が形成されている。シリコン酸化膜３７上にはＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３８が形成されている。パターン３８上を含めたシリコン酸化膜３７上には絶縁膜としてのシリコン酸化膜３９が形成されている。シリコン酸化膜３９上にはＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン４０が形成されている。パターン４０上を含めたシリコン酸化膜３９上にはパッシベーション膜としてのシリコン窒化膜４１が形成されている。 FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the sensor chip 23. In FIG. 2, the magnetic thin film (NiFe film or NiCo film) constituting the magnetoresistive element is three-dimensionally patterned (arranged and disposed) on the substrate 30. Specifically, a silicon oxide film 31 as an insulating film is formed on a silicon substrate 30, and a magnetic thin film pattern 32 constituting an MR element is formed on the silicon oxide film 31. A silicon oxide film 33 as an insulating film is formed on the silicon oxide film 31 including the pattern 32. On the silicon oxide film 33, a magnetic thin film pattern 34 constituting an MR element is formed. A silicon oxide film 35 as an insulating film is formed on the silicon oxide film 33 including the pattern 34. On the silicon oxide film 35, a magnetic thin film pattern 36 constituting an MR element is formed. A silicon oxide film 37 as an insulating film is formed on the silicon oxide film 35 including the pattern 36. On the silicon oxide film 37, a magnetic thin film pattern 38 constituting an MR element is formed. A silicon oxide film 39 as an insulating film is formed on the silicon oxide film 37 including the pattern 38. On the silicon oxide film 39, a magnetic thin film pattern 40 constituting an MR element is formed. A silicon nitride film 41 as a passivation film is formed on the silicon oxide film 39 including the pattern 40.

また、図２において各層のパターン３２，３４，３６，３８，４０はシリコン酸化膜３３，３５，３７，３９に設けたビアホール４２を通して電気的に接続されている。
図２におけるＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３２、即ち、第１層目のパターンの平面図を図３に示す。また、図２におけるＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３４、即ち、第２層目のパターンの平面図を図４に示す。また、図２におけるＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３６、即ち、第３層目のパターンの平面図を図５に示す。また、図２におけるＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン３８、即ち、第４層目のパターンの平面図を図６に示す。また、図２におけるＭＲ素子を構成する磁性薄膜のパターン４０、即ち、第５層目のパターンの平面図を図７に示す。 In FIG. 2, the patterns 32, 34, 36, 38, 40 of each layer are electrically connected through via holes 42 provided in the silicon oxide films 33, 35, 37, 39.
FIG. 3 shows a plan view of the magnetic thin film pattern 32 constituting the MR element in FIG. 2, that is, the first layer pattern. FIG. 4 shows a plan view of the magnetic thin film pattern 34 constituting the MR element in FIG. 2, that is, the pattern of the second layer. FIG. 5 is a plan view of the magnetic thin film pattern 36 constituting the MR element in FIG. 2, that is, the third layer pattern. FIG. 6 shows a plan view of the pattern 38 of the magnetic thin film constituting the MR element in FIG. 2, that is, the pattern of the fourth layer. FIG. 7 shows a plan view of the magnetic thin film pattern 40 constituting the MR element in FIG. 2, that is, the fifth layer pattern.

図３において、図８に示す、４つのＭＲ素子１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄでフルブリッジを組んだ磁気抵抗素子ブリッジ（以下、ＭＲＥブリッジという）１００が、９個配置されている。 In FIG. 3, nine magnetoresistive element bridges (hereinafter referred to as “MRE bridges”) 100 in which four MR elements 100a, 100b, 100c, and 100d are combined as shown in FIG. 8 are arranged.

まず、図８について説明する。図８（ａ）はＭＲＥブリッジ１００の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図である。
図８において、シリコン酸化膜上において磁性薄膜が帯状にパターニングされている。ここで、ＭＲ素子１００ａは蛇行しながら同一方向、詳しくはＹ方向に対し略４５°傾いた方向に延びている。また、ＭＲ素子１００ｂはＭＲ素子（蛇行部）１００ａと同一方向に蛇行しながら延びている。ＭＲ素子１００ｃはＭＲ素子（蛇行部）１００ａ，１００ｂとは直交する方向に蛇行しながら延び、また、ＭＲ素子１００ｄはＭＲ素子（蛇行部）１００ｃと同一方向に蛇行しながら延びている。ＭＲ素子１００ａの一端とＭＲ素子１００ｃの一端とが電気的に接続され、ここに電源電圧Ｖｃｃが印加される。ＭＲ素子１００ａの他端とＭＲ素子１００ｄの一端とが電気的に接続されるとともに、ＭＲ素子１００ｃの他端とＭＲ素子１００ｂの一端とが電気的に接続されている。ＭＲ素子１００ｄの他端とＭＲ素子１００ｂの他端とが電気的に接続され、ここが接地（グランド電位に）される。ＭＲ素子１００ａとＭＲ素子１００ｄとの間の接続点Ｐ１と、ＭＲ素子１００ｃとＭＲ素子１００ｂとの間の接続点Ｐ２との間の電位差がブリッジ出力となる。 First, FIG. 8 will be described. FIG. 8A is a plan view of the MRE bridge 100, and FIG. 8B is a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. 8A.
In FIG. 8, a magnetic thin film is patterned in a strip shape on a silicon oxide film. Here, the MR element 100a is meandering and extends in the same direction, specifically in a direction inclined by approximately 45 ° with respect to the Y direction. The MR element 100b extends while meandering in the same direction as the MR element (meandering portion) 100a. The MR element 100c extends while meandering in a direction orthogonal to the MR elements (meandering portions) 100a and 100b, and the MR element 100d extends while meandering in the same direction as the MR element (meandering portion) 100c. One end of the MR element 100a and one end of the MR element 100c are electrically connected, and a power supply voltage Vcc is applied thereto. The other end of the MR element 100a and one end of the MR element 100d are electrically connected, and the other end of the MR element 100c and one end of the MR element 100b are electrically connected. The other end of the MR element 100d and the other end of the MR element 100b are electrically connected, and this is grounded (ground potential). A potential difference between a connection point P1 between the MR element 100a and the MR element 100d and a connection point P2 between the MR element 100c and the MR element 100b is a bridge output.

図３の説明に戻り、図２でのシリコン酸化膜３１上において、図８の素子構成（ＭＲＥブリッジ）がＸ方向に５つ並べて配置され、これを図３では符号１１１，１１２，１１３，１１４，１１５で示す。つまり、ＭＲＥブリッジ１１１の右横にＭＲＥブリッジ１１２，１１３が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１１１の左横にＭＲＥブリッジ１１４，１１５が並べて配置されている。また、ＭＲＥブリッジ１１１を中心にして図８の素子構成がＹ方向に５つ並べて配置され、これを図３では符号１１１，１１６，１１７，１１８，１１９で示す。つまり、図３においてＭＲＥブリッジ１１１の上にＭＲＥブリッジ１１６，１１７が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１１１の下にＭＲＥブリッジ１１８，１１９が並べて配置されている。 Returning to the description of FIG. 3, five element configurations (MRE bridges) of FIG. 8 are arranged in the X direction on the silicon oxide film 31 of FIG. 2, which are denoted by reference numerals 111, 112, 113, 114 in FIG. 3. 115. That is, the MRE bridges 112 and 113 are arranged side by side on the right side of the MRE bridge 111, and the MRE bridges 114 and 115 are arranged side by side on the left side of the MRE bridge 111. Further, five element configurations in FIG. 8 are arranged in the Y direction with the MRE bridge 111 as the center, and these are indicated by reference numerals 111, 116, 117, 118, and 119 in FIG. That is, in FIG. 3, the MRE bridges 116 and 117 are arranged side by side on the MRE bridge 111, and the MRE bridges 118 and 119 are arranged side by side under the MRE bridge 111.

このようにして図３において９個のＭＲＥブリッジ１１１〜１１９が十字状に配置されている。即ち、第１層目において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジがＸ，Ｙ方向に９個並設されている。 Thus, in FIG. 3, nine MRE bridges 111 to 119 are arranged in a cross shape. That is, nine MRE bridges composed of magnetic thin films in the first layer are arranged in parallel in the X and Y directions.

図２でのシリコン酸化膜３３上において、図８の素子構成（ＭＲＥブリッジ）がＸ方向に４つ並べて配置され、これを図４では符号１２１，１２２，１２３，１２４で示す。つまり、第１層目のＭＲＥブリッジ１１１の上層側において、Ｘ方向においてＭＲＥブリッジ１１１と半分重なるようにＭＲＥブリッジ１２１，１２３が並べて配置され、さらに、ＭＲＥブリッジ１２１の右横にＭＲＥブリッジ１２２が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１２３の左横にＭＲＥブリッジ１２４が並べて配置されている。 On the silicon oxide film 33 in FIG. 2, four element configurations (MRE bridges) in FIG. 8 are arranged side by side in the X direction, which are indicated by reference numerals 121, 122, 123, and 124 in FIG. That is, on the upper layer side of the MRE bridge 111 of the first layer, the MRE bridges 121 and 123 are arranged side by side so as to overlap the MRE bridge 111 in the X direction, and the MRE bridge 122 is arranged on the right side of the MRE bridge 121. The MRE bridge 124 is arranged side by side on the left side of the MRE bridge 123.

このようにして、第２層目において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジがＸ方向に４個並設され、かつ、下層（第１層目）のＭＲＥブリッジとは一部が重なるように配置されている。 In this way, four MRE bridges composed of magnetic thin films in the second layer are arranged side by side in the X direction, and are arranged so as to partially overlap the MRE bridge in the lower layer (first layer). Has been.

図２でのシリコン酸化膜３５上において、図８の素子構成（ＭＲＥブリッジ）がＹ方向に４つ並べて配置され、これを図５では符号１３１，１３２，１３３，１３４で示す。つまり、第１層目のＭＲＥブリッジ１１１の上層側において、Ｙ方向においてＭＲＥブリッジ１１１と半分重なるようにＭＲＥブリッジ１３１，１３３が並べて配置され、さらに、図５でのＭＲＥブリッジ１３１の上にＭＲＥブリッジ１３２が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１３３の下にＭＲＥブリッジ１３４が並べて配置されている。 On the silicon oxide film 35 in FIG. 2, four element configurations (MRE bridges) in FIG. 8 are arranged side by side in the Y direction, which are indicated by reference numerals 131, 132, 133, and 134 in FIG. That is, on the upper layer side of the MRE bridge 111 of the first layer, the MRE bridges 131 and 133 are arranged side by side so as to overlap with the MRE bridge 111 in the Y direction, and further, the MRE bridge on the MRE bridge 131 in FIG. 132 are arranged side by side, and the MRE bridge 134 is arranged side by side under the MRE bridge 133.

このようにして、第３層目において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジがＹ方向に４個並設され、かつ、下層（第１，２層目）のＭＲＥブリッジとは一部が重なるように配置されている。 In this way, four MRE bridges composed of magnetic thin films in the third layer are juxtaposed in the Y direction, and a part of the MRE bridge in the lower layer (first and second layers) overlaps. Is arranged.

図２でのシリコン酸化膜３７上において、図８の素子構成（ＭＲＥブリッジ）がＸ方向に４つ並べて配置され、これを図６では符号１４１，１４２，１４３，１４４で示す。つまり、第１層目のＭＲＥブリッジ１１１の上層側において、Ｘ方向においてＭＲＥブリッジ１１１と１／４だけ重なるようにＭＲＥブリッジ１４１，１４３が配置され、さらに、ＭＲＥブリッジ１４１の右横にＭＲＥブリッジ１４２が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１４３の左横にＭＲＥブリッジ１４４が並べて配置されている。 On the silicon oxide film 37 in FIG. 2, four element configurations (MRE bridges) in FIG. 8 are arranged side by side in the X direction, which are denoted by reference numerals 141, 142, 143, and 144 in FIG. That is, on the upper layer side of the MRE bridge 111 of the first layer, the MRE bridges 141 and 143 are arranged so as to overlap with the MRE bridge 111 in the X direction by a quarter, and the MRE bridge 142 is further to the right of the MRE bridge 141. Are arranged side by side, and an MRE bridge 144 is arranged side by side on the left side of the MRE bridge 143.

このようにして、第４層目において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジがＸ方向に４個並設され、かつ、下層（第１，２，３層目）のＭＲＥブリッジとは一部が重なるように配置されている。 In this way, four MRE bridges composed of magnetic thin films in the fourth layer are arranged side by side in the X direction, and a part of the lower layer (first, second, third layer) MRE bridges. They are arranged so as to overlap.

図２でのシリコン酸化膜３９上において、図８の素子構成（ＭＲＥブリッジ）がＹ方向に４つ並べて配置され、これを図７では符号１５１，１５２，１５３，１５４で示す。つまり、第１層目のＭＲＥブリッジ１１１の上層側において、Ｙ方向においてＭＲＥブリッジ１１１と１／４だけ重なるようにＭＲＥブリッジ１５１，１５３が配置され、さらに、図７でのＭＲＥブリッジ１５１の上においてＭＲＥブリッジ１５２が並べて配置されるとともに、ＭＲＥブリッジ１５３の下にＭＲＥブリッジ１５４が並べて配置されている。 On the silicon oxide film 39 in FIG. 2, four element configurations (MRE bridges) in FIG. 8 are arranged side by side in the Y direction, which are denoted by reference numerals 151, 152, 153, and 154 in FIG. That is, on the upper layer side of the MRE bridge 111 of the first layer, the MRE bridges 151 and 153 are arranged so as to overlap with the MRE bridge 111 in the Y direction by ¼, and further on the MRE bridge 151 in FIG. The MRE bridge 152 is arranged side by side, and the MRE bridge 154 is arranged below the MRE bridge 153.

このようにして、第５層目において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジがＹ方向に４個並設され、かつ、下層（第１，２，３，４層目）のＭＲＥブリッジとは一部が重なるように配置されている。 In this way, four MRE bridges composed of magnetic thin films in the fifth layer are arranged in parallel in the Y direction, and the MRE bridges in the lower layers (first, second, third, and fourth layers) are identical. The parts are arranged so as to overlap.

以上のように、同一の層において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジが複数並設され、かつ、縦方向にシリコン酸化膜を介在させた状態でＸ，Ｙそれぞれの方向に一部が重なるようにして５層にわたりＭＲＥブリッジが積層されている。 As described above, a plurality of MRE bridges composed of magnetic thin films in the same layer are arranged side by side, and partly overlaps in the X and Y directions with the silicon oxide film interposed in the vertical direction. Thus, MRE bridges are laminated over five layers.

図９には、クランク角センサの回路構成を示す。
図９において、前述のように基板上に配置した１５個のＭＲＥブリッジは、それぞれ差動増幅器７０を介してコントローラ７１に接続されている。１５個のＭＲＥブリッジは、それぞれ差動増幅器７０を介することにより、ブリッジ出力Ｖｎ（＝Ｖｎａ−Ｖｎｂ）がコントローラ７１に送られる。なおここで、ｎは「１」から「１５」までの整数値である。コントローラ７１には組立用モニタ装置７２が接続され、ブリッジ出力Ｖｎ（＝Ｖｎａ−Ｖｎｂ）をＶｎ表示器７３により表示することができるようになっている。 FIG. 9 shows a circuit configuration of the crank angle sensor.
In FIG. 9, the 15 MRE bridges arranged on the substrate as described above are each connected to the controller 71 via the differential amplifier 70. Each of the 15 MRE bridges passes through the differential amplifier 70, and the bridge output Vn (= Vna−Vnb) is sent to the controller 71. Here, n is an integer value from “1” to “15”. An assembly monitoring device 72 is connected to the controller 71 so that the bridge output Vn (= Vna−Vnb) can be displayed on the Vn display 73.

次に、クランク角センサの作用について説明する。
組み付け時において、図１のエンジンブロック１１にクランク角センサ２０を取り付ける際に次のようにする。 Next, the operation of the crank angle sensor will be described.
When the crank angle sensor 20 is attached to the engine block 11 of FIG.

エンジンブロック１１にクランク角センサ２０を仮止めした状態で、組立作業者は、図９のＶｎ表示器７３によるブリッジ出力Ｖｎ（＝Ｖｎａ−Ｖｎｂ）を読む。そして、各ＭＲＥブリッジ１１１〜１１９，１２１〜１２４，１３１〜１３４，１４１〜１４４，１５１〜１５４の出力値がそれぞれ所定値（最適値）となるようにクランク角センサ２０をエンジンブロック１１に組み付ける。 With the crank angle sensor 20 temporarily fixed to the engine block 11, the assembly operator reads the bridge output Vn (= Vna−Vnb) from the Vn display 73 of FIG. The crank angle sensor 20 is assembled to the engine block 11 so that the output values of the MRE bridges 111 to 119, 121 to 124, 131 to 134, 141 to 144, and 151 to 154 become predetermined values (optimal values).

つまり、Ｘ方向に関して、図３においてはＭＲＥブリッジ１１１〜１１５の出力値のうちのＭＲＥブリッジ１１１の出力値が最大値となり、図４においてはＭＲＥブリッジ１２１〜１２４の出力値のうちのＭＲＥブリッジ１２１，１２３の出力値が最大値となり、図６においてはＭＲＥブリッジ１４１〜１４４の出力値のうちのＭＲＥブリッジ１４１，１４３の出力値が最大値となるようにする。 That is, with respect to the X direction, the output value of the MRE bridge 111 among the output values of the MRE bridges 111 to 115 is the maximum value in FIG. 3, and the MRE bridge 121 of the output values of the MRE bridges 121 to 124 in FIG. 123, the output value of the MRE bridges 141 and 143 out of the output values of the MRE bridges 141 to 144 is set to the maximum value in FIG.

また、Ｙ方向に関して、図３のＭＲＥブリッジ１１１，１１６〜１１９の出力値、図５のＭＲＥブリッジ１３１〜１３４の出力値、図７のＭＲＥブリッジ１５１〜１５４の出力値がそれぞれ所定値（最適値）となるようにする。 Further, regarding the Y direction, the output values of the MRE bridges 111 and 116 to 119 in FIG. 3, the output values of the MRE bridges 131 to 134 in FIG. 5, and the output values of the MRE bridges 151 to 154 in FIG. ).

こうすれば、ＸおよびＹ方向において適切に配置されたことになる。換言すると、こうなるように位置決めする。
また、Ｚ方向においても、各ＭＲＥブリッジ１１１〜１１９，１２１〜１２４，１３１〜１３４，１４１〜１４４，１５１〜１５４の出力値がそれぞれ所定値（最適値）となれば、Ｚ方向において適切に配置されたことなる。 By doing so, it is properly arranged in the X and Y directions. In other words, it positions so that it may become like this.
Also in the Z direction, if the output values of the MRE bridges 111 to 119, 121 to 124, 131 to 134, 141 to 144, and 151 to 154 are predetermined values (optimal values), they are appropriately arranged in the Z direction. It has been done.

組み付け後の測定時においては、図３のＭＲＥブリッジ１１１等からの信号出力によりギヤ１０の回転位置を検出する。即ち、被検出体としてのギヤ１０の歯の移動により変化する磁界によって磁気抵抗素子の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づいてギヤ１０の回転角度位置（クランク角）が検出される。 At the time of measurement after assembly, the rotational position of the gear 10 is detected by a signal output from the MRE bridge 111 or the like in FIG. That is, the resistance value of the magnetoresistive element changes due to the magnetic field that changes due to the movement of the teeth of the gear 10 as the detection target, and the rotational angle position (crank angle) of the gear 10 is detected based on the change in resistance value. .

図８（ａ）においてＭＲＥブリッジ１００の縦横寸法が「Ｗ」であったとき、１平面のみにおいて当該ＭＲＥブリッジ１００を２つ並べて配置する場合にはパターンショートとなるので重ね合わせることができず、図１０のように、中心間距離がＷだけ離れてしまう。この場合には、角度精度を悪化させる要因となる。 In FIG. 8A, when the vertical and horizontal dimensions of the MRE bridge 100 are “W”, when two MRE bridges 100 are arranged side by side in only one plane, they are short-circuited and cannot be superimposed. As shown in FIG. 10, the center-to-center distance is separated by W. In this case, it becomes a factor which deteriorates angular accuracy.

これに対し、本実施形態においては、層間絶縁膜を挟んでＭＲＥブリッジを重ねて配置することによりパターンショートを防止するとともに、絶縁膜に形成したビアホール４２を用いて層間を電気的に接続する。これにより、第１層目においてＭＲＥブリッジを十字状に配置し、その十字の中心に対しＭＲＥブリッジをＸまたはＹ方向に一部が重なり合うようにして接近して多数配置している。よって、図１０のように１平面のみにおいてＭＲＥブリッジを並べて配置する場合に比べ、回転角センサに必要になる正確な位置合わせを行うことができ、これにより高精度な磁気位置検出が可能となる。 On the other hand, in this embodiment, the MRE bridge is disposed so as to overlap with the interlayer insulating film interposed therebetween, thereby preventing pattern short-circuit and electrically connecting the layers using the via holes 42 formed in the insulating film. Thereby, the MRE bridges are arranged in a cross shape in the first layer, and a large number of MRE bridges are arranged close to the center of the cross so as to partially overlap in the X or Y direction. Therefore, as compared with the case where the MRE bridges are arranged side by side only on one plane as shown in FIG. 10, it is possible to perform the accurate alignment required for the rotation angle sensor, thereby enabling highly accurate magnetic position detection. .

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
基板３０上に、同一の層において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜（シリコン酸化膜３３，３５，３７，３９）を介在させた状態でＭＲＥブリッジの一部が重なるようにして３層以上にＭＲＥブリッジを積層してなる構成とした。これにより、単一の層のみにおいてＭＲＥブリッジを並設する場合に比べ横方向（Ｘ，Ｙ方向）にＭＲＥブリッジを接近して配置することができ、センサの取り付け位置を精度良く調整・決定でき、回転角度位置検出を高精度に行うことができる。 According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
A plurality of MRE bridges composed of magnetic thin films in the same layer are arranged side by side on the substrate 30 and an insulating film (silicon oxide films 33, 35, 37, 39) is interposed in the vertical direction. The MRE bridge was laminated in three or more layers so that a part of the bridge overlapped. As a result, the MRE bridge can be arranged closer to the lateral direction (X and Y directions) than when MRE bridges are arranged side by side only in a single layer, and the mounting position of the sensor can be adjusted and determined with high accuracy. Rotational angle position detection can be performed with high accuracy.

なお、前記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態では、回転角度位置検出を高精度に行うべく組み立て時に各ＭＲＥブリッジ１１１〜１１９，１２１〜１２４，１３１〜１３４，１４１〜１４４，１５１〜１５４の出力値がそれぞれ所定値（最適値）となるようにクランク角センサ２０をエンジンブロック１１に組み付けるようにした。これに限らず、組み立て時に各ＭＲＥブリッジの出力値をモニターすることなく組み付けを行って、その組み付け後において回転角度位置検出を高精度に行うべく各ＭＲＥブリッジ１１１〜１１９，１２１〜１２４，１３１〜１３４，１４１〜１４４，１５１〜１５４の内の出力値の大きな所定のＭＲＥブリッジを用いてクランク角の検出を行うようにしてもよい。 In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the embodiment, the output values of the MRE bridges 111 to 119, 121 to 124, 131 to 134, 141 to 144, and 151 to 154 are set to predetermined values (optimal values) at the time of assembly so as to detect the rotational angle position with high accuracy. ), The crank angle sensor 20 is assembled to the engine block 11. The MRE bridges 111 to 119, 121 to 124, and 131 are not limited to this, and are assembled without monitoring the output value of each MRE bridge at the time of assembly, and the rotation angle position is detected with high accuracy after the assembly. The crank angle may be detected using a predetermined MRE bridge having a large output value among 134, 141 to 144, 151 to 154.

・前記実施形態では、図２に示すように、基板３０の片面にＭＲＥブリッジを多層に配置したが、基板の両面においてＭＲＥブリッジを多層に配置してもよい。より具体的には、図１１に示すように、基板３０の一方の面において図２を用いて説明したようにシリコン酸化膜３１，３３，３５，３７，３９を挟んで各層にＭＲＥブリッジを形成し、基板５０の一方の面においてシリコン酸化膜５１，５３，５５，５７，５９を挟んで各層にＭＲＥブリッジ（パターン５２，５４，５６，５８，６０）を形成するとともにシリコン窒化膜６１で被覆し、基板３０の他方の面と基板５０の他方の面を貼り合せる。基板の一方の面でのＭＲＥブリッジの配置と、基板の他方の面でのＭＲＥブリッジの配置を異ならせるとよい。このようにして、基板の両面に、同一の層において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜を介在させた状態でＭＲＥブリッジの一部が重なるようにして３層以上にわたり形成してなる構成としてもよい。これにより、ＭＲＥブリッジの積層数を多くでき、さらに位置検出を高精度に行うことができる。 In the embodiment, as shown in FIG. 2, the MRE bridges are arranged in multiple layers on one side of the substrate 30, but the MRE bridges may be arranged in multiple layers on both sides of the substrate. More specifically, as shown in FIG. 11, an MRE bridge is formed in each layer with the silicon oxide films 31, 33, 35, 37, and 39 sandwiched on one surface of the substrate 30 as described with reference to FIG. Then, MRE bridges (patterns 52, 54, 56, 58, 60) are formed in each layer across the silicon oxide films 51, 53, 55, 57, 59 on one surface of the substrate 50 and covered with the silicon nitride film 61. Then, the other surface of the substrate 30 and the other surface of the substrate 50 are bonded together. The arrangement of the MRE bridge on one side of the substrate may be different from the arrangement of the MRE bridge on the other side of the substrate. In this way, a plurality of MRE bridges composed of magnetic thin films in the same layer are arranged in parallel on both surfaces of the substrate, and a part of the MRE bridges overlap with the insulating film interposed in the vertical direction. It is good also as a structure formed over 3 layers or more. As a result, the number of stacked MRE bridges can be increased, and the position can be detected with high accuracy.

・図１でのセンサチップ２３を立てて図１２に示すようにＺ軸方向を向くようにして配置し、ギヤ１０との関係においてＺ軸方向での素子出力が最大となるように取り付けるようにしてもよい。つまり、図１に代わる構成として、図１２に示すように、Ｚ軸方向に関しても一定間隔でＭＲＥブリッジを配置してＺ軸方向の位置検出を行なうようにしてもよい。 The sensor chip 23 in FIG. 1 is erected and arranged so as to face the Z-axis direction as shown in FIG. 12, and is attached so as to maximize the element output in the Z-axis direction in relation to the gear 10. May be. That is, as an alternative to FIG. 1, as shown in FIG. 12, the MRE bridges may be arranged at regular intervals in the Z-axis direction to detect the position in the Z-axis direction.

・前記実施形態では５層にわたりＭＲＥブリッジを重ねて配置したが、３層以上であればよい。
・前記実施形態では同一の層において磁性薄膜にて構成されるＭＲＥブリッジを複数並設したが、これに代わり、同一の層において磁性薄膜にて構成される磁気抵抗素を複数並設してもよい。つまり、４つのＭＲ素子を用いてフルブリッジを組んだが、２つのＭＲ素子を用いてハーフブリッジを組んでも、１つのＭＲ素子と固定抵抗を直列接続して素子出力を得るようにしてもよい。 In the above embodiment, the MRE bridges are arranged so as to overlap over 5 layers, but may be 3 layers or more.
In the above-described embodiment, a plurality of MRE bridges composed of magnetic thin films in the same layer are arranged in parallel. Alternatively, a plurality of magnetoresistive elements composed of magnetic thin films in the same layer may be arranged in parallel. Good. That is, a full bridge is assembled using four MR elements, but even if a half bridge is assembled using two MR elements, an element output may be obtained by connecting one MR element and a fixed resistor in series.

・前記実施形態では位置検出装置としてクランク角センサに適用したが、回転角度位置を検出する位置検出装置以外にも、直線運動する被検出体の移動に伴う被検出体の直線移動位置を検出するようにしてもよい。即ち、ギヤでなく直線運動する部材の位置を検出する場合に適用してもよい。 -Although it applied to the crank angle sensor as a position detection apparatus in the said embodiment, besides the position detection apparatus which detects a rotation angle position, the linear movement position of the to-be-detected body accompanying the movement of the to-be-detected body which carries out a linear motion is detected. You may do it. That is, the present invention may be applied when detecting the position of a member that moves linearly instead of a gear.

・前記実施形態ではバイアス磁石を用いたが、バイアス磁石が無いシステムに適用してもよく、例えばマグネットロータの位置を検出する場合にはバイアス磁石は不要にできる。 -Although the bias magnet was used in the said embodiment, you may apply to the system without a bias magnet, for example, when detecting the position of a magnet rotor, a bias magnet can be made unnecessary.

（ａ）は本実施形態におけるクランク角センサの縦断面図。（ｂ）はクランク角センサの横断面図。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the crank angle sensor in this embodiment. (B) is a cross-sectional view of the crank angle sensor. センサチップの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a sensor chip. １層目の磁性薄膜のパターンの平面図。The top view of the pattern of the magnetic thin film of the 1st layer. ２層目の磁性薄膜のパターンの平面図。The top view of the pattern of the magnetic thin film of the 2nd layer. ３層目の磁性薄膜のパターンの平面図。The top view of the pattern of the magnetic thin film of the 3rd layer. ４層目の磁性薄膜のパターンの平面図。The top view of the pattern of the magnetic thin film of the 4th layer. ５層目の磁性薄膜のパターンの平面図。The top view of the pattern of the magnetic thin film of the 5th layer. （ａ）はＭＲＥブリッジの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。(A) is a top view of a MRE bridge, (b) is a longitudinal cross-sectional view in the AA line of (a). クランク角センサの回路構成図。The circuit block diagram of a crank angle sensor. １平面内に２つのＭＲＥブリッジを配置したときの平面図。The top view when arrange | positioning two MRE bridges in 1 plane. 別例のセンサチップの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the sensor chip of another example. （ａ）は別例のクランク角センサの縦断面図。（ｂ）はクランク角センサの横断面図。(A) is a longitudinal cross-sectional view of another example of a crank angle sensor. (B) is a cross-sectional view of the crank angle sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１０…ギヤ、３０…基板、３１…シリコン酸化膜、３２…パターン、３３…シリコン酸化膜、３４…パターン、３５…シリコン酸化膜、３６…パターン、３７…シリコン酸化膜、３８…パターン、３９…シリコン酸化膜、４０…パターン、５０…基板、５１…シリコン酸化膜、５２…パターン、５３…シリコン酸化膜、５４…パターン、５５…シリコン酸化膜、５６…パターン、５７…シリコン酸化膜、５８…パターン、５９…シリコン酸化膜、６０…パターン、１１１〜１１９…ＭＲＥブリッジ、１２１〜１２４…ＭＲＥブリッジ，１３１〜１３４…ＭＲＥブリッジ、１４１〜１４４…ＭＲＥブリッジ、１５１〜１５４…ＭＲＥブリッジ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gear, 30 ... Substrate, 31 ... Silicon oxide film, 32 ... Pattern, 33 ... Silicon oxide film, 34 ... Pattern, 35 ... Silicon oxide film, 36 ... Pattern, 37 ... Silicon oxide film, 38 ... Pattern, 39 ... Silicon oxide film, 40 ... pattern, 50 ... substrate, 51 ... silicon oxide film, 52 ... pattern, 53 ... silicon oxide film, 54 ... pattern, 55 ... silicon oxide film, 56 ... pattern, 57 ... silicon oxide film, 58 ... Pattern, 59 ... silicon oxide film, 60 ... pattern, 111-119 ... MRE bridge, 121-124 ... MRE bridge, 131-134 ... MRE bridge, 141-144 ... MRE bridge, 151-154 ... MRE bridge.

Claims

被検出体の移動により変化する磁界によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備え、前記磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて前記被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
基板上に、同一の層において磁性薄膜にて構成される磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜を介在させた状態で前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジの一部が重なるようにして３層以上に前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを積層してなることを特徴とする位置検出装置。 A position detection device comprising a magnetoresistive element whose resistance value is changed by a magnetic field that changes due to movement of the detected object, and detecting the position of the detected object based on a change in the resistance value of the magnetoresistive element,
A plurality of magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges formed of magnetic thin films in the same layer are arranged side by side on a substrate, and the magnetoresistive element or magnetoresistive element is in a state where an insulating film is interposed in the vertical direction. A position detecting device, wherein the magnetoresistive element or the magnetoresistive element bridge is laminated in three or more layers so that a part of the bridge overlaps.

基板の両面に、同一の層において磁性薄膜にて構成される磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジが複数並設され、かつ、縦方向に絶縁膜を介在させた状態で前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジの一部が重なるようにして３層以上に前記磁気抵抗素子または磁気抵抗素子ブリッジを積層してなる請求項１に記載の位置検出装置。 A plurality of magnetoresistive elements or magnetoresistive element bridges composed of magnetic thin films in the same layer are arranged in parallel on both surfaces of the substrate, and the magnetoresistive element or magnetoresistive element with an insulating film interposed in the vertical direction. The position detection device according to claim 1, wherein the magnetoresistive element or the magnetoresistive element bridge is laminated in three or more layers so that part of the element bridge overlaps.