JP2013024674A

JP2013024674A - 磁気センサ

Info

Publication number: JP2013024674A
Application number: JP2011158699A
Authority: JP
Inventors: Kenji Chikuan; 憲治竹菴
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の強さを確保しつつバイアス磁界の強さのばらつきを抑制して、センサの検出精度を向上させる。
【解決手段】磁気抵抗素子を備えるセンサチップ３を基板２にベアチップ実装することにより、モールドＩＣを用いる従来の磁気センサにおけるモールド成形工程を廃止し、モールド成形に基づくセンサチップ３と磁石５との相対位置のばらつき要因を排除する。また、磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石５を基板２に接合することにより、センサチップ３を磁石５に実装する従来の磁気センサと比較して、高導電率の磁石５を用いることが可能になり、磁気抵抗素子に対して強いバイアス磁界を与えることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気抵抗素子を備えるセンサチップと磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石とを備える磁気センサに関するものである。

従来の磁気センサとして、リードフレームにセンサチップを実装しモールド成形してモールドＩＣとし、そのモールドＩＣを中空の磁石に挿入したものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、センサチップを磁石に実装した磁気センサも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−１１６８１５号公報特開２００６−１１３０２７号公報特開２００６−５８１２６号公報

ところで、磁気センサにおいては、センサチップと磁石との相対位置のばらつきに応じて、磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の強さがばらついてしまい、センサの検出精度に影響を及ぼす。

そして、前者の磁気センサの場合、センサチップと磁石との相対位置のばらつき要因として、リードフレームに対するセンサチップの搭載位置精度、モールド成形型の精度、さらには二次成形型の精度等、多くの要因があるため、センサの検出精度を高めることが困難であった。

一方、後者の磁気センサの場合、センサチップを磁石に実装するためモールド成形工程が廃止される。したがって、モールド成形に基づくセンサチップと磁石との相対位置のばらつき要因が排除される。しかしながら、センサチップを磁石に実装する場合、導電性の磁石を用いることができない。このため、磁力が強い磁石を得ることができず、磁気抵抗素子に対して強いバイアス磁界を与えることができないという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の強さを確保しつつバイアス磁界の強さのばらつきを抑制して、センサの検出精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁気抵抗素子を備えるセンサチップ（３）が基板（２）にベアチップ実装されるとともに、磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石（５）が基板（２）に接合されていることを特徴とする。

これによると、センサチップ（３）が基板（２）にベアチップ実装されるためモールド成形工程が廃止され、モールド成形に基づくセンサチップ（３）と磁石（５）との相対位置のばらつき要因が排除される。また、センサチップ（３）を磁石（５）に実装する構成ではないため、高導電率の磁石（５）を用いて磁気抵抗素子に対して強いバイアス磁界を与えることができる。したがって、磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の強さを確保しつつバイアス磁界の強さのばらつきを抑制して、センサの検出精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の磁気センサにおいて、磁石（５）は、非導電性の樹脂に導電性の磁性体粉を添加した材料にて形成されていることを特徴とする。これによると、成形によって磁石（５）を容易に形成することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の磁気センサにおいて、基板（２）は非導電性の樹脂にて形成されていることを特徴とする。これによると、成形によって基板（２）を容易に形成することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気センサにおいて、磁石（５）は溝部（５３）が形成された断面Ｕ字状であり、溝部（５３）にセンサチップ（３）が配置されていることを特徴とする。

これによると、従来の磁気センサにおける中空の磁石（５）と比較して、材料使用量が少なくなるとともに、成形型がシンプルになりメンテナンス性が向上する。また、中空の磁石（５）は射出成形にて形成するのに対し、断面Ｕ字状の磁石（５）は圧縮成型にて形成することができ、加工費を低減することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気センサにおいて、基板（２）はセンサチップ（３）が配置される凹部（２６）が形成され、平板状に形成された磁石（５）により凹部（２６）の開口部が塞がれていることを特徴とする。

これによると、従来の磁気センサにおける中空の磁石（５）と比較して、材料使用量が少なくなるとともに、成形型がシンプルになりメンテナンス性が向上する。また、中空の磁石（５）は射出成形にて形成するのに対し、平板状の磁石（５）は圧縮成型にて形成することができ、加工費を低減することができる。

請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気センサにおいて、基板（２）にターミナル（１）を一体化し、センサチップ（３）とターミナル（１）をワイヤ（４）で接続することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項２に記載の磁気センサにおいて、磁石（５）は、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、およびアルニコ磁石のいずれかであることを特徴とする。

これによると、磁力が強い磁石（５）を得て、磁気抵抗素子に対して強いバイアス磁界を与えることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る磁気センサにおける基板とターミナルを一体化した状態を示す図である。第１実施形態に係る磁気センサにおけるセンサチップを実装した状態を示す図である。第１実施形態に係る磁気センサにおける磁石の構成を示す図である。第１実施形態に係る磁気センサにおける磁石を組み付けた状態を示す図である。第１実施形態に係る磁気センサにおけるコネクタターミナルを組み付けた状態を示す図である。第１実施形態に係る磁気センサの完成状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係る磁気センサにおけるセンサチップを実装した状態を示す図である。第２実施形態に係る磁気センサにおける磁石を組み付けた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る磁気センサにおける基板とターミナルを一体化した状態を示す正面断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面図である。図２（ａ）はセンサチップを実装した状態を示す正面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図である。

図１に示すように、まず、導電性金属よりなる３つのターミナル１をインサートして、非導電性樹脂よりなる基板２を成形する。

基板２は、断面Ｕ字状であり、基板ベース部２１の長手方向両端に第１基板壁部２２と第２基板壁部２３が形成され、第１基板壁部２２と第２基板壁部２３との間に基板溝部２４が形成されている。なお、本実施形態の磁気センサは、第１基板壁部２２における外側端面２２１が検出対象（例えば磁性体ロータ）に対向して検出対象の近傍に配置される。

そして、各ターミナル１は、第２基板壁部２３に近い位置に配置され、一端側が基板溝部２４に露出し、他端側が基板２の外部に突出している。なお、３つのターミナル１は、具体的には、電源用ターミナル、出力用ターミナル、および接地用ターミナルである。

続いて、図２に示すように、磁気抵抗素子（図示せず）を備えるセンサチップ３を、基板溝部２４に配置して基板ベース部２１にベアチップ実装する。続いて、センサチップ３とターミナル１をワイヤ４で接続する。

ここで、第１基板壁部２２における内側端面２２２を基準位置としてセンサチップ３の位置決めをしている。換言すると、内側端面２２２とセンサチップ３の端面との距離Ｌが所定範囲になるようにして、センサチップ３を基板２に実装する。

続いて、図４に示すように、センサチップ３の磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石５を基板２に接合する。

ここで、図３（ａ）は磁石５の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の側面図である。また、図４（ａ）は磁石を組み付けた状態を示す正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の平面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の側面図である。

図３に示すように、磁石５は、断面Ｕ字状であり、磁石ベース部５１の長手方向に対して直交する方向の両端に磁石壁部５２が形成され、磁石壁部５２間に磁石溝部５３が形成されている。

磁石５は、非導電性の樹脂に導電性の磁性体粉を添加した材料にて形成されている。具体的には、磁石５は、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等の、高導電率のプラスティック磁石である。

そして、図４に示すように、磁石壁部５２が基板壁部２２、２３間に挟持され、且つセンサチップ３を収容するチップ収容空間が形成されるようにして、磁石５を基板２に接合する。

この際、磁石壁部５２における第１基板壁部２２に対向する一端面５２１を、第１基板壁部２２における内側端面２２２に当接させた状態で、磁石５を基板２に接合する。そして、本実施形態のように、内側端面２２２を共通の基準位置として磁石２およびセンサチップ３の位置決めをすることにより、磁石２とセンサチップ３の相対位置のばらつきを抑制することができる。

なお、磁石５を基板２に接合した状態では、基板溝部２４と磁石溝部５３は共通の空間であり且つチップ収容空間である。また、磁石５と基板２は、レーザ溶接、超音波溶着、熱溶着等にて接合することができる。

続いて、図５に示すように、図示しない外部ハーネスと接続するための導電性金属よりなるコネクタターミナル６をターミナル１に接合した後、図６に示すように、二次成形によりハウジング７が形成されて磁気センサが完成する。なお、ハウジング７は、磁石５や基板２を覆うハウジング本体部７１、およびコネクタターミナル６を覆うコネクタハウジング７２を備えている。

上記構成になる本実施形態の磁気センサは、検出対象が例えば磁性体ロータである場合、ロータの回転に伴ってバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を、センサチップ３内の磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して、ロータの回転を検出する。

そして、本実施形態では、センサチップ３が基板２にベアチップ実装されるためモールド成形工程が廃止され、モールド成形に基づくセンサチップ３と磁石５との相対位置のばらつき要因が排除される。また、センサチップ３を磁石５に実装する構成ではないため、高導電率の磁石を用いて磁気抵抗素子に対して強いバイアス磁界を与えることができる。したがって、磁気抵抗素子に対するバイアス磁界の強さを確保しつつバイアス磁界の強さのばらつきを抑制して、センサの検出精度を向上させることができる。

また、磁石５は断面Ｕ字状であるため、従来の磁気センサにおける中空の磁石と比較して、材料使用量が少なくなるとともに、成形型がシンプルになりメンテナンス性が向上する。

さらに、中空の磁石は射出成形にて形成するのに対し、断面Ｕ字状の磁石５は圧縮成型にて形成することができ、加工費を低減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図７（ａ）は本発明の第２実施形態に係る磁気センサにおけるセンサチップを実装した状態を示す正面断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の平面図、図８（ａ）は磁石を組み付けた状態を示す正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の平面図である。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、基板２には、基板ベース部２１の長手方向に対して直交する方向の両端に基板側壁部２５が形成されている。より詳細には、第１基板壁部２２と第２基板壁部２３と基板側壁部２５とによって、チップ収容空間としての凹部２６が形成されている。また、この凹部２６にセンサチップ３が配置され、基板ベース部２１にセンサチップ３がベアチップ実装されている。

図８に示すように、磁石５は、平板状であり、凹部２６の開口部を塞ぐようにして基板２に接合されている。

ここで、第１基板壁部２２における外側端面２２１を共通の基準位置として磁石２およびセンサチップ３の位置決めをすることにより、磁石２とセンサチップ３の相対位置のばらつきを抑制することができる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、磁石５は平板状であるため、第１実施形態よりも、材料使用量がさらに少なくなるとともに、成形型がよりシンプルになりメンテナンス性がさらに向上する。

２基板
３センサチップ
５磁石

Claims

磁気抵抗素子を備えるセンサチップ（３）が基板（２）にベアチップ実装されるとともに、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を与える磁石（５）が前記基板（２）に接合されていることを特徴とする磁気センサ。
前記磁石（５）は、非導電性の樹脂に導電性の磁性体粉を添加した材料にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
前記基板（２）は非導電性の樹脂にて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
前記磁石（５）は溝部（５３）が形成された断面Ｕ字状であり、前記溝部（５３）に前記センサチップ（３）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気センサ。
前記基板（２）は前記センサチップ（３）が配置される凹部（２６）が形成され、平板状に形成された前記磁石（５）により前記凹部（２６）の開口部が塞がれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気センサ。
前記基板（２）にターミナル（１）が一体化され、前記センサチップ（３）と前記ターミナル（１）はワイヤ（４）で接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気センサ。
前記磁石（５）は、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、およびアルニコ磁石のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。