JP2017514114A - 磁気抵抗式磁気イメージング・センサ - Google Patents

Abstract

磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサは、ＰＣＢ（１）および複数の磁気抵抗センサ・チップ（２）を備え、複数の磁気抵抗センサ・チップ（２）がＰＣＢ（１）上に位置し、ＰＣＢ（１）が磁気画像検出表面（３）に垂直または平行である。側方検出モードおよび前方検出モードがあり、側方検出モードでは、複数の磁気抵抗センサ・チップ（２）の各側面（２（１））がＰＣＢ（１）の側面（１（１））に平行、またはそれと同一平面上にあり、磁気画像検出表面に平行である。複数の磁気抵抗センサ・チップ（２）は同じ磁気感知方向を有する。磁気画像検出表面において検出エリアの連続性を実現するために、側方検出モードでは、隣接する磁気抵抗センサ・チップ（２）が積層されており、前方検出モードでは、隣接する磁気抵抗センサ・チップ（２）が千鳥状に配置されている。磁気抵抗式磁気イメージング・センサは、永久磁石組立体およびハウジングも備えることができる。このセンサは、検出エリア全体にわたる連続性、良好な信号再現、高い感度、および低い電力消費量を含む、複数の利点を有する。【選択図】 図１０

Description

本発明は磁気センサの分野に関し、詳細には、磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサに関する。

磁気画像識別センサは、主に金融の分野において、例えばＰＯＳ、ＡＴＭ、通貨検出器、紙幣／硬貨計数機などに使用されている。クレジット・カードの磁気ストリップは、硬磁性材料から作られており、その磁界は直接測定することができ、紙幣の表面画像は、軟磁性粒子を含有するインクによって印刷されており、バイアス磁界を印加すると、磁気画像識別センサによって検出されるように磁性粒子が磁化されて、クレジット・カードの情報の識別、または紙幣の画像の識別が実現される。一般に、磁気画像識別センサは、オーディオ磁気ヘッド技術または磁気抵抗ヘッド技術を採用している。オーディオ磁気ヘッドでは、ギャップを有する環状構造に巻くコイルを使用し、そのコイルは電磁誘導の原理を利用する。ギャップが高速で磁性粒子を通過するとき磁束の変化が生じ、したがってコイルに誘導電流が誘発され、その電流の変化に従って磁気画像の分配信号が確立される。この技術に存在する主な問題は以下の通りである。１．磁界感度が低く、巻数を増やす方法でしか有効な信号が得られない、２．サイズが大きく、サイズ分解能が低く、高速の動きが必要であり、静磁界信号には反応しない、および３．電力消費量が大きい。磁気抵抗ヘッド、例えばホール効果センサには、主に以下の問題がある。１）ホール効果センサは磁界感度が低く、したがって磁性粒子を検出するためには、磁気センサによって検出されるように、充分な磁化強度を発生させるための充分に大きなバイアス磁界が必要であり、したがって金融用磁気ヘッドの体積が増大する、および２）ホール効果センサは磁界感度が低く、発生させる磁界出力信号が低く、電力消費量が高い。さらに、オーディオ磁気ヘッド技術または磁気抵抗ヘッド技術のどちらが採用されたとしても、大規模な磁気画像の検出を実施するために複数の磁気センサを使用する場合には、磁気センサを行と列に配置する形態が一般的に用いられ、その結果、隣接する磁気センサ間に未検出エリアがあり、結果として得られる画像識別において未検出エリアが存在する。

上記の既存の問題を解決するために、本発明では、磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサが提供され、磁気抵抗式磁気イメージング・センサでは、磁気抵抗センサ、例えばＴＭＲ磁気センサを使用して紙幣の磁性ナノ粒子画像の検出を実施し、ＴＭＲセンサは、磁界感度が高く、サイズが小さく、電力消費量が低く、チップを千鳥状または積層状に配置することができるという特徴を有しており、それによって上記の問題を克服する。

本発明で提供される、磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサは、磁気画像を検出するために使用され、磁気画像が位置する平面が磁気画像検出表面であり、側方／前方検出モード画像識別センサを含み、側方／前方検出モード画像識別センサは、それぞれＰＣＢ上に複数の磁気抵抗センサ・チップを含み、側方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップの各側面は、磁気画像検出表面に平行であり、前方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップのおもて面は、磁気画像検出表面に平行であり、隣接する磁気抵抗センサ・チップは、磁気画像検出表面上の走査方向に沿った走査検出エリアにおいて互いに相補的である、または互いに交差する。

前方検出モード画像識別センサに対応する隣接する磁気抵抗センサ・チップは、ＰＣＢのおもて面において磁気抵抗センサ・チップの縁部に沿って、互いに千鳥状に配置される。

側方検出モード画像識別センサに対応するＰＣＢ上の複数の磁気抵抗センサ・チップのそれぞれの一方の側は、ＰＣＢのおもて面から離れて上がり、他方の側は、隣接する磁気抵抗センサ・チップのそれぞれの一方の側と傾斜して積層する。

側方検出モード画像識別センサに対応するＰＣＢ上の複数の磁気抵抗センサ・チップの隣接する磁気抵抗センサ・チップは、オンチップの千鳥状かつ積層状である。

永久磁石組立体が含まれており、前方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向は、走査方向に平行であり、側方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向は、磁気画像検出表面に垂直である。

永久磁石組立体は、ＰＣＢの両側にそれぞれ走査方向に沿って対称的に位置する同じ磁化方向の２つの永久磁石を含み、磁化方向は、ＰＣＢのおもて面に垂直である。

側方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は、ＰＣＢのおもて面の両側に対称的に置かれた２つの永久磁石を含み、その磁化方向は両方とも磁気画像検出表面に垂直であるが、２つの永久磁石の磁化方向は反対である。

側方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は、ＰＣＢのおもて面の両側にそれぞれ位置する永久磁石と軟磁石とを含み、永久磁石の磁化方向はＰＣＢのおもて面の方向に垂直であり、軟磁石はＰＣＢのおもて面に平行である。

側方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は、磁気画像検出表面に向かう開口部を有する、ＰＣＢの同じ側に位置する永久磁石およびＬ字型の軟磁石によって形成される構造を含み、Ｌ字型の軟磁石は永久磁石とＰＣＢの間に位置する。永久磁石はＬ字型の軟磁石の底部上に位置し、その磁化方向は磁気画像検出表面に垂直であり、Ｌ字型の軟磁石の側面はＰＣＢに平行である。

側方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は、磁気画像検出表面に向かう開口部を有する、永久磁石および２つの軟磁石によって形成される構造を含み、永久磁石の磁化方向はＰＣＢのおもて面に垂直であり、永久磁石はＰＣＢの底部に位置し、２つの軟磁石は、ＰＣＢのおもて面の両側で永久磁石の両端部に対称的に位置し、ＰＣＢに平行である。

前方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は凹状永久磁石であり、溝が設けられている凹状永久磁石の表面は、ＰＣＢの裏面に直接面しており、溝彫り方向は磁気画像検出表面に平行で磁気感知方向に垂直であり、凹状永久磁石の磁化方向はＰＣＢの方向に垂直である。

前方検出モード画像識別センサに関して、永久磁石組立体は、ＰＣＢの裏面の裏面永久磁石と、走査方向に沿ってＰＣＢの両側に対称的に置かれた２つの側面永久磁石とを含み、裏面永久磁石および２つの側面永久磁石の磁化方向は、すべて磁気画像検出表面に垂直であり、裏面永久磁石と２つの側面永久磁石の磁化方向は反対である。

前方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向は、磁気画像検出表面の方向に平行、または垂直であり、複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向が磁気画像検出表面に平行であるとき、磁気感知方向は走査方向に平行、または垂直である。

磁気抵抗センサ・チップが、２行１列、３行１列、または２行２列にそれぞれ配置された２つ、３つ、または４つの磁気感知ユニットを含むハーフブリッジ構造であり、様々な磁気感知ユニットの磁気感知方向は同一であり、磁気抵抗式磁気センサ・チップが２つの磁気感知ユニットを含むとき、２つの磁気感知ユニットは同じ抵抗を有し、ハーフブリッジを直接形成し、磁気抵抗式磁気センサ・チップが３つの磁気感知ユニットを含むとき、中央の行の感知ユニットの抵抗は、両側の行の２つの感知ユニットの抵抗の半分であり、両側の行の２つの感知ユニットは、並列に接続された後で、中央の行の感知ユニットとともにハーフブリッジ構造を形成し、磁気抵抗式磁気センサ・チップが４つの磁気感知ユニットを含むとき、４つの感知ユニットの抵抗は同じであり、同じ行の２つの磁気感知ユニットが並列に接続され、次いで２つの行が直列に接続されて、ハーフブリッジ構造を形成し、側方検出モード画像識別センサでは、その列方向は磁気画像検出表面に垂直であり、パッケージング中には、磁気感知ユニットは、磁気画像検出表面に近いチップの片側に位置し、前方検出モード画像識別センサでは、その列方向は走査方向に平行である。

磁気抵抗センサ・チップは、４つの磁気感知ユニットを含むフルブリッジ構造であり、様々な磁気感知ユニットの磁気感知方向は同一であり、４つの磁気感知ユニットは２行２列に配置され、フルブリッジを形成する２つのハーフブリッジに含まれる２つの感知ユニットは、２行であるがそれぞれ別の列に位置し、側方検出モード画像識別センサでは、その列方向は磁気画像検出表面に垂直であり、パッケージング中には、感知ユニットは、磁気画像検出表面に近いチップの片側に位置し、前方検出モード画像識別センサでは、その列方向は走査方向に平行である。

ハーフブリッジ構造の磁気抵抗センサ・チップは、複数の感知ユニットと一体化された単一の磁気抵抗センサ・チップである、または１つもしくは複数の感知ユニットと一体化された複数の磁気抵抗センサ・チップの別々の要素の相互接続された組合せである。

フルブリッジ構造の磁気抵抗センサ・チップは、複数の感知ユニットと一体化された単一の磁気抵抗センサ・チップである、または１つもしくは複数の感知ユニットと一体化された複数の磁気抵抗センサ・チップの別々の要素の相互接続された組合せである。

磁気抵抗センサ・チップは、ワイヤボンディングのために、磁気抵抗センサ・チップのおもて面ボンディングパッドを採用した、または裏面ボンディングパッドを介するＴＳＶを採用したパッケージング構造である。

ＰＣＢおよび複数の磁気抵抗センサ・チップが置かれるハウジングをさらに含み、永久磁石組立体の一部分または全体がハウジング内に置かれる、または全体がハウジングの外側に位置する。

磁気抵抗式磁気センサ・チップの磁気感知ユニットは、ＡＭＲ、Ｈａｌｌ、ＧＭＲ、またはＴＭＲタイプの磁気抵抗センサのうちの１つである。

側方検出モード画像識別センサに対応する磁気抵抗センサ・チップの各側面は、ＰＣＢの側面と同一平面上にある、または磁気画像検出表面に平行である。

側方検出モード画像識別センサの図である。 側方検出モード画像識別センサで使用される第１の永久磁石組立体の概略図である。 側方検出モード画像識別センサで使用される第２の永久磁石組立体の概略図である。 側方検出モード画像識別センサで使用される第３の永久磁石組立体の概略図である。 側方検出モード画像識別センサで使用される第４の永久磁石組立体の概略図である。 側方検出モード画像識別センサで使用される第５の永久磁石組立体の概略図である。 側方検出モードにおけるＰＣＢ上での磁気抵抗式磁気センサ・チップの離間配置を示す図である。 側方検出モードにおけるＰＣＢ上での磁気抵抗式磁気センサ・チップの第１のオンチップの積層配置を示す図である。 側方検出モードにおけるＰＣＢ上での磁気抵抗式磁気センサ・チップの第２のオンチップの積層配置を示す図である。 側方検出モードにおけるＰＣＢ上での磁気抵抗式磁気センサ・チップの第３のオンチップの積層配置を示す図である。 前方検出モード画像識別センサの図である。 前方検出モード画像識別センサで使用される第１の永久磁石組立体の概略図である。 前方検出モード画像識別センサで使用される第２の永久磁石組立体の概略図である。 前方検出モード画像識別センサで使用される第３の永久磁石組立体の概略図である。 前方検出モードにおけるＰＣＢ上での磁気抵抗式磁気センサ・チップの離間配置を示す図である。 前方検出モードにおける基板上での磁気抵抗センサ・チップの第１の千鳥配置を示す図である。 前方検出モードにおける基板上での磁気抵抗センサ・チップの第２の千鳥配置を示す図である。 磁気抵抗センサ・チップのスライスのおもて面図である。 磁気抵抗センサ・チップのスライスの側面図である。 磁気抵抗センサ・チップのスライスの裏面図である。 磁気抵抗式磁気センサの概略構造図であって、ａ）ハーフブリッジ構造、ｂ）フルブリッジ構造、ｃ）ダブル・ハーフブリッジ構造、およびｄ）３要素ハーフブリッジ構造を示す図である。 側方検出モードにおける磁気抵抗センサ・チップ上での感知ユニットの配置図であって、ａ）ハーフブリッジ構造、ｂ）フルブリッジまたはダブル・ハーフブリッジ構造、およびｃ）３要素ハーフブリッジ構造を示す図である。 前方検出モードにおける磁気抵抗センサ・チップ上での感知ユニットの配置図であって、ａ）ハーフブリッジ構造、ｂ）フルブリッジまたはダブル・ハーフブリッジ構造、およびｃ）３要素ハーフブリッジ構造を示す図である。

本発明は、図面および実施形態を参照しながら以下で詳細に説明される。

実施形態１
図１は、ＰＣＢ１および複数の磁気抵抗センサ・チップ２を含む側方検出モード画像識別センサの構造図である。ＰＣＢ１上で面積が大きい方の面がＰＣＢ１のおもて面１（２）であり、おもて面１（２）に隣接する面がＰＣＢ１の側面１（１）であり、ＰＣＢ１のおもて面１（２）の方向が概してＰＣＢ１の方向と呼ばれる。同様に、磁気抵抗センサ・チップ２にもおもて面および側面２（１）がある。ＰＣＢ１のおもて面１（２）には複数の磁気抵抗センサ・チップ２が位置し、磁気抵抗センサ・チップ２が位置するＰＣＢ１のおもて面１（２）は、磁気画像検出表面３に垂直である。磁気画像検出表面３は、走査および検出される画像が位置する平面である。複数の磁気抵抗センサ・チップ２の各側面２（１）は、磁気画像検出表面３に近いＰＣＢ１の側面１（１）と同一平面上にあってもなくてもよいが、磁気画像検出表面３に平行で可能な限りその近くにあり、複数の磁気抵抗センサ・チップ２の磁気感知方向７は、磁気画像検出表面３に垂直であり、図１の４は走査方向である。この構造の側方検出モード磁気抵抗画像識別センサは、永久磁石材料で作られた磁気画像の読取りのために直接使用されてもよく、例えばクレジット・カードの永久磁石ストリップを読み取るためのＰＯＳ機の磁気ヘッドに使用することができる。

実施形態２
図２〜図６は、側方検出モード画像識別センサが、軟磁性材料によって形成された磁気画像の読取りに応用される場合を示す概略構造図であり、永久磁石組立体５およびハウジング６をさらに含む。ハウジング６は、ＰＣＢ１および複数の磁気抵抗式磁気センサ・チップ２の外側を覆い、永久磁石組立体５は、全体がハウジング６内に位置しても、一部分がハウジング６内に位置してもよく、または全体がハウジング６の外側に位置してもよいが、説明を簡単にするために図２〜図６では、永久磁石組立体５全体がハウジング６内に位置する場合を提示する。永久磁石組立体５の機能は、磁界を発生させて、軟磁性材料で作られた磁気画像検出表面３の軟磁性材料を磁化して、複数の磁気抵抗式磁気センサ・チップ２により軟磁性材料が検出されるようにすることである。ハウジング６の機能は、磁気抵抗センサ・チップ２およびＰＣＢ１を保護することである。永久磁石組立体５の全体または一部分がハウジング６の外側に位置することにより、画像識別センサの体積を低減することができる。

図２に示されている側方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５は、ＰＣＢ１のおもて面１（２）の両側に対称的に位置する、同じ磁化方向を有する２つの永久磁石５（１）および５（２）を含み、この磁化方向はＰＣＢ１のおもて面１（２）に垂直である。

図３に示されている側方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５は、ＰＣＢ１のおもて面１（２）の両側に対称的に位置する、反平行の磁化方向を有する２つの永久磁石５（３）および５（４）を含み、これらの磁化方向は、複数の磁気抵抗センサ・チップ２の磁気感知方向７に平行、すなわち磁気画像検出表面３に垂直である。

図４に示されている側方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５は、ＰＣＢ１の両側にそれぞれ位置する永久磁石５（５）および軟磁石５（６）を含み、永久磁石５（５）の磁化方向はＰＣＢ１のおもて面１（２）に垂直であるが、軟磁石５（６）はＰＣＢ１のおもて面１（２）に平行である。

図５に示されている側方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５は、永久磁石５（７）およびＬ字型の軟磁石５（８）を含む。永久磁石５（７）およびＬ字型の軟磁石５（８）は、ＰＣＢ１の同じ側に位置し、永久磁石５（７）とＬ字型の軟磁石５（８）の間には磁気画像検出表面３に面するギャップが形成されている。Ｌ字型の軟磁石５（８）はＰＣＢ１に近い片側に位置し、互いに直交する側部および底部を有する。Ｌ字型の軟磁石５（８）の側部は永久磁石５（７）に平行であり、Ｌ字型の軟磁石５（８）の底部はＰＣＢ１のおもて面１（２）に垂直である。永久磁石５（７）の磁化方向は磁気感知方向７に平行であり、永久磁石５（７）は、磁気画像検出表面３に面するギャップを形成するように、Ｌ字型の軟磁石５（８）の底部上に位置する。

図６に示されている側方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５は、永久磁石５（９）ならびに軟磁石５（１０）および５（１１）を含む。軟磁石５（１０）および５（１１）は、永久磁石５（９）の両端部に位置し、ＰＣＢ１のおもて面１（２）の両側に対称的に分配され、ＰＣＢ１に平行であり、永久磁石５（９）はＰＣＢ１の底部に位置する。軟磁石５（１０）と５（１１）の間に形成されるギャップは、磁気画像検出表面３に向かって開いており、永久磁石５（９）の磁化方向はＰＣＢ１のおもて面１（２）に垂直である。

実施形態３
図７〜図１０は、ＰＣＢ１上での側面モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップ２の配置図である。

図７のすべての磁気抵抗センサ・チップ２は、ＰＣＢ１上で１行に配置されており、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）はおもて面図であり、磁気抵抗センサ・チップ２の側面２（１）はＰＣＢ１の側面１（１）に沿って連続して配置され、それらの間にはギャップがある、またはギャップはゼロである。このような配置方法には以下の欠点がある。ギャップがゼロの場合であってもパッケージング材料が存在すると、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２により走査方向４に沿って磁気画像検出表面３に形成される走査検出エリア２（３０）および２（３１）が互いに交差せず、したがって走査方向に連続した検出エリアを形成することが不可能であり、その結果磁気画像の検出において未検出エリアが存在する。

図７の磁気画像で未検出エリアが存在する問題に関して、図８〜図１０では、磁気抵抗センサ・チップ２をＰＣＢ１上に配置する新しい方法が提供されている。すなわち、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２により走査方向に沿って磁気画像検出表面３に形成される走査検出エリアが、互いに相補的であることができる、または互いに交差することができるように、磁気抵抗センサ・チップ２がＰＣＢ１上に配置されており、その配置は具体的には以下の通りである。

磁気抵抗センサ・チップ２の採用され得る第１の配置方法は、以下の通りである。隣接する磁気抵抗センサ・チップ２が、オンチップの千鳥状かつ積層状である。図８および図９に示されるように、図７に示される磁気抵抗センサ・チップ２の第１の層の側面２（１）をＰＣＢ１の側面１（１）に沿って連続して配置することに基づき、磁気抵抗センサ・チップ２の第２の層が加えられ、この第２の層は磁気抵抗センサ・チップ２の第１の層上に位置し、各磁気抵抗センサ・チップ２は、千鳥状かつ積層状の構造を形成するように第１の層の隣接する２つの磁気抵抗センサ・チップ２間のエリアに位置し、その結果、隣接する２つの磁気抵抗センサ・チップ２により走査方向４に沿って形成される走査検出エリア２（３２）および２（３３）が、互いに相補的なエリア、または互いに重なるエリアになり、こうして、走査中に磁気画像の検出において未検出エリアがないことを確実にする。

磁気抵抗センサ・チップ２の採用され得る第２の配置方法は、以下の通りである。隣接する磁気抵抗センサ・チップ２は、傾斜したオンチップの積層状である。図１０では、各磁気抵抗センサ・チップ２の一方の側がＰＣＢ１のおもて面１（１）から離れて上がり、他方の側はＰＣＢ１上にあり、すなわち、各磁気抵抗センサ・チップ２が傾斜して配設されており、その結果、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２では、一方の磁気抵抗センサ・チップ２の上がっていない側が、他方の磁気抵抗センサ・チップ２の上がっている側と縁部において傾斜して積層しており、こうして、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２により走査方向４に形成される走査検出エリア２（３４）および２（３５）が重なるエリアを有することを確実にし、走査中に磁気画像に検出において未検出エリアがないことを保証する。

実施形態４
図１１は、ＰＣＢ１１および複数の磁気抵抗センサ・チップ２１を含む前方検出モード画像識別センサの構造を示しており、複数の磁気抵抗センサ・チップ２１はＰＣＢ１１のおもて面１１（２）上に位置し、そのおもて面２１（２）は磁気画像検出表面３に平行である。前方検出モード画像識別センサが硬磁石の検出に応用される場合には、その磁気感知方向は磁気画像検出表面３に平行でも垂直でもよく、磁気感知方向が磁気画像検出表面３に平行な場合には、その方向は走査方向４に平行でも垂直でもよい。磁気画像が硬磁石によって形成される場合、硬磁石により発生する磁場が磁気抵抗センサ・チップ２１に作用し、走査方向４に沿ったそれらの磁界分配の特徴を電気信号に変換し、こうして磁気画像の読取りが実現される。

実施形態５
図１２〜図１４は、前方検出モード画像識別センサを、軟磁石材料から作られた磁気画像の検出に応用する場合を示す。

図１２〜図１４に示される前方検出モード画像識別センサは、永久磁石組立体５１およびハウジング６をさらに含む。ＰＣＢ１１および複数の磁気抵抗センサ・チップ２１はハウジング６内に位置し、永久磁石組立体５１はハウジング６内に位置しても、一部分または全体がハウジング６の外側に位置してもよく、後者の場合には画像識別センサのサイズ低減に寄与する。永久磁石組立体５１の存在下では、磁気抵抗センサ・チップ２１の磁気感知方向７１は走査方向４と同一であり、磁気画像検出表面３に平行である。

図１２に示されている前方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５１は、凹状の永久磁石であり、その幾何学的構造は、ブロックの上面に設けられた矩形の溝である。前方検出モード画像識別センサのＰＣＢ１１上の、面積が大きい方の面であっておもて面１１（２）とは反対の面が、ＰＣＢ１１の裏面である。凹状の永久磁石の上面が、ＰＣＢ１１の裏面に直接面し、ＰＣＢ１１の裏面に直接接触しており、凹状の永久磁石の磁化方向はＰＣＢ１１のおもて面１１（２）に垂直であり、矩形の溝の進入方向、すなわち溝彫り方向は、走査方向４に垂直で磁気画像検出表面３に平行である。

図１３に示されている前方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５１は、磁気抵抗センサ・チップ２１の両側に走査方向４に沿ってそれぞれ対称的に位置する２つの永久磁石５１（１）および５１（２）を含み、その磁化方向は、磁気画像検出表面３およびＰＣＢ１１のおもて面１１（２）に垂直であり、磁化方向は同じである。

図１４に示されている前方検出モード画像識別センサの永久磁石組立体５１は、３つの永久磁石５１（３）、５１（４）、および５１（５）を含み、２つの永久磁石５１（３）および５１（４）は、磁気抵抗センサ・チップ２１の両側に走査方向４に沿って対称的に分配されており、これらは側面永久磁石と称され、その磁化方向は同じで、磁気画像検出表面３に垂直であり、別の永久磁石５１（５）は、ＰＣＢ１１の直下、すなわち裏面に位置し、これは裏面永久磁石と称され、その磁化方向は永久磁石５１（３）および５１（４）と逆平行である。

実施形態６
図１５〜図１７は、ＰＣＢ１１上での前方検出モード画像識別センサの複数の磁気抵抗センサ・チップ２１の配置を示す図である。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ側面図およびおもて面図であり、ここでは磁気抵抗センサ・チップ２１がＰＣＢ１１上で１行に配置されており、この行の方向は走査方向４または磁気感知方向７１に垂直である。磁気抵抗センサ・チップ２１のパッケージング材料が存在する場合には、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１間のギャップがゼロであっても、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１により走査方向４に沿って磁気画像検出表面３上に形成される走査検出エリア２１（３０）および２１（３１）が互いに交差せず、したがって磁気画像検出表面３上に未検出エリアが存在する。

未検出エリアの問題を補うために、図１６および図１７ではＰＣＢ１１上での磁気抵抗センサ・チップ２１の配置方法を改善している。

磁気抵抗センサ・チップ２１の採用され得る配置方法は、以下の通りである。ＰＣＢ１１のおもて面１１（２）上で、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１は、縁部が相互に千鳥状になるように配置されている。図１６（ａ）および１６（ｂ）は、１つの配置方法のそれぞれ側面図およびおもて面図であり、走査方向４および磁気抵抗センサ・チップ２１の磁気感知方向７１は同じであり、磁気抵抗センサ・チップ２１はＰＣＢ１１のおもて面１１（２）上で傾斜して配設され、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１は千鳥状に配置され、磁気抵抗センサ・チップ２１の縁部は相互に千鳥状であり、その結果、隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１により走査方向４に沿って磁気画像検出表面３上に形成される走査検出エリア２１（３２）および２１（３３）が互いに重なることが可能になり、それにより検出漏れの問題を解決する。

図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、別の配置方法のそれぞれ側面図およびおもて面図であり、第３の磁気抵抗センサ・チップ２１が、隣接する２つの磁気抵抗センサ・チップ２１の行方向の中央位置に挿入され、隣接する２つの磁気抵抗センサ・チップ２１と縁部で重なっており、その結果隣接する磁気抵抗センサ・チップ２１の走査検出エリア２１（３４）および２１（３５）は互いに重なり、それにより検出漏れの問題を解決する。

図１８〜図２０は、上記の実施形態における磁気抵抗センサ・チップのウエハ・スライスのおもて面図、側面図、および裏面図である。磁気抵抗センサ・チップがそれぞれ磁気感知ユニット４２を含み、磁気抵抗感知ユニット４２がＳｉスライス４１のおもて面にあり、信号および電力ピン４３がＳｉスライス４１のおもて面に位置してもよく、ワイヤボンディングによって導出し、またピン４５が、４４を介してＴＳＶを介してＳｉスライス４１を貫通することによってＳｉスライス４１の裏面上に形成されてもよいことがわかる。すなわち、磁気抵抗センサ・チップは、ワイヤボンディングのために、磁気抵抗センサ・チップのおもて面ボンディングパッドを採用した、または裏面ボンディングパッドを介するＴＳＶを採用したパッケージング構造である。図９の磁気抵抗センサ・チップ２の上層と下層の接続は、ワイヤボンディングによるＰＣＢ１上への接続によって実現されてもよく、またはおもて面と裏面の間のピンを介する直接接続によって実現されてもよい。前方検出モード画像識別センサでは、ＴＳＶバック・ピンを使用することにより、おもて面のワイヤボンディングと比べて、磁気抵抗センサ２１と磁気画像検出表面３の間の検出距離を短縮することができ、磁界強度を増大させることができる。

図２１は、磁気抵抗センサ・チップ２または２１の磁気感知ユニット４２の組成構造図であり、図２１（ａ）は２つの感知ユニットＲ１およびＲ２を含むハーフブリッジ構造を示す。２つの感知ユニットＲ１およびＲ２は２行１列に配置され、２つの磁気感知ユニットＲ１およびＲ２は同じ抵抗を有し、ハーフブリッジを直接形成している。図２１（ｂ）は、４つの感知ユニットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４を含み、２つの出力Ｖｏｕｔ＋およびＶｏｕｔ−を有するフルブリッジ構造を示す。４つの磁気感知ユニットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、２行２列に配置されている。フルブリッジを形成する２つのハーフブリッジに含まれる２つの感知ユニットは２行であるがそれぞれ別の列に位置する。側方検出モード画像識別センサでは、その列方向は磁気画像検出表面３に垂直であり、パッケージング中には、感知ユニットは、磁気画像検出表面３に近いチップの片側に位置する。前方検出モード画像識別センサでは、その列方向は走査方向４に平行である。図２１（ｃ）は、２行２列に配置された４つの感知ユニットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４を含むハーフブリッジ構造を示し、同じ行の２つの磁気感知ユニットは並列に接続され、次いで２つの行が直列に接続されてハーフブリッジ構造を形成しており、２つのハーフブリッジＲ１、Ｒ２、およびＲ３、Ｒ４はそれぞれ電源を共有して接地されるが、出力端は共通である。図２１（ｄ）は、３つの感知ユニットＲ１、Ｒ２、およびＲ３を含む、３行１列に配置された３感知要素ハーフブリッジ構造を示し、両側の行に位置する２つの感知ユニットＲ１およびＲ３は同じ抵抗を有し、その抵抗は中央の行の感知ユニットＲ２の抵抗の２倍であり、感知ユニットＲ１およびＲ３が並列に接続され、次いでＲ２と直列に接続されてハーフブリッジを形成し、出力信号電圧はＲ１、Ｒ２、およびＲ３の中央の共通の端部から出力される。磁気抵抗感知ユニットは、ＴＭＲ、Ｈａｌｌ、ＡＭＲ、またはＧＭＲユニットのうちの１つとすることができる。様々な磁気感知ユニットの磁気感知方向は同じである。

図２２は、側方検出モード画像識別センサの磁気抵抗センサ・チップ２における感知ユニットの配置図である。

図２２（ａ）はハーフブリッジ構造を示しており、感知ユニットＲ１およびＲ２が２行１列の配置を形成し、Ｒ１は磁気画像検出表面３に近い一方の行に位置し、磁気画像検出表面３に平行であり、Ｒ２は他方の行に位置し、Ｒ１とＲ２の磁気感知方向は同じで両方とも方向７１であり、列方向は磁気画像検出表面３に垂直であり、４は走査方向である。

図２２（ｂ）はフルブリッジ構造または２つのハーフブリッジ構造を示しており、感知ユニットＲ１〜Ｒ４が２行２列に配置され、Ｒ１およびＲ３は磁気画像検出表面３に近い一方の行に位置し、Ｒ２およびＲ４は他方の行に位置し、Ｒ１およびＲ２がハーフブリッジを形成し、Ｒ３およびＲ４がハーフブリッジを形成する。

図２２（ｃ）は、３行１列の構造に配置された３つの感知ユニットＲ１、Ｒ２、およびＲ３を含む３レジスタ・ハーフブリッジ構造を示しており、Ｒ１は磁気画像検出表面３に近い一方の行に位置し、Ｒ２はＲ１とＲ３の間に位置し、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の磁気感知方向は方向７１で、磁気画像検出表面３に垂直であり、４は走査方向である。

図２２に対応するＴＭＲ磁気センサ・チップ２または２１では、パッケージング中に感知ユニットＲ１、Ｒ２、Ｒ１〜Ｒ４、またはＲ１〜Ｒ３は、磁気画像検出表面３に近い片側に位置する。

図２３は、前方検出モード画像識別センサの磁気抵抗センサ・チップ２１における感知ユニットの配置図であり、図２３（ａ１）、図２３（ａ２）、図２３（ａ３）はチップ２１の側面図であり、図２３（ｂ１）、図２３（ｂ２）、図２３（ｂ３）はチップ２１のおもて面図であり、走査方向は４である。図２３（ｂ１）は２つの感知ユニットＲ１およびＲ２を含むハーフブリッジ構造を示し、感知ユニットＲ１およびＲ２の配置方向は感知方向７１に平行で、走査方向４と同一である。図２３（ｂ２）はフルブリッジ構造を示し、Ｒ１およびＲ２がその中の一方のブリッジ・アームに相当し、Ｒ３およびＲ４が他方のブリッジ・アームに相当し、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、Ｒ４は感知方向７１に沿って配置されている。図２３（ｂ３）は３要素ハーフブリッジ構造を示し、感知ユニットＲ１、Ｒ２、およびＲ３は走査方向４に沿って行に配置され、Ｒ２はＲ１とＲ３の間に位置し、Ｒ１〜Ｒ３の磁気感知方向は７１である。図２３のチップ２１の輪郭は、感知ユニットに対して平行な配置構造であり、チップが傾斜した状態で重なり配置される場合には、チップの形は感知ユニットの配置に対して一定の角度だけ回転させてもよい。

フルブリッジ構造またはハーフブリッジ構造の磁気抵抗センサ・チップは、複数の感知ユニットが一体化された単一の磁気抵抗センサ・チップであってもよく、また、複数の磁気抵抗センサ・チップの別々の要素に置き換えられてもよいことに留意されたい。後者の場合には、別々の磁気抵抗センサ・チップが１つまたは複数の感知ユニットと一体化され、別々の磁気抵抗センサ・チップが相互接続によってハーフブリッジまたはフルブリッジ構造を形成する。

さらに、硬磁石によって形成された画像が図２３で検出される場合には、磁気抵抗センサ２１の感知ユニットの磁気感知方向は、磁気画像検出表面３に平行であっても垂直であってもよく、磁気感知方向が磁気画像検出表面３に平行な場合には、その方向は走査方向４に平行であっても垂直であってもよい。

Claims (21)

1. 磁気画像を検出するために使用される磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサであって、該磁気画像が位置する平面が磁気画像検出表面であり、側方／前方検出モード画像識別センサを備え、該側方／前方検出モード画像識別センサが、ＰＣＢ上にそれぞれ複数の磁気抵抗センサ・チップを備え、該側方検出モード画像識別センサの該複数の磁気抵抗センサ・チップの各側面が、該磁気画像検出表面に平行であり、該前方検出モード画像識別センサの該複数の磁気抵抗センサ・チップのおもて面が、該磁気画像検出表面に平行であり、隣接する磁気抵抗センサ・チップが、該磁気画像検出表面上の走査方向に沿った走査検出エリアにおいて互いに相補的である、または互いに交差する、磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
2. 前記前方検出モード画像識別センサに対応する前記隣接する磁気抵抗センサ・チップが、前記ＰＣＢのおもて面において前記磁気抵抗センサ・チップの縁部に沿って、互いに千鳥状に配置される、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
3. 前記側方検出モード画像識別センサに対応する前記ＰＣＢ上の前記複数の磁気抵抗センサ・チップのそれぞれの一方の側が、前記ＰＣＢの前記おもて面から離れて上がり、他方の側が、前記隣接する磁気抵抗センサ・チップのそれぞれの一方の側と傾斜して積層する、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
4. 前記側方検出モード画像識別センサに対応する前記ＰＣＢ上の前記複数の磁気抵抗センサ・チップの前記隣接する磁気抵抗センサ・チップが、オンチップの千鳥状かつ積層状である、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
5. 永久磁石組立体を備え、前記前方検出モード画像識別センサの前記複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向が、前記走査方向に平行であり、前記側方検出モード画像識別センサの前記複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向が、前記磁気画像検出表面に垂直である、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
6. 前記永久磁石組立体が、前記ＰＣＢの両側にそれぞれ前記走査方向に沿って対称的に位置する同じ磁化方向の２つの永久磁石を備え、該磁化方向が、前記ＰＣＢの前記おもて面に垂直である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
7. 前記側方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が、前記ＰＣＢの前記おもて面の両側に対称的に置かれた２つの永久磁石を備え、その磁化方向は両方とも前記磁気画像検出表面に垂直であるが、該２つの永久磁石の該磁化方向は反対である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
8. 前記側方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が、前記ＰＣＢの前記おもて面の両側にそれぞれ位置する永久磁石と軟磁石とを備え、該永久磁石の磁化方向が、前記ＰＣＢの前記おもて面の方向に垂直であり、該軟磁石が、前記ＰＣＢの前記おもて面に平行である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
9. 前記側方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が、前記磁気画像検出表面に向かう開口部を有する、前記ＰＣＢの同じ側に位置する永久磁石およびＬ字型の軟磁石によって形成される構造を備え、該Ｌ字型の軟磁石が、該永久磁石と前記ＰＣＢの間に位置し、該永久磁石が、該Ｌ字型の軟磁石の底部上に位置し、その磁化方向が前記磁気画像検出表面に垂直であり、該Ｌ字型の軟磁石の側面が前記ＰＣＢに平行である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
10. 前記側方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が、前記磁気画像検出表面に向かう開口部を有する、永久磁石および２つの軟磁石によって形成される構造を備え、該永久磁石の磁化方向が前記ＰＣＢの前記おもて面に垂直であり、該永久磁石が前記ＰＣＢの底部に位置し、該２つの軟磁石が、前記ＰＣＢの前記おもて面の両側で該永久磁石の両端部に対称的に位置し、前記ＰＣＢに平行である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
11. 前記前方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が凹状永久磁石であり、溝が設けられている該凹状永久磁石の表面が、前記ＰＣＢの裏面に直接面しており、溝彫り方向が前記磁気画像検出表面に平行で前記磁気感知方向に垂直であり、該凹状永久磁石の磁化方向が前記ＰＣＢの方向に垂直である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
12. 前記前方検出モード画像識別センサに関して、前記永久磁石組立体が、前記ＰＣＢの裏面の裏面永久磁石と、前記走査方向に沿って前記ＰＣＢの両側に対称的に置かれた２つの側面永久磁石とを備え、該裏面永久磁石および該２つの側面永久磁石の磁化方向が、すべて前記磁気画像検出表面に垂直であり、該裏面永久磁石と該２つの側面永久磁石の磁化方向が反対である、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
13. 前記前方検出モード画像識別センサの前記複数の磁気抵抗センサ・チップの磁気感知方向が、前記磁気画像検出表面の方向に平行、または垂直であり、前記複数の磁気抵抗センサ・チップの前記磁気感知方向が前記磁気画像検出表面に平行であるとき、前記磁気感知方向は前記走査方向に平行、または垂直である、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
14. 前記磁気抵抗センサ・チップが、２行１列、３行１列、または２行２列にそれぞれ配置された２つ、３つ、または４つの磁気感知ユニットを備えるハーフブリッジ構造であり、該様々な磁気感知ユニットの磁気感知方向が同一であり、前記磁気抵抗式磁気センサ・チップが２つの磁気感知ユニットを備えるとき、該２つの磁気感知ユニットが同じ抵抗を有し、ハーフブリッジを直接形成し、前記磁気抵抗式磁気センサ・チップが３つの磁気感知ユニットを備えるとき、中央の行の該感知ユニットの抵抗が、両側の行の該２つの感知ユニットの抵抗の半分であり、該両側の行の該２つの感知ユニットは、並列に接続された後で、該中央の行の該感知ユニットとともにハーフブリッジ構造を形成し、前記磁気抵抗式磁気センサ・チップが４つの磁気感知ユニットを備えるとき、該４つの感知ユニットの抵抗は同じであり、同じ行の２つの磁気感知ユニットが並列に接続され、次いで該２つの行が直列に接続されて、ハーフブリッジ構造を形成し、前記側方検出モード画像識別センサでは、その列方向が前記磁気画像検出表面に垂直であり、パッケージング中には、該磁気感知ユニットが、前記磁気画像検出表面に近い前記チップの片側に位置し、前記前方検出モード画像識別センサでは、その列方向が前記走査方向に平行である、請求項１から１３のいずれかに記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
15. 前記磁気抵抗センサ・チップが、４つの磁気感知ユニットを備えるフルブリッジ構造であり、該様々な磁気感知ユニットの磁気感知方向が同一であり、該４つの磁気感知ユニットが２行２列に配置され、フルブリッジを形成する２つのハーフブリッジに含まれる２つの感知ユニットが、２行であるがそれぞれ別の列に位置し、前記側方検出モード画像識別センサでは、その列方向が前記磁気画像検出表面に垂直であり、パッケージング中には、該感知ユニットが、前記磁気画像検出表面に近い前記チップの片側に位置し、前記前方検出モード画像識別センサでは、その列方向が前記走査方向に平行である、請求項１から１３のいずれかに記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
16. 前記ハーフブリッジ構造の前記磁気抵抗センサ・チップが、複数の感知ユニットと一体化された単一の磁気抵抗センサ・チップである、または１つもしくは複数の感知ユニットと一体化された複数の磁気抵抗センサ・チップの別々の要素の相互接続された組合せである、請求項１４記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
17. 前記フルブリッジ構造の前記磁気抵抗センサ・チップが、複数の感知ユニットと一体化された単一の磁気抵抗センサ・チップである、または１つもしくは複数の感知ユニットと一体化された複数の磁気抵抗センサ・チップの別々の要素の相互接続された組合せである、請求項１５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
18. 前記磁気抵抗センサ・チップが、ワイヤボンディングのために、前記磁気抵抗センサ・チップのおもて面ボンディングパッドを採用した、または裏面ボンディングパッドを介するＴＳＶを採用したパッケージング構造である、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
19. 前記ＰＣＢおよび前記複数の磁気抵抗センサ・チップが置かれるハウジングをさらに備え、前記永久磁石組立体の一部分または全体が該ハウジング内に置かれる、または全体が該ハウジングの外側に位置する、請求項５記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
20. 前記磁気抵抗式磁気センサ・チップの前記磁気感知ユニットが、ＡＭＲ、Ｈａｌｌ、ＧＭＲ、またはＴＭＲタイプの磁気抵抗センサのうちの１つである、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。
21. 前記側方検出モード画像識別センサに対応する前記磁気抵抗センサ・チップの各側面が、前記ＰＣＢの側面と同一平面上にある、または前記磁気画像検出表面に平行である、請求項１記載の磁気画像を識別するための磁気抵抗式磁気イメージング・センサ。

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