JP3603406B2

JP3603406B2 - 磁気検出センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3603406B2
Application number: JP23300995A
Authority: JP
Inventors: 牧野　　泰明; 一朗伊澤; 進畔柳; 良浩加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JPH0979865A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検出対象の運動を磁気抵抗素子（以下、ＭＲＥという）による抵抗変化により検出するようにした磁気検出センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来例としての磁気検出装置を示す斜視図である。図１１において、歯車状の磁性体ロータ３１から一定間隔をおいた所定位置には磁気検出センサ３２が対向配置されている。磁気検出センサ３２は、ＭＲＥ（ＩＣチップ）を内部にモールドしたモールドＩＣ（モールドパッケージ）３３を有し、そのモールドＩＣ３３は、円柱状のバイアス磁石３４に形成された貫通孔３５内に配置されている。かかる場合、磁性体ロータ３１の回転に伴いバイアス磁石３４による磁気ベクトルの向きが変わり、それによりモールドＩＣ３３内のＭＲＥの抵抗値が変化する。そして、この抵抗値変化により磁性体ロータ３１の回転状態が検出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術の場合、以下に示す問題を生ずる。つまり、上記構成では、モールドＩＣ３３の周囲を完全に囲むようにバイアス磁石３４が配設されるため、センサとして使用する場合に大型化を招くという問題があった。また、モールドＩＣ３３とバイアス磁石３４とを正確に位置決めしないと最適な検出結果が得られず、その組み付け作業時の煩雑化を招くことがあった。
【０００４】
この発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、小型化を図りつつ、組み付けを容易に行うことができる磁気検出センサおよびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検出対象の運動を抵抗変化により検出する磁気抵抗素子をリードフレーム上に設け、該磁気抵抗素子を前記リードフレームと共に絶縁性樹脂材からなるモールドパッケージで封入した磁気検出センサにおいて、前記モールドパッケージの外表面の所定面をバイアス磁石の固着面とすると共に、この面に形成した位置決め部を用いてバイアス磁石を配置したことを要旨としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、被検出対象の運動を抵抗変化により検出する磁気抵抗素子をリードフレーム上に設け、該磁気抵抗素子を前記リードフレームと共に絶縁性樹脂材からなるモールドパッケージで封入した磁気検出センサの製造方法において、前記リードフレーム上にバイアス磁石を載置し、該バイアス磁石をモールドパッケージ内に封入するにあたり、前記バイアス磁石を着磁なしの状態でリードフレームに組み付け、その後で磁化することを要旨としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記バイアス磁石を希土類磁石により構成している。
（作用）
請求項１に記載の構成によれば、バイアス磁石をモールドパッケージの外表面の所定面に固着したため、モールドパッケージの周囲を円柱状のバイアス磁石で囲って構成した従来例と比較して、大幅な小型化が可能となる。また、バイアス磁石は、位置決め部を用いて所定位置に固着されるため、組み付け時における作業が容易となる。さらに、同磁石の位置ズレが防止され、バイアス磁石により得られる磁界の最適化が可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の構成によれば、バイアス磁石はモールドパッケージ内に封入されることで、所定位置に位置決めされる。かかる場合、上記請求項１と同様に、センサの小型化、組み付けの容易化、バイアス磁界の最適化が実現できる。
【０００９】
請求項３に記載の構成によれば、例えばネオジウム（Ｎｄ）磁石等の希土類磁石を用いることで、比較的小型であっても優れた磁気特性を発揮でき、センサのさらなる小型化に貢献できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における磁気検出装置を示す断面図であり、図２は磁気検出装置の斜視図である。図１，２において、磁気検出装置は、歯車状の磁性体ロータ（被検出対象）１と磁気検出センサ２とから構成されている。磁性体ロータ１は図示しない回転体に連結され、磁気検出センサ２は磁性体ロータ１の図示右方にて同ロータ１から一定間隔をおいて対向配置されている。
【００１２】
磁気検出センサ２は、センサ素子（ＩＣチップ）３を内部にモールドしたモールドＩＣ（モールドパッケージ）４を備える。詳しくは、モールドＩＣ４内において、銅製のリードフレーム５には、ＭＲＥを含むセンサ素子３がマウントされており、センサ素子３とリードフレーム５とはボンディングワイヤ６にて接続されている。センサ素子３及びリードフレーム５は、絶縁性の樹脂材（本実施形態では、エポキシ系樹脂）としてのモールド材７にてモールドされている。
【００１３】
モールドＩＣ４の図示上面には、位置決め部としての平面四角形状の凹部８が形成されており、その凹部８には、磁性体ロータ１に向けてバイアス磁界を発生させるための永久磁石（バイアス磁石）１０が接着剤９により固定されている。モールドＩＣ４の図示上面はバイアス磁石の固着面に相当する。本実施形態では永久磁石１０として、希土類磁石であるネオジウム（Ｎｄ）の焼結磁石を用いており、同磁石は比較的小型で且つ優れた磁気特性を有する。凹部８は、前記磁性体ロータ１に対して永久磁石１０による最適な磁界が得られるような位置に形成されている。
【００１４】
また、図２において、「Ｗ１」，「Ｌ１」，「Ｗ２」，「Ｌ２」，「Ｔ２」は、磁気検出センサ２の主要部（モールドＩＣ４，永久磁石１０）における寸法を示し、本実施形態では、Ｗ１＝１０ｍｍ，Ｌ１＝１４ｍｍ，Ｗ２＝４．５ｍｍ，Ｌ２＝６．２ｍｍ，Ｔ２＝２ｍｍとなっている。
【００１５】
一方、図３に示すように、センサ素子３はＩＣチップ内に２つのＭＲＥ１１，１２を備えており、このＭＲＥ１１，１２は、永久磁石１０の磁界方向と同一平面内の磁界方向（図３でＷで示す）に対しそれぞれプラス・マイナス４５度の角度で一対配置されている。
【００１６】
ここで、磁気の検出原理を説明する。
磁性体ロータ１が回転すると、ロータ１〜ＭＲＥ１１，１２〜永久磁石１０の磁気回路内にて、磁性体ロータ１の歯（凸部）に引かれた磁気ベクトルが振れる。すると、図４に示すように、この磁気ベクトルの方向変化を受けてＭＲＥ１１，１２の抵抗値が変化する。このとき、一対のＭＲＥ１１，１２の抵抗変化はそれぞれ逆相に働く。この抵抗変化を同一チップ内に形成された処理回路１３（図３参照）が波形整形し、磁性体ロータ１の回転に応じたパルス数（＝歯数）を出力する。
【００１７】
また、ＭＲＥ１１，１２が上記の如く配置される場合、図５，６，７に示すように、ＭＲＥ１１，１２上にて受ける磁気ベクトルをＢｘとＢｙ方向成分に分けて考察する。なお、Ｂｘは電流方向に平行な磁気ベクトルであり、Ｂｙは電流方向に垂直な磁気ベクトルである。かかる場合、飽和領域における抵抗値をそれぞれＲｘ，Ｒｙとすれば、図８中のＭＲＥ１１，１２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２は、次のようになる。なお、磁気ベクトル（Ｂベクトル）の振れ角をδとする。
【００１８】

故に、抵抗値Ｒ１，Ｒ２の差ΔＲは、
ΔＲ＝Ｒ１−Ｒ２＝（Ｒｘ−Ｒｙ）ｓｉｎ２δ
となる。
【００１９】
ここで、磁気回路を考える場合、磁気ベクトル（Ｂベクトル）の振れ角δを、−４５°＜δ＜４５°の範囲内にて最大振れ角δｍａｘをとるように設計をすれば、ＭＲＥ１１，１２の感度（抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（Ｒ＝Ｒ１＝Ｒ２）が向上する。
【００２０】
このように本実施形態では、磁性体ロータ１に向けて永久磁石１０（バイアス磁石）を設けると共に、バイアス磁界とでなす角度が略４５度となるようにＭＲＥ１１，１２を配置した。そして、磁性体ロータ１の運動に対応したバイアス磁界の状態変化をＭＲＥ１１，１２の抵抗変化により検出するようにした。かかる場合、ＭＲＥ１１，１２の感度低下を極力抑えた上で出力波形の波形割れが防止される。
【００２１】
そして、本実施形態によれば、以下に示す特有の効果が得られる。つまり、本実施形態の磁気検出センサ２では、永久磁石１０をモールドＩＣ４の一面に載置した状態に構成したため、円環状の永久磁石を用いた従来例（図１１参照）に比較して、センサの小型化を実現することができる。このとき、従来例では一般に永久磁石としてフェライト磁石が用いられるが、本実施形態ではネオジウム（Ｎｄ）磁石を用いたため、比較的小型の磁石でも従来例と同等のバイアス磁界（２００ガウス以上）を得ることができる。
【００２２】
また、モールドＩＣ４に凹部８を形成し、当該凹部８に永久磁石１０を固着したため、永久磁石１０の位置決めを容易に行うことができる（組み付け作業が容易になる）。さらに、永久磁石１０の位置ズレを解消することができるため、同磁石１０による安定したバイアス磁界を維持することができ、磁気検出センサ２と磁性体ロータ１との間のエアギャップを縮小化して高い検出感度を得ることも可能になる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の磁気検出センサ２１について図９を用いて説明する。なお、図９（ａ）は磁気検出センサ２１の内部構造を側面から見た図に相当し、図９（ｂ）は上面から見た図に相当する。
【００２４】
図９において、磁気検出センサ２１は、ＭＲＥを含むセンサ素子２２を内部にモールドしたモールドＩＣ２３を備える。つまり、モールドＩＣ２３内において、銅製のリードフレーム２４にはセンサ素子（ＭＲＥ）２２がマウントされており、センサ素子２２とリードフレーム２４とはボンディングワイヤ２５にて接続されている。
【００２５】
また、リードフレーム２４において、ＭＲＥマウント面の裏面（図では上面）には、磁性体ロータ（図示しない）に向けてバイアス磁界を発生させるための永久磁石２６が固着されている。この永久磁石２６としては、上記第１の実施形態と同様に、比較的小型で且つ磁気特性に優れたネオジウム（Ｎｄ）の焼結磁石を用いているのが好ましく、同磁石２６の固着位置は、磁性体ロータに対して最適な磁界が発生できるよう設定されている。
【００２６】
また、リードフレーム２４上には、前記センサ素子２２や永久磁石２６他に例えばチップコンデンサ２７がマウントされている。そして、センサ素子２２、永久磁石２６、チップコンデンサ２７及びリードフレーム２４は、絶縁性の樹脂材（本実施形態では、エポキシ系樹脂）としてのモールド材２８にてモールドされている。
【００２７】
なお、センサ素子２２には、上記第１の実施形態と同様に、永久磁石２６が発生する磁気ベクトルに対して４５度傾けた一対のＭＲＥを有する磁気回路が構成されている。
【００２８】
そして上記構成の磁気検出センサ２１によれば、上記第１に実施形態と同様に、センサの小型化を実現することができる。また、永久磁石２６の組み付けを容易に行うことができる。さらに、永久磁石２６の位置ズレを解消することができるため、同磁石２６による安定したバイアス磁界を維持することができ、磁気検出センサ２１と磁性体ロータとの間のエアギャップを縮小化して高い検出感度を得ることも可能になる。
【００２９】
なお本発明は、上記各実施形態の他に以下の如く具体化することもできる。
（１）第１の実施形態（図１）の変形例として、磁気検出センサ２を図１０のように構成してもよい。つまり、図１０において、モールドＩＣ４の図示上面には、位置決め部としての断面矩形状の突部２９が左右一対で設けられており、その突部２９の間に永久磁石１０が固着されている。図示はしないが、この突部２９は永久磁石１０の周囲を囲むように、四方に設けてもよい。また、突部２９の形状は断面三角状にする等、図示の形状に限定されるものではない。
【００３０】
（２）上記第１の実施形態の他の形態として、永久磁石１０の底面（固着面）に突起（又は凹部）を形成し、モールドＩＣ４の固着面（図１の上面）には前記永久磁石１０の突起（又は凹部）に係合する形状の位置決め部を形成するようにしてもよい。
【００３１】
（３）上記各実施形態では、小型で且つ磁気特性に優れた永久磁石としてネオジウム磁石を用いたが、同様の性能を有する希土類−コバルト磁石等、他の希土類磁石を用いてもよい。
【００３２】
（４）組み立て時のハンドリングを容易にするため、磁石を着磁なしの状態でモ−ルドパッケージやリードフレームに組み付け、その後で磁化（着磁）するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１〜３に記載の発明によれば、小型化を図りつつ、組み付けを容易に行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における磁気検出装置の構成を示す断面図。
【図２】第１の実施形態における磁気検出装置を示す斜視図。
【図３】センサ素子の正面図。
【図４】信号処理を示すタイムチャート。
【図５】ＭＲＥの方向性を示す斜視図。
【図６】ＭＲＥの方向性を示す側面図。
【図７】ＭＲＥの抵抗値を示すグラフ。
【図８】ＭＲＥに加わる磁気ベクトルの方向を示す斜視図。
【図９】第２の実施形態における磁気検出センサを示す図。
【図１０】他の実施形態の磁気検出センサを示す構成図。
【図１１】従来の技術における磁気検出装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１…被検出対象としての磁性体ロータ、２…磁気検出センサ、４…モールドパッケージとしてのモールドＩＣ、５…リードフレーム、８…位置決め部としての凹部、１０…バイアス磁石としての永久磁石、１１，１２…ＭＲＥ（磁気抵抗素子）、２１…磁気検出センサ、２２…ＭＲＥ（磁気抵抗素子）を含むセンサ素子、２３…モールドパッケージとしてのモールドＩＣ、２４…リードフレーム、２６…バイアス磁石としての永久磁石、２９…位置決め部としての突部。

Claims

被検出対象の運動を抵抗変化により検出する磁気抵抗素子をリードフレーム上に設け、該磁気抵抗素子を前記リードフレームと共に絶縁性樹脂材からなるモールドパッケージで封入した磁気検出センサにおいて、
前記モールドパッケージの外表面の所定面をバイアス磁石の固着面とすると共に、この面に形成した位置決め部を用いてバイアス磁石を配置したことを特徴とする磁気検出センサ。
被検出対象の運動を抵抗変化により検出する磁気抵抗素子をリードフレームに設け、該磁気抵抗素子を前記リードフレームと共に絶縁性樹脂材からなるモールドパッケージで封入した磁気検出センサの製造方法において、
前記リードフレームにバイアス磁石を載置し、該バイアス磁石をモールドパッケージ内に封入するにあたり、前記バイアス磁石を着磁なしの状態でリードフレームに組み付け、その後で磁化することを特徴とする磁気検出センサの製造方法。
前記バイアス磁石は、希土類磁石である請求項１に記載の磁気検出センサ又は請求項２に記載の磁気検出センサの製造方法。