JP4754985B2

JP4754985B2 - 磁気センサモジュール

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Publication number: JP4754985B2
Application number: JP2006041340A
Authority: JP
Inventors: 広将後藤; 一郎柴崎
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007218799A

Description

本発明は、磁気センサモジュールに関し、より詳細には、磁気エンコーダー用の磁気センサモジュールであって、磁気センサを構成する半導体磁気抵抗素子と、磁気センサを収納する外部ケースとの位置決めを行なうようにしてアジマスずれを無くすようにした磁気センサモジュールに関する。

従来から感知部を形成する半導体磁気抵抗素子を備えたチップを樹脂封止した半導体パッケージの裏面に接着剤で磁石を取り付けた磁気センサモジュールは知られている。

図１４は、磁気エンコーダーに用いられる従来の半導体磁気抵抗素子の断面図である。この半導体磁気抵抗素子は、外部ケース１８内に、リードフレームの台座２上にダイボンドされ、かつリードフレームの足３に金ワイヤー４でワイヤボンドされた半導体磁気抵抗素子チップ１を充填樹脂１９により樹脂成形し、かつリードフレームの足３を折り曲げた構造を成す半導体磁気抵抗素子８の裏面側にはバイアス磁石９が配置され、さらにこのバイアス磁石９とリードフレームの足３を固定化するための磁石ケース１１により構成された構造を備えている。

図１５は、磁気エンコーダーに用いられる従来の他の半導体磁気抵抗素子の斜視図である。半導体磁気抵抗素子チップを樹脂成形した半導体磁気抵抗素子８の出力端子を、ハンダ付けによりプリント基板１３に実装して出力ピン１０と接続配線１２により電気的に接続させ、さらに半導体磁気抵抗素子８の裏面側にバイアス磁石９と磁石ケース１１を配置した構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。

これら半導体磁気抵抗素子は、磁気エンコーダーに用いられ、この半導体磁気抵抗素子の感磁面の垂直位置空間に配置された歯車が回転する際に、歯車の凹凸に応じて半導体磁気抵抗素子に直交する磁束密度に変化が生じることにより正弦波出力を得ることができるようにしたものである。

磁気エンコーダーにおける一般的な出力波形は、正弦波となるＡ相と、９０°位相をずらしたＢ相と、３６０°で１歯を検出するＺ相といったように数種の信号を同時に出力することが必要となる。磁気エンコーダーとして使用するためには、各出力の位相差を厳密に制御することが重要となるが、通常、Ａ相とＢ相のみを使用する磁気エンコーダーの場合は、Ａ相とＢ相を単一の半導体磁気抵抗素子チップとして作製することが出来るため、リードフレーム上に半導体磁気抵抗素子チップを実装する際も１つの半導体磁気抵抗素子チップとリードフレームとのθ方向（アジマス）ずれを小さくするように実装すれば、Ａ相とＢ相の各々の位置ずれが起こることは無く、各出力の位相ずれは、半導体磁気抵抗素子の設計段階でほぼ決定することができる。

一方、Ａ／Ｂ相とＺ相を有する磁気エンコーダーでは、Ａ／Ｂ相とＺ相の異なる半導体磁気抵抗素子チップを別々にリードフレーム上あるいはプリント基板上に形成する必要があるが、この場合では上述した各々の半導体磁気抵抗素子チップのθ方向（アジマス）ずれが無いように実装することが必要であることは言うまでも無く、さらにＡ／Ｂ相の半導体磁気抵抗素子チップとＺ相の半導体磁気抵抗素子チップの歯車回転方向の実装ずれが無いように配置することも重要となる。

特開２００５−３３７８６６号公報

通常、この種の半導体磁気抵抗素子は、外部ケースに挿入された状態で使用されている。外部ケース全体をアルミダイキャスト、ステンレスや真鍮などの非磁性の材料で作製したものや、半導体磁気抵抗素子と接する部分のみ非磁性の金属材料（ＣＡＮキャップ）とし、他の部位はインジェクション成形技術などを用いて樹脂で作製したものが用いられている。

これらの外部ケースに半導体磁気抵抗素子を実装する場合、外部ケースとの位置合わせには、図１４においては磁石ケースをガイドとして用いたり、図１５においてはプリント基板の縁を外部ケースの内形状と合わせて加工するなどして、半導体磁気抵抗素子のアジマスを揃えていた。

このアジマスずれを発生する要因としては、１）半導体磁気抵抗素子の実装ずれ（リードフレーム上に半導体磁気抵抗素子チップをダイボンディングする際の実装ずれ、半導体磁気抵抗素子をプリント基板等の基材上にハンダ付けにより実装する際の実装ずれなど）、２）歯車と外部ケースとの位置ずれ、３）外部ケースと半導体磁気抵抗素子との位置ずれといった点が挙げられる。

上述した要因の１）については、ダイボンディング装置や実装装置等の装置性能によって規定される。２）は外部ケースを取り付ける台座と歯車との位置関係により決まる要素である。このように、１）と２）では、半導体磁気抵抗素子の実装位置ずれの改善は一義的に決まるものである。これに対して、３）は上述したような外部ケースに半導体磁気抵抗素子を実装する際に、磁石ケースやプリント基板などをガイドとして用いた場合に、半導体磁気抵抗素子と磁石ケース間、半導体磁気抵抗素子とプリント基板間の組立て精度や外部ケースに実装する際のずれにより位置ずれが発生する。

この半導体磁気抵抗素子の実装ずれは、図１６に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向の位置ずれとθ方向のアジマスずれが想定されるが、Ｘ方向、Ｙ方向の位置ずれは、２）のように外部ケースを基材に取り付ける際に調整することで一方向の位置合わせは可能となるが、もう一方向の位置合わせは出来ない。さらに、θ方向のアジマスずれは調整が出来ないという問題があった。

Ｘ方向あるいはＹ方向の実装位置がずれた場合、Ａ／Ｂ相とＺ相の出力振幅に差が生じるか、出力波形に歪みを生じるかなどの問題が発生する。θ方向のアジマスずれがある場合には、Ａ相／Ｚ相間の位相ずれ、Ｂ相／Ｚ相間の（９０°＋位相ずれ）が発生するという問題があった。

このように従来の作製方法では、外部ケースと半導体磁気抵抗素子との位置合わせは、磁石ケースやプリント基板などの半導体磁気抵抗素子に付属する部位を用いて位置合わせを行なっていたため、半導体磁気抵抗素子の実装ずれやアジマスずれは、磁石ケースへの取り付け方や、プリント基板への半導体磁気抵抗素子の実装方法により影響を受けてしまうといった問題があった。

さらに、従来の作製方法では、プリント基板のような基材、接続端子用ピン、磁石収納ケースなど多くの部品を必要とすることや、半導体磁気抵抗素子として組み上げる際の工数も多くなり、多大な半導体磁気抵抗素子の作製費用を費やさなければならないといった問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、外部ケースへ半導体磁気抵抗素子を実装する際の位置精度を格段に高め、かつ構成する部品点数の削減、工数を激減させることが可能な構造を有する磁気センサモジュールを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数の半導体磁気抵抗素子チップが、リードフレーム上にダイボンドされているとともにワイヤボンドされており、前記半導体磁気抵抗素子チップ及び前記リードフレームが、該リードフレームの裏面に磁石挿入用穴を形成するように封止樹脂で一体成形され、該封止樹脂の外周部に複数の溝からなるアジマス位置合わせ部を設け、前記一体成形された形状は、外周部が円形部と直線部とを併せ持った形状である半導体磁気抵抗素子と、前記アジマス位置合わせ部と嵌め合わされる突起からなる複数の嵌合部を有する円形の外部ケースとを備え、
前記半導体磁気抵抗素子と、前記外部ケースとの位置決めを行なうようにしてアジマスずれを無くすようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外部ケースに前記半導体磁気抵抗素子を挿入する挿入穴を設け、該挿入穴の周縁部に前記嵌合部を設けて、前記アジマス位置合わせ部に前記嵌合部を嵌め合わせることにより、前記半導体磁気抵抗素子チップと前記外部ケースとの位置決めを行なうことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記外部ケースに挿入された前記半導体磁気抵抗素子の感磁面の前面で、かつ前記挿入穴の前面に非磁性金属部材を設けたことを特徴とする。

このように本発明者らは、上述した本発明の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、Ａ／Ｂ相とＺ相を有する半導体磁気抵抗素子において、Ａ相とＺ相、Ｂ相とＺ相との位相ずれを無くし、従来に無い高精度な磁気エンコーダーを達成することができる半導体磁気抵抗素子を完成して本発明をなすに至った。

本発明の半導体磁気抵抗素子は、リードフレーム上にダイボンディング装置を用いて２個以上の半導体磁気抵抗素子チップを実装し、樹脂モールドする際も磁石ケースを一体成形することと、樹脂成形された外周部が円周部と突起或いは切り欠けを有することで、円形の外部ケースとの位置合わせ精度を格段に向上させることが可能となる。

また、外部ケース内の部品は、本発明による半導体磁気抵抗素子と磁石、充填樹脂のみとなり、部品点数の格段の減少を実現できることから工数の低減とコスト削減を達成できる。さらに、半導体磁気抵抗素子チップの実装位置精度の向上に配慮する必要がなくなるため、製品の歩留り向上も達成できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の半導体磁気抵抗素子の実施形態（実施例１）を示す上面図で、図２は、図１に示した半導体磁気抵抗素子の底面図、図３は、リードフレーム上に半導体磁気抵抗素子チップを実装し、ワイヤーボンディングを施した状態を示す斜視図、図４は、本発明の半導体磁気抵抗素子の上部斜め方向から見た斜視図、図５は、図４に示した本発明の半導体磁気抵抗素子を下部斜め方向から見た斜視図である。

図中符号２１は半導体磁気抵抗素子チップ、２２はリードフレームの台座、２３はリードフレームの足、２４は金ワイヤー、２５は封止樹脂、２６は磁石挿入用穴、２７はアジマス位置合わせ用溝を示している。

本発明の半導体磁気抵抗素子は、リードフレームの台座２２上に半導体磁気抵抗素子チップ２１がダイボンドされ、この半導体磁気抵抗素子チップ２１とリードフレームの足２３とが金ワイヤー２４でワイヤボンドされ、封止樹脂２５により樹脂成形されている。リードフレームの足２３を折り曲げた構造を有する半導体磁気抵抗素子の裏面側には、バイアス磁石を挿入する磁石挿入用穴２６が設けられている。また、封止樹脂２５の外周部には複数のアジマス位置合わせ用溝２７が設けられている。このアジマス位置合わせ用溝２７は、後述する外部ケースに設けられている突起と嵌め合わされる切り欠きを構成している。

つまり、複数の半導体磁気抵抗素子チップ２１は、リードフレームの台座２２にダイボンドされているとともに、リードフレームの足２３にワイヤボンドされており、磁気抵抗素子チップ２１及びリードフレーム２２,２３が、そのリードフレーム２２,２３の裏面に磁石挿入用穴２６を形成するように封止樹脂２５で一体成形され、この封止樹脂２５にアジマス位置合わせ用溝２７が設けられている。

図６は、本発明の半導体磁気抵抗素子を収納する外部ケースを前方から見たときの斜視図で、図７は、図６に示した外部ケースを後方から見たときの斜視図である。この半導体磁気抵抗素子と外部ケースとにより本発明の磁気センサモジュールを構成している。図中符号３８は外部ケース、４０は感磁面上金属部、４１は突起、４２は基材取付け用ネジ穴、４３は磁気抵抗素子挿入穴を示している。

本発明における外部ケース３８の材質は、外部ケース３８全体をアルミダイキャスト、真鍮、ステンレスなどの非磁性の金属材料を用いて形成しても良く、半導体磁気抵抗素子の感磁面の前面にある部分のみ非磁性材料で形成し、他の部分は樹脂などで形成した構造でも良い。また、半導体磁気抵抗素子の感磁面上に接する金属部分の厚さは、半導体磁気抵抗素子チップの感磁面と歯車との距離をできるだけ短くするために０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、感磁面上の非磁性金属（感磁面上金属部）４０の形状は、円形とすることが最も好ましいが、円形と直線部分を持つ俵型としても良い。また、この感磁面上金属部４０の内壁側には、半導体磁気抵抗素子の外周部に形成されたアジマス位置合わせ用溝（切り欠き）２７（あるいは突起）と合致するような、突起４１（あるいは切り欠き）が設けられている。

本発明における半導体磁気抵抗素子の外観形状は、樹脂モールドされた外周部が円形状あるいは円形部と直線部を併せ持った形状とし、かつ外部ケース３８の感磁面上金属部４０の形状と揃える形状とすることで、実装ずれを最も小さくすることが可能となる。また、本発明での外周部の一部の部位には、位置合わせ用の凹形状に加工された窪み、もしくは凸形状に加工された突起を有していてもよい。この突起あるいは窪みの形状は、直径１０ｍｍ以下の半円とするのが良い。この突起あるいは窪みのサイズは、外部ケース３８の窪みあるいは突起のサイズとほぼ同様のサイズとすることで、半導体磁気抵抗素子を外部ケース３８に挿入したり、他の固定用部品と接続させる際のアジマスずれを低減させたり、磁気エンコーダーを作製する際の作業の容易さと工数の低減には非常に重要となる。

また、半導体磁気抵抗素子チップ上の円形状の樹脂を２段形状とすることで、外部ケース３８を半導体磁気抵抗素子に被せる場合に、リードフレームの足２３と外部ケース３８との距離を遠ざけ両者の接触を防ぐ効果や、外部ケース３８の非磁性金属カバーの曲率が大きい場合に半導体磁気抵抗素子の端部が当たり、外部ケース３８と半導体磁気抵抗素子表面間に空隙が発生することを防ぐ効果がある。

本発明における半導体磁気抵抗素子に使用するリードフレーム２２,２３の材質は、非磁性であればどのような金属を用いても良いが、銅あるいは銅合金を用いることが一般的に行なわれている。無酸素銅のような純銅や、リン青銅、鉛銅、ジルコニウム銅などを用いても良いが曲げに対して破断が発生しにくい材料を用いることが好ましい。

上述したように、図３には、リードフレーム上に半導体磁気抵抗素子チップを実装し、ワイヤーボンディングを施した状態、つまり、本発明の範疇に含まれるリードフレームの台座２２に半導体磁気抵抗素子チップをダイボンディングして、電極パッドを金ワイヤー２４により電気的に接続した状態を示しているが、この図３を用いてリードフレームの足２３の板厚については以下に説明する。

金ワイヤー２４を接続するリードフレームの足２３となる部位の板厚Ａは、リードフレームの足２３を折り曲げて使用するために０．２ｍｍ以上とすることが好ましく、半導体磁気抵抗素子チップ２１をダイボンディングする部位Ｂは、バイアス磁石との距離を極力短くし、より強い磁束密度が半導体磁気抵抗素子の感磁面に垂直に作用するように０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、半導体磁気抵抗素子チップ２１を実装するリードフレームの台座２２は、半導体磁気抵抗素子チップ２１の電極パッドと電気的に接続されることは無く、リードフレームの台座２２以外に半導体磁気抵抗素子チップ２１の電極パッド数と同数以上のリードフレームの足２３を有している。

本発明における半導体磁気抵抗素子の封止樹脂２５は、エポキシ系、ビフェニル系、フェノール系、レジン系等を用いることが出来るが、周囲温度変化に対して膨張収縮率の小さい樹脂を用いることで、周囲温度の急激な変化による樹脂割れの問題やリードフレーム２２,２３との剥離を低減できる。また、半導体磁気抵抗素子チップ２１の表面の感磁部に与える歪の影響が少なくなるため、周囲温度変化による素子特性変動を小さく出来るというメリットもある。成型する際の樹脂厚については、歯車とチップ感磁面との距離を短くすることで半導体磁気抵抗素子からのより大きな出力振幅を得ることができるために、半導体磁気抵抗素子チップ２１の表面上の樹脂厚は、０．５ｍｍ以下とすることが良い。さらに、バイアス磁石を歯車に近づけることによっても半導体磁気抵抗素子の出力振幅を増加させることができるため、半導体磁気抵抗素子チップ２１が載っているリードフレームの台座２２の裏面側の樹脂厚は、０．２ｍｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは、裏面側に樹脂が無くリードフレームの台座２２が剥き出しとなっている状態が良い。

また、半導体磁気抵抗素子の上面から見たモールド樹脂の形状が円形であり、円形のモールド樹脂の周縁部にはリードフレームの台座２２を支えているタイバーが半導体磁気抵抗素子の金属製カバーや周辺の電気配線に接続に接続する可能性がある場合には、モールド樹脂端のタイバー部分に１箇所あるいは数箇所の切り欠けを有することもあるが、切り欠けの深さは、タイバーの金属部分が周囲の金属部分に接触しない程度に窪んでいれば良い。

本発明の半導体磁気抵抗素子で使用するバイアス磁石は、ＳｍＣｏ系、ＮｅＦｅＢ系やフェライト系のいずれかの磁石を用いることができるが、残留磁束密度が０．２テスラ以上の磁石を用いることで、半導体磁気抵抗素子の磁気抵抗変化量は、化合物半導体薄膜の電子移動度μに比例して大きくなるので、大きな出力を得ることができるために好ましい。

本発明における半導体磁気抵抗素子チップ２１を形成する基板としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂといった半導体基板を用いることが好ましいが、感磁部となる薄膜を堆積することができるものであればどのような基板を用いても良い。感磁部を形成する薄膜は単結晶でも他結晶でもアモルファスのいずれの状態であっても使用することができるが、より高感度な磁気センサを実現するためには、単結晶である半導体薄膜を用いることが好ましい。半導体薄膜の材料としては、電子移動度の高いＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓといったものが好ましいが、特に、ＩｎＳｂは半導体の中で最も電子移動度が高く、磁気センサの大きな出力を得ることができることから好ましい材料であるといえる。また、上述した以外でもＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓといった３元混晶やＩｎＧａＡｓＳｂといった４元混晶としても良い。さらに、半導体磁気抵抗素子の素子抵抗の周囲温度変化に対する変動をより少なくするために、感磁部となる半導体薄膜中に不純物を混入させても良い。一般的にはドナー性不純物を添加することが好ましいためＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ、Ｃといった材料を用いることができる。このドナー性不純物を添加することで、上述した素子抵抗の温度特性を改善することに加えて半導体磁気抵抗素子の中点電位オフセットの温度特性を改善する効果も期待できる。

以下、本発明の具体的な各実施例について説明する。

図１乃至図５は、本発明における半導体磁気抵抗素子の実施例１を示す図である。この実施例１において、半導体磁気抵抗素子チップ２１を実装しているリードフレームの台座２２の厚さは０．１５ｍｍで、リードフレームの足２３の厚さは０．５０ｍｍとしている。リードフレームの足２３と周囲の金属部分との接触を防ぐためにリードフレームの足２３と接触する樹脂の部分に線状の切り欠けを設け、リードフレームの足２３の曲げを実施した際に樹脂の端部で折り曲げるためにリードフレームの足２３が樹脂の内側に入り、金属キャップなどの周囲の金属部分に接触した際の短絡を防止することができる。リードフレームの台座２２の裏面側は、樹脂が無くリードフレームの台座２２が剥き出しの状態とした。

以下に本発明における半導体磁気抵抗素子の作製方法を説明するが、この作製方法に限ったものではない。半導体磁気抵抗素子チップ２１の作製は、半絶縁ＧａＡｓ基板にＩｎＳｂ薄膜を形成したものを用いている。素子作製手順は、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、ＩｎＳｂ薄膜を短冊型に形成する工程、短絡電極と引き回し電極作製工程、保護膜形成工程等を実施した。その後、通常のダイシングを施して、半導体磁気抵抗素子チップ２１の形状に切り分け、本発明の半導体磁気抵抗素子チップ２１を完成させた。

本実施例１においてＡ相／Ｂ相のピッチは、ＪＩＳ規Ｂ１７０１−１円筒歯車インボリユート歯車ｐ＝０．８πの歯車ピッチに合わせて設計されている。

半導体磁気抵抗素子チップ２１のリードフレームの台座２２への実装は、市販の自動ダイボンディング装置（カタログ上の実装位置精度：±３０μｍ）を用いて行い、市販の自動ワイヤーボンディング装置を用いて半導体磁気抵抗素子チップ２１の電極パッドとリードフレームの足２３とを接続した。接続に用いたＡｕワイヤー２４は、３０μｍΦでワイヤーのループ高さは９０μｍであった。半導体磁気抵抗素子チップ２１を実装したリードフレームの台座２２を金型にセットして樹脂を注入して成型を完成させた。成型後、リードフレームのツリピンとタイバーをカットし、リードフレームと切り離した後にフォーミング用金型を用いてリードフレームの足２３を９０°に折り曲げて半導体磁気抵抗素子を完成させた。

完成した半導体磁気抵抗素子の磁石挿入用穴２６にＳｍＣｏ系磁石を挿入し、裏面側をエポキシ樹脂にて封止した。さらに、図６及び図７に示した外部ケース３８の突起４１に半導体磁気抵抗素子のアジマス位置合わせ用溝２７を、嵌合させ挿入して磁気センサモジュールを完成させた。

上記規格の歯車を回転させた状態で半導体磁気抵抗素子の出力特性を測定した。歯車と外部ケースのＣＡＮ表面との空隙は０．３ｍｍとした（歯車と半導体磁気抵抗素子の感磁面との距離は０．６ｍｍとしている）。半導体磁気抵抗素子に５Ｖの電圧を印加した状態の出力信号をデジタルオシロスコープで測定した結果、Ａ相とＢ相の位相ずれは８３．９°、Ａ相とＺ相との位相ずれは０．５°であった。

Ａ相とＢ相の位相ずれは、本来９０°となるように設計されているが、歯車の曲率のため８３．９°となっている。曲率∞の歯車を使用すれば位相差は９０°となる。

（比較例１）
図１５に示すように樹脂モールドした半導体磁気抵抗素子８をプリント基板１３上に半田付けし、さらにこのプリント基板１３と端子ピン１０を差込みハンダ付けにより形成した。ＳｍＣｏ系磁石を挿入した磁石ケースをプリント基板１３の裏面側に取り付けて半導体磁気抵抗素子を完成させた。完成した半導体磁気抵抗素子に厚さ０．１ｍｍのステンレス製ＣＡＮを被せ、ＣＡＮの裏面側をエポキシ樹脂で封止して半導体磁気抵抗素子を完成させた。

従来技術を用いて作製した半導体磁気抵抗素子を実施例１と同様の歯車を用いて出力特性を測定した。歯車とＣＡＮ表面との空隙は０．３ｍｍとした（歯車と半導体磁気抵抗素子の感磁面との距離は０．６ｍｍとしている）。半導体磁気抵抗素子に５Ｖの電圧を印加した状態の出力信号をデジタルオシロスコープで測定した結果、Ａ相とＢ相の位相ずれは８３．８°、Ａ相とＺ相の位相ずれは５．２°であった。

Ａ相Ｂ相は単一チップ内で形成されているため位相のずれは見られないが、Ａ相とＺ相は別々の素子で構成され、かつ実装も別々に行なわれているために位相ずれが大きくなったといえる。

（比較例２）
上述した実施例１の方法で作製した半導体磁気抵抗素子と比較例１の方法で作製した半導体磁気抵抗素子の各々３０個の歯車回転検出測定を実施した結果から、Ａ相とＺ相との位相ずれを測定した結果を図８及び表１に示す。この表１には、本発明と従来技術により作製した半導体磁気抵抗素子各３０個のＡ相−Ｚ相間の位相差測定結果が示されている。

図９乃至図１２は、本発明における半導体磁気抵抗素子の実施例２を示す図である。図９は、リードフレームの足に垂直方法の樹脂をリードに垂直になるように直線的にカットした形状とした半導体磁気抵抗素子の上面図、図１０は、図９に示した半導体磁気抵抗素子の底面図、図１１は、リードフレームの足に垂直方法の樹脂をリードに垂直になるように直線的にカットした形状とした半導体磁気抵抗素子を上部斜め方向から見た斜視図、図１２は、図１１に示した半導体磁気抵抗素子を下部斜め方向から見た斜視図である。なお、実施例１と同じ機能を有する構成要素には同一に符号を付してある。

半導体磁気抵抗素子チップ２１の作製方法およびこの半導体磁気抵抗素子チップ２１のリードフレームの台座２２への実装は、実施例１と同様の方法を用いた。樹脂成型用の金型の形状を変えて、実施例１のように円形ではなく、リードフレームの足２３に垂直方法の樹脂をリードに垂直になるように直線的にカットした形状とした。この形状によってリードフォーミングが容易になった。

半導体磁気抵抗素子チップ２１を実装しているリードフレームの台座２２の厚さは０．１５ｍｍで、リードフレームの足２３の厚さは０．５０ｍｍとしている。

本実施例における半導体磁気抵抗素子では、外部ケースを取り付ける際に外部ケースに形成した凸型の部位がアジマス位置合わせ用溝２７に整合する形状をとることで、アジマスずれなく実装ができる構造となっている。

完成した半導体磁気抵抗素子の磁石挿入用穴２６にＳｍＣｏ系磁石を挿入し、裏面側をエポキシ樹脂にて封止した。さらに、図６及び図７に示した外部ケース３８の突起４１に半導体磁気抵抗素子のアジマス位置合わせ用溝２７を、嵌合させ挿入して磁気センサモジュールを完成させた。この際、図１１に示した半円状アジマス位置合わせ用溝２７の直径は３ｍｍ、図７に示した外部ケース３８の突起４１の直径は２．９ｍｍとした。突起４１は、嵌合手段の一例を示したに過ぎず、これに限定されるものではない。

実施例１と同形状の歯車を回転させた状態で半導体磁気抵抗素子の出力特性を測定した。歯車とＣＡＮ表面との空隙は０．３ｍｍとした。半導体磁気抵抗素子に５Ｖの電圧を印加した状態の出力信号をデジタルオシロスコープで測定した結果、Ａ相とＢ相の位相ずれは８３．９°、Ａ相とＺ相との位相ずれは０．４°であり、実施例１と同様な結果を得た。

図１３は、本発明における半導体磁気抵抗素子の実施例３を示す図で、感磁面上の成形樹脂形状を段差を設けて２段とした場合の半導体磁気抵抗素子を示している。図中符号４４は段差で、その他、実施例２と同じ機能を有する構成要素には同一に符号を付してある。

実施例２と同様な方法を用いて半導体磁気抵抗素子を作製する工程において、モールド樹脂にて封止する際の金型を変更し、図１３に示すように円形状パターンが２段になるように段差４４を設けて半導体磁気抵抗素子を作製した。この段差構造は、ＣＡＮキャップの曲げ曲率の大きいキャップを被せる場合に有効で、キャップの曲率部分に円形状パターンのエッジが当たることによる空隙が発生することを防ぐことが可能になる。

以上のように本発明では、半導体磁気抵抗素子の成形樹脂の外周部にアジマス位置合わせ用の溝又は窪み（あるいは突起）を有し、外部ケースに設けられた突起（あるいは溝又は窪み）と形状をあわせることで組み上げの際の実装ずれが無くなるため、磁気エンコーダーに応用した場合などは、Ａ相／Ｚ相、Ｂ相／Ｚ相間の位相ずれを殆ど無くすことが可能となる。

さらに、１枚のリードフレーム上に２個以上の半導体磁気抵抗素子チップが実装されることとバイアス磁石を挿入するケースが半導体磁気抵抗素子を樹脂モールドする際に一体成形されている構造であることから、各半導体磁気抵抗素子チップの実装の位置ずれも殆ど無く、さらに、バイアス磁石のケースも一体化されているため、半導体磁気抵抗素子チップの感磁部に、より均一に磁束が寄与することができ、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相それぞれの出力振幅や中点電位を一定に保つことができる。

さらに、リードフレームの足が折り曲げられた構造であり、かつ一体樹脂成形であることから、従来の磁気センサモジュールの作製方法と比較して大幅な部品点数削減と作製工数低減することができるようになり、磁気センサモジュールの作製の大幅コスト削減を実現することができる。また、従来の磁気センサモジュールよりも簡素な構造であり、アセンブリも容易であるため、不良素子の低減や、個々間の素子特性ばらつきを低減し、安定した磁気センサモジュールの供給を実現することができる。また、従来の半導体磁気抵抗素子よりもモールド樹脂も厚くすることが出来ることから、外部からの物理衝撃に対しても格段の耐久性を達成することが可能となり、産業上の利用価値は計り知れない。

本発明の半導体磁気抵抗素子の実施形態（実施例１）を示す上面図である。図１に示した半導体磁気抵抗素子の底面図である。リードフレーム上に半導体磁気抵抗素子チップを実装し、ワイヤーボンディングを施した状態を示す斜視図である。本発明の半導体磁気抵抗素子の上部斜め方向から見た斜視図である。図４に示した本発明の半導体磁気抵抗素子を下部斜め方向から見た斜視図である。本発明の半導体磁気抵抗素子を収納する外部ケースを前方から見たときの斜視図である。図６に示した外部ケースを後方から見たときの斜視図である。本発明と従来技術により作製した半導体磁気抵抗素子各３０個のＡ相−Ｚ相間の位相ずれ分布を示す図である。本発明における半導体磁気抵抗素子の実施例２を示す図で、リードフレームの足に垂直方法の樹脂をリードに垂直になるように直線的にカットした形状とした半導体磁気抵抗素子の上面図である。図９に示した半導体磁気抵抗素子の底面図である。リードフレームの足に垂直方法の樹脂をリードに垂直になるように直線的にカットした形状とした半導体磁気抵抗素子を上部斜め方向から見た斜視図である。図１１に示した半導体磁気抵抗素子を下部斜め方向から見た斜視図である。本発明における半導体磁気抵抗素子の実施例３を示す図である。磁気エンコーダーに用いられる従来の半導体磁気抵抗素子の断面図である。磁気エンコーダーに用いられる従来の他の半導体磁気抵抗素子の斜視図である。半導体磁気抵抗素子を実装した際の実装位置ずれの状態を示した図である。

符号の説明

１半導体磁気抵抗素子チップ
２リードフレームの台座
３リードフレームの足
４金ワイヤー
８半導体磁気抵抗素子
９バイアス磁石
１０出力ピン
１１磁石ケース
１２接続配線
１３プリント基板
１８外部ケース
１９充填樹脂
２１磁気抵抗素子チップ
２２リードフレームの台座
２３リードフレームの足
２４金ワイヤー
２５封止樹脂
２６磁石挿入用穴
２７アジマス位置合わせ用溝
３８外部ケース
４０感磁面上金属部
４１突起
４２基材取付け用ネジ穴
４３磁気抵抗素子挿入穴
４４段差

Claims

複数の半導体磁気抵抗素子チップが、リードフレーム上にダイボンドされているとともにワイヤボンドされており、前記半導体磁気抵抗素子チップ及び前記リードフレームが、該リードフレームの裏面に磁石挿入用穴を形成するように封止樹脂で一体成形され、該封止樹脂の外周部に複数の溝からなるアジマス位置合わせ部を設け、前記一体成形された形状は、外周部が円形部と直線部とを併せ持った形状である半導体磁気抵抗素子と、
前記アジマス位置合わせ部と嵌め合わされる突起からなる複数の嵌合部を有する円形の外部ケースとを備え、
前記半導体磁気抵抗素子と、前記外部ケースとの位置決めを行なうようにしてアジマスずれを無くすようにしたことを特徴とする磁気センサモジュール。
前記外部ケースに前記半導体磁気抵抗素子を挿入する挿入穴を設け、該挿入穴の周縁部に前記嵌合部を設けて、前記アジマス位置合わせ部に前記嵌合部を嵌め合わせることにより、前記半導体磁気抵抗素子チップと前記外部ケースとの位置決めを行なうことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサモジュール。
前記外部ケースに挿入された前記半導体磁気抵抗素子の感磁面の前面で、かつ前記挿入穴の前面に非磁性金属部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサモジュール。