JP4904052B2 - 磁気方位検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、磁気を検出する磁気検出装置に関し、その一例として、少なくとも3軸の地磁気の方位情報を得るのに好適な磁気方位検出装置に関する。
近年、電子コンパスと称される磁気方位検出装置が、携帯電話、携帯情報端末(PDA)などの携帯端末機器などにおいて、GPS(位置情報計測システム)に加えて、目的地がどの方向にあるのかを知る方位情報を得ることができるなどの理由により用いられている(例えば、特許文献1参照)。
従来の磁気方位検出装置について、携帯電話に用いられているX軸、Y軸およびZ軸の3軸、すなわち、前後方向、左右方向および上下方向の地磁気の方位を検出することのできる磁気方位検出装置を例示して説明する。
図5は従来の磁気方位検出装置の一例を示すものであり、従来の磁気方位検出装置101は、平面正方形に形成された平板状の回路基板102の一面たる上面に、3つの磁気センサ103および1つの制御用半導体装置(制御用半導体パッケージ)104が実装されているとともに、3つの磁気センサ103および1つの制御用半導体装置104が絶縁性を有する樹脂などの封止部材105により封止されて一体化(パッケージ化)されている。
3つの磁気センサ103は、1つがX軸方向(前後方向あるいは左右方向)の地磁気を検出するためのX軸用磁気センサ103xとされ、残りの2つのうちの1つがY軸方向(左右方向あるいは前後方向)の地磁気を検出するためのY軸用磁気センサ103yとされ、残りがZ軸方向(上下方向)の地磁気を検出するためのZ軸用磁気センサ103zとされている。これらの磁気センサ103は、ホール素子により形成されている。そして、3つの磁気センサ103のうち、X軸用およびY軸用磁気センサ103x、103yの2つにおいては、それぞれの端子形成面106x、106yとは反対側の面に半製品基板107が取り付けられており、これらの半製品基板107の側面を回路基板102の上面に取り付けることで実装されている。また、Z軸用磁気センサ103zにおいては、その端子形成面106zとは反対側の面が回路基板102に直接取り付けることにより実装されている。
したがって、X軸用およびY軸用磁気センサ103x、103yの2つにおいては、回路基板102の上面に対してそれぞれの端子形成面106x、106yが垂直に配置されており、Z軸用磁気センサ103zにおいては、回路基板102の上面に対して端子形成面106zが水平に配置されている。
すなわち、X軸用およびY軸用磁気センサ103x、103yの2つは、回路基板102の上面に対して半製品基板107を立てて配置することで、端子形成面106を垂直に配置している。
制御用半導体装置104は、3つの磁気センサ103に対して、駆動信号を供給し、各磁気センサにより検出された方位毎の地磁気情報を出力するためのものであり、CPUあるいはMPUなどにより形成された演算部と、適宜な容量のROMおよび/またはRAMなどにより形成された記憶部とを有している。
また、磁気方位検出装置101の回路基板102の上面の中央部には、制御用半導体装置104が配置され、制御用半導体装置104の周辺の3辺の長手方向の中央部分のそれぞれに磁気センサ103が1つずつ配置されている。
なお、回路基板102の下面には、携帯電話などの搭載される装置側との電気的な接続に用いるための外部接続用電極が配置されている。
特開2005−114489号公報
ところで、近年においては各種装置の小型化が求められており、各種装置の小型化の一つとして、磁気方位検出装置においても、小型化が求められている。
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、小型化を容易に図ることのできる磁気方位検出装置を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するため、本発明に係る磁気方位検出装置の特徴は、回路基板の一面に、3つの磁気センサおよびこれらの磁気センサの制御を行う制御用半導体装置が直接取り付けられて実装されているとともに、前記各磁気センサおよび前記制御用半導体装置が封止部材により封止されて一体化されており、さらに、前記各磁気センサは、磁気センサの端子形成面が前記回路基板の一面に対して水平に配置されているグループと、磁気センサの端子形成面が前記回路基板の一面に対して垂直に配置されているグループとの2つのグループに区分されている点にある。
前記各グループが離隔配置されていることが好ましく、また、前記グループ毎に磁気センサが近接配置されていることが好ましく、さらに、前記封止部材の表面に、前記各磁気センサのうちの少なくとも1つの配設位置の情報を外部から認識することのできるマークが設けられていることが好ましい。
前記各磁気センサが、X軸方向の地磁気を検出するためのX軸用磁気センサ、Y軸方向の地磁気を検出するためのY軸用磁気センサ、および、Z軸方向の地磁気を検出するためのZ軸用磁気センサであり、前記X軸用およびY軸用磁気センサにより1つのグループが形成され、前記Z軸用磁気センサにより他の1つのグループが形成されていることが好ましい。
本発明に係る磁気方位検出装置によれば、3つの磁気センサを有しているので、X軸、Y軸およびZ軸の3軸の地磁気の方位を検出することができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る磁気方位検出装置によれば、3つの磁気センサおよびこれらの磁気センサの制御を行う制御用半導体装置とが回路基板の一面に直接取り付けられて実装されているので、小型化を容易に図ることができるし、部品点数および製造工程の削減による低コスト化も容易かつ確実に図ることができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る磁気方位検出装置によれば、各グループが離隔配置されているから、外部磁場の影響を抑えることができるので、信頼性を確実かつ容易に向上させることができるなどの優れた効果を奏する。つまり、高性能化を容易に図ることができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る磁気方位検出装置によれば、グループ毎に磁気センサが近接配置されているから、外部磁場による影響をより抑えることができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る磁気方位検出装置によれば、封止部材の表面に、各磁気センサのうちの少なくとも1つの配設位置の情報を外部から認識することのできるマークが設けられているから、磁気センサの配設位置の情報を外部から認識することができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る磁気方位検出装置によれば、各磁気センサが、X軸方向の地磁気を検出するためのX軸用磁気センサ、Y軸方向の地磁気を検出するためのY軸用磁気センサ、および、Z軸方向の地磁気を検出するためのZ軸用磁気センサであり、X軸用およびY軸用磁気センサにより1つのグループが形成され、Z軸用磁気センサにより他の1つのグループが形成されているから、Z軸用磁気センサにより形成されるグループが外部磁場の影響を受けたとしても、X軸用およびY軸用磁気センサにより形成されるグループによって、方位検出を行うための最低限の磁気を検出することができるなどの優れた効果を奏する。
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
図1および図2は、本発明に係る磁気方位検出装置の第1実施形態を示すものであり、図1は要部を示す模式的斜視図、図2はZ軸用磁気センサの取付部近傍部の拡大断面図である。
図1に示すように、本実施形態の磁気方位検出装置1においては、平面正方形に形成された平板状の回路基板2の一面たる上面に、X軸方向の地磁気を検出するためのX軸用磁気センサ3x、Y軸方向の地磁気を検出するためのY軸用磁気センサ3y、および、Z軸方向の地磁気を検出するためのZ軸用磁気センサ3zの3つの磁気センサ3と、1つの制御用半導体装置(制御用半導体パッケージ)4とが直接取り付けられて実装されているとともに、3つの磁気センサ3および1つの制御用半導体装置4が絶縁性を有する封止部材5により封止されて一体化されている。なお、本実施形態の磁気方位検出装置1は、縦が3.5mm、横が3.5mm、高さが1mmの平板状に形成されている。
前記回路基板2は、セラミックスや、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルなどの絶縁性を有する各種の樹脂などにより形成された絶縁性基板に所望の配線パターンを設け、この配線パターンの端子形成部を除く部位を保護膜により被覆することで形成されている。また、本実施形態の回路基板2の下面には、スルーホールを介して接続されたハンダランドなどの外部接続用端子(図示せず)が設けられている。
前記磁気センサ3としては、MR(磁気抵抗効果)素子、GIG(グラニュラーインギャップ)素子、MI(磁気インピーダンス)素子、フラックスゲートセンサ、半導体ホール効果センサなどを用いることができる。本実施形態においては、MR素子が用いられている。
前記X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yとしては、縦が0.30mm、横が0.60mm、高さが0.35mmの平板状に形成されているとともに、それぞれの端子形成面6x、6yに接続端子としての複数の電極7x、7yをマトリクス状に配置したものが用いられている。また、Z軸用磁気センサ3zとしては、縦が0.30mm、横が0.60mm、高さが0.35mmの平板状に形成されているとともに、その端子形成面6zに接続端子としての電極7zを一列状に配置したものが用いられている。勿論、3つの磁気センサ3を同一構成のものを用いる構成としてもよい。
なお、磁気センサ3の数を4以上とし、より多軸の方位、例えば、磁気方位検出装置1の傾きを検出することができるようにしてもよい。
前記封止部材5としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、汎用エンプラ、スーパーエンプラなどの熱可塑性樹脂などを用いることができる。また、2種類以上の材料をその製造工程中において化学的方法あるいは機械的方法で混合(ポリマーブレンド)して用いてもよい。
前記回路基板2の上面の中央部には、制御用半導体装置4のサイズより若干大きく形成された開口を有する所定深さの半導体用取付部8が凹設されており、半導体用取付部8の底面には、制御用半導体装置4がその電極9を上方に向けて接合材により直接取り付けられて実装されている。そして、制御用半導体装置4の電極9には、ワイヤーボンディング法により、接続部材としての金の細線などにより形成されたリード線10の一端が接続されており、リード線10の他端は、制御用半導体装置4との接続に用いる回路基板2側の電極11に接続されている。
なお、本実施形態の制御用半導体装置4としては、縦が2.0mm、横が2.0mm、高さが0.23mmの平板状に形成されているものが用いられている。
前記回路基板2の上面の半導体用取付部8の周辺のうちの図1の右斜め上に示す右辺のほぼ中央部には、X軸用磁気センサ3xのサイズより若干大きく形成された平面四角形状の開口を有する所定深さのX軸センサ用取付部12が凹設されており、X軸センサ用取付部12の底面には、X軸用磁気センサ3xがその端子形成面6xに設けられた接続端子である電極(パッド)7xを上方に向けて接合材により直接取り付けられて実装されている。すなわち、X軸用磁気センサ3xの端子形成面6xは、回路基板2の上面に対して水平に配置されている。そして、X軸用磁気センサ3xの電極7xには、ワイヤーボンディング法により、接続部材としての金の細線などにより形成されたリード線13の一端が接続されており、リード線13の他端は、X軸用磁気センサ3xとの接続に用いる制御用半導体装置4側の電極14に接続されている。
前記回路基板2の上面の半導体用取付部8の周辺のうちの図1の左斜め上に示す上辺のほぼ中央部には、Y軸用磁気センサ3yのサイズより若干大きく形成された平面四角形状の開口を有する所定深さのY軸センサ用取付部15が凹設されており、Y軸センサ用取付部15の底面には、Y軸用磁気センサ3yがその端子形成面6yに設けられた接続端子である電極(パッド)7yを上方に向けて接合材により直接取り付けられて実装されている。すなわち、Y軸用磁気センサ3yの端子形成面6yは、回路基板2の上面に対して水平に配置されている。そして、Y軸用磁気センサ3yの電極7yには、ワイヤーボンディング法により、接続部材としての金の細線などにより形成されたリード線16の一端が接続されており、リード線16の他端は、Y軸用磁気センサ3yとの接続に用いる制御用半導体装置4側の電極17に接続されている。
前記回路基板2の上面の半導体用取付部8の周辺のうちの図1の左側示す角部には、Z軸用磁気センサ3zのサイズより大きく形成された平面四角形状の開口を有する所定深さのZ軸センサ用取付部18が凹設されており、Z軸センサ用取付部18の底面には、Z軸用磁気センサ3zの側面が直接取り付けられて実装されている。すなわち、Z軸用磁気センサ3zは、その端子形成面6zに設けられた接続端子である電極7zを側方に向けて(横向きにして)接合材により取り付けられており、Z軸用磁気センサ3zの端子形成面6zは、回路基板2の上面に対して垂直に配置されている。
図2に示すように、Z軸用磁気センサ3zは、その端子形成面6をZ軸センサ用取付部18の内側面18aに対して突き当てて当接されるように配置されており、Z軸センサ用取付部18の底面に対して端子形成面6zが当接される内側面18aの直角度の許容範囲を6度程度以内、好ましくは3度以内とすることにより、Z軸方向の方位を容易かつ適正に検出することができるようになっている。また、Z軸用磁気センサ3z側の電極7zと、Z軸用磁気センサ3zとの接続に用いる回路基板2側の電極19とには、接続を容易とするために、45度の角度をもつ金などにより形成されたバンプ20が設けられており、両バンプ20が異方性導電材あるいははんだなどにより電気的に接続されている。そして、回路基板2側の電極19は、配線パターンにより対の電極21と接続されており、対の電極21には、ワイヤーボンディング法により、接続部材としての金の細線などにより形成されたリード線22の一端が接続されており、リード線22の他端は、Z軸用磁気センサ3zとの接続に用いる制御用半導体装置4側の電極23に接続されている。
なお、Z軸用磁気センサ3zをX軸用およびY軸用磁気センサ3yと同一構成のものを用いてもよい。この場合、接続部材としては、ワイヤーボンディング法により、金の細線などにより形成されたリード線を用いることができる。
したがって、本実施形態の磁気方位検出装置1においては、3つの磁気センサ3が、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループと、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループとの2つのグループに区分されているとともに、前者のグループの磁気センサ3x、3yの端子形成面6x、6yが後者のグループの磁気センサ3zの端子形成面6zと直交するように配置されている。なお、各グループに配置としては、離隔配置するとよい。この離隔配置については、後述する第2実施形態において詳しく説明する。
なお、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yの端子形成面6x、6yを回路基板2に対して垂直に配置し、Z軸用磁気センサ3zの端子形成面6zを水平に配置する構成としてもよい。
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の磁気方位検出装置1によれば、3つの磁気センサ3を有しているので、X軸、Y軸およびZ軸の3軸の地磁気の方位を検出することができる。
また、本実施形態の磁気方位検出装置1によれば、回路基板2の上面に3つの磁気センサ3が直接取り付けられて実装されているので、従来の磁気方位検出装置101における半製品基板107を設ける必要がない。その結果、3つの磁気センサ3を回路基板2に直接取り付けて実装することが容易にできるとともに、小型化を容易かつ確実に図ることができる。
さらに、本実施形態の磁気方位検出装置1によれば、従来の半製品基板107を省くことができるので、部品点数および製造工程の削減による低コスト化も容易かつ確実に図ることができる。
すなわち、従来の磁気方位検出装置101においては、半製品基板107への磁気センサ103の実装と、回路基板102への磁気センサ103を実装した半製品基板107の実装という2工程が必要なのに対し、本実施形態の磁気方位検出装置1においては、回路基板2への磁気センサ3の実装という1工程ですむことになる。
図3は本発明に係る磁気方位検出装置の第2実施形態の要部を示す概略平面図である。なお、前述した第1実施形態の磁気方位検出装置1と同一ないし相当する構成については図面中に同一の符号を付してある。
本実施形態の磁気方位検出装置1Aは、外部磁場による影響を抑えることのできるものを例示している。
図3に示すように、本実施形態の磁気方位検出装置1Aにおいては、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yが図3の右角近傍に近接配置されており、Z軸用磁気センサ3zが図3の左下角近傍に配置されている。
すなわち、3つの磁気センサ3は、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループと、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループとの2つのグループに区分されている。そして、前者のグループにおいては、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yが相互に接近するように近接位置されている。
すなわち、本実施形態の磁気方位検出装置1Aにおいては、グループ毎に磁気センサ3が近接配置されており、各グループが離隔配置されている。
さらに説明すると、磁気センサ3は、回路基板2に対する磁気センサ3の取付方向(端子形成面6、ひいては検出回路の取付方向)と外部磁場との関係により、その検出結果に影響がでるので、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループと、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループとの間隔が離れるように離隔させることにより、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループが外部磁場の影響を受けたとしても、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループによって、方位検出を行うための最低限の磁気を検出することが可能となる。また、グループ毎に磁気センサ3を近接配置することで、各グループ間の間隔をより大きくすることが可能となる。
ここで、最低限の磁気を検出するということについて説明する。一般的に、磁気方位検出装置1Aは、水平面内において、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yによって方位を検出することができるように形成されている。ところで、このような構成において、例えば、磁気方位検出装置(電子コンパス)1Aを内部に設けた携帯電話を手に持って傾けて使用する場合などのように、磁気方位検出装置1Aが傾斜した場合には、正確な方位の検出ができなくなる。そこで、磁気方位検出装置1Aが傾斜しても正確な方位を検出することができるように、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yの他にZ軸用磁気センサ3zが用いられている。したがって、最低限の磁気を検出するとは、Z軸用磁気センサ3zが外部磁場の影響を受けて使用できなくなったときでも、磁気方位検出装置1Aを水平にすることによって、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより、正確な方位を検出することができるということである。
よって、本実施形態の磁気方位検出装置1Aにおいては、磁気センサ3の端子形成面(検出回路)6(符号6は、3つの端子形成面6x、6y、6zを総称する)の取付方向毎にグループを形成し、各グループ毎に磁気センサ3を近接配置し、さらに、各グループを離隔配置するように構成されている。
なお、磁気センサ3の配設位置としては、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yを対向する2辺のうちの一方に配置し、Z軸用磁気センサ3zを他方に配置してもよい。例えば、図4に示すように、平面横長矩形状に形成されている回路基板2の長手方向両側の辺に各グループが離れるように磁気センサ3を配置する構成とするとよい。なお、各グループの配設位置としては、回路基板2の形状およびサイズや、グループの数や、磁気センサ3の形状およびサイズや、制御用半導体装置4の形状およびサイズにより変更することができる。但し、各グループが相互にできるだけ離れた位置に配置することが、外部磁場の影響を受けたとしても、方位検出を行うための最低限の磁気を検出することができるという意味で好ましく、さらに、各グループにおける磁気センサ3をできるだけ接近させて配置することがより好ましい。
勿論、全ての磁気センサ3を近接させて1箇所にまとめて配置してもよい。これにより、センサや制御用半導体装置などの集中化を図ることができるとともに、小型化も図ることができる。
また、本実施形態の磁気方位検出装置1Aにおいては、封止部材5の表面の図3の右上角近傍に、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループの磁気センサ3の配設位置の情報を外部から認識することのできるマーク25が設けられている。
なお、マーク25としては、複数の磁気センサ3のうちの少なくとも1つの配設位置の情報を外部から認識することのできる位置に設けられていればよく、例えば、3つの磁気センサ3の上方位置にそれぞれマーク25を設ける構成としてもよい。この場合、各マーク25の色を変えたり、X、Y、Zの記号などを付加することで、磁気センサ3の配設位置とその検出方位との両者を認識させるようにしてもよい。
また、マーク25を1つとする場合には、外部磁場、例えば、携帯電話におけるスピーカ、メモリカードからの磁場の影響を受け易い磁気センサ3の配設位置を外部から認識できるように設ければよい。
本実施形態においては、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成される2つの磁気センサ3を有するグループの2つの磁気センサ3の配設位置を図3に示す1つのマーク25により認識させることができるようになっている。
その他の構成については、前述した第1実施形態の磁気方位検出装置1と同様とされているので、その詳しい説明については省略する。
このような構成からなる本実施形態の磁気方位検出装置1Aによれば、前述した第1実施形態の磁気方位検出装置1と同様の効果を奏することができるとともに、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループと、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループとが離隔配置されているので、仮に、Z軸用磁気センサ3zにより形成されるグループが外部磁場の影響を受けたとしても、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yにより形成されるグループによって、方位検出を行うための最低限の磁気を検出することができる。また、X軸用およびY軸用磁気センサ3x、3yが1つのグループとして近接配置されているので、各グループの間隔をより大きくすることが容易にできる。その結果、信頼性を向上させることができる。
さらに、本実施形態の磁気方位検出装置1Aによれば、磁気センサ3が実装されている配設位置をマーク25により表示することができるので、このマーク25を図面上に記載することで、磁気方位検出装置1Aを搭載する装置の設計者に、設計初期段階からマーク25の近傍に外部磁場の発生部を配置しないように注意を喚起させることができる。その結果、磁気方位検出装置1Aを搭載する装置の設計者に、磁気センサ3に対する外部磁場の影響を抑えた部品配置を容易に実行させることができる。
したがって、本実施形態の磁気方位検出装置1Aによれば、第1実施形態の磁気方位検出装置1における効果に加えて、信頼性を確実かつ容易に向上させることができるので、高性能化を容易に図ることができる。
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
本発明に係る磁気方位検出装置の第1実施形態の要部を示す模式的斜視図 図1のZ軸用磁気センサの取付部近傍部の拡大断面図 本発明に係る磁気方位検出装置の第2実施形態の要部を示す概略平面図 本発明に係る磁気方位検出装置における磁気センサの配設位置の変形例を示す概略平面図 従来の磁気方位検出装置の要部を示す模式的側面図
符号の説明
1、1A 磁気方位検出装置
2 回路基板
3 磁気センサ
3x X軸用磁気センサ
3y Y軸用磁気センサ
3z Z軸用磁気センサ
4 制御用半導体装置
5 封止部材
6、6x、6y、6z 端子形成面
25 マーク

Claims (5)

  1. 回路基板の一面に、3つの磁気センサおよびこれらの磁気センサの制御を行う制御用半導体装置直接取り付けられて実装されているとともに、前記各磁気センサおよび前記制御用半導体装置が封止部材により封止されて一体化されており、さらに、前記各磁気センサは、磁気センサの端子形成面が前記回路基板の一面に対して水平に配置されているグループと、磁気センサの端子形成面が前記回路基板の一面に対して垂直に配置されているグループとの2つのグループに区分されていることを特徴とする磁気方位検出装置。
  2. 前記各グループが離隔配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気方位検出装置。
  3. 前記グループ毎に磁気センサが近接配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気方位検出装置。
  4. 前記封止部材の表面に、前記各磁気センサのうちの少なくとも1つの配設位置の情報を外部から認識することのできるマークが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の磁気方位検出装置。
  5. 前記各磁気センサが、X軸方向の地磁気を検出するためのX軸用磁気センサ、Y軸方向の地磁気を検出するためのY軸用磁気センサ、および、Z軸方向の地磁気を検出するためのZ軸用磁気センサであり、前記X軸用およびY軸用磁気センサにより1つのグループが形成され、前記Z軸用磁気センサにより他の1つのグループが形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の磁気方位検出装置。
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