JPH09166653A

JPH09166653A - 磁束検出用コイルおよび磁束検出プローブ

Info

Publication number: JPH09166653A
Application number: JP32880895A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kiyozawa; 良行清澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】磁束検出用コイルにおいて電界の影響を除去
し、高い空間分解能による磁束検出を可能ならしめる。【解決手段】微小なループ状部分１５とこれに連なる２
つの端子部１５Ａ，１５Ｂが近接したループと、微小な
ループ状部分１６とこれに連なる２つの端子部１６Ａ，
１６Ｂが近接したループとの１対を、互いに近接させて
線対称的に配置したパターンを、絶縁性ウエハ１７の面
上に導電性の薄膜パターンとして形成したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は磁束検出用コイル
および磁束検出プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導を利用して磁束の検出を行なう
ことはＥＭＩ（electro-magnetic interference 電磁的
障害もしくは電磁的干渉）対策を初めとして広く行なわ
れている。磁束を検出するための「磁束検出用コイル」
としては従来から、例えば実開平６−４０８８５号公報
や特開昭６２−１０６３７９号公報開示のものが知られ
ている。

【０００３】しかし、実開平６−４０８８５公報開示の
磁束検出用コイルは磁束とともに電界の影響をも検出し
てしまい、電界の影響分を補正するのが容易でない。特
開昭６２−１０６３７９号公報開示の磁束検出用コイル
は、電界の影響を除去し、磁束のみを検出できるが「磁
束検出用コイルのループを小さくする」ことが困難であ
るため、磁束検出の空間分解能を高めることが困難であ
り、例えばＬＳＩが表面実装されているようなサーキッ
トボードからの漏洩磁束の検出等の目的には適していな
いし、磁束をその向きまで含めて３次元的に検出するこ
とも困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、磁束検出用コイルにおいて電界の影響を除去
し、高い空間分解能による磁束検出を可能ならしめるこ
とを課題とする（請求項１，２）。

【０００５】この発明の別の課題は、磁束検出用コイル
において磁束の３次元的な検出を、電界の影響を除去し
高い空間分解能で可能ならしめることである（請求項
３）。この発明の他の課題は、磁束検出プローブにおい
て、電界の影響を除去し、高い空間分解能による磁束検
出を可能ならしめることである（請求項４〜７）。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の磁束検出
用コイルは「１対のループ」によるパターンを、絶縁性
ウエハの面上に「導電性の薄膜パターン」として形成し
てなる。１対のループの個々は「微小なループ状部分と
これに連なる２つの端子部」を有し、２つの端子部は互
いに近接している。

【０００７】これら１対の微小なループは「互いに近接
して線対称的」に配置される。

【０００８】請求項２記載の磁束検出用コイルは「ルー
プパターン」を、絶縁性ウエハの面状に「導電性の薄膜
パターン」として形成してなる。「ループパターン」
は、共通端子部に連なる直線状部分の両側に、この直線
状部分を共通部分として、且つ直線部分に対して線対称
的に「微小なループ状部分およびこれに連なる端子部
と」を有する。

【０００９】微小なループ状部分に連なる各端子部は上
記共通端子部を相手方として「２対の端子対」を構成す
る。

【００１０】上記請求項１，２記載の磁束検出用コイル
において「ループ状部分が微小である」とは、ループ状
部分における「径」が０．１ｍｍ程度〜数ｍｍ以下であ
ることを意味する。このようにループ状部分が小さいた
め、極めて高い空間分解能で磁束の検出が可能である。
コイルは「薄膜パターン」として形成されるため、極め
て微小であるにも拘らず、成膜技術とエッチング等のパ
ターニング技術とにより容易且つ確実に形成できる。

【００１１】請求項１，２記載の磁束検出用コイルは、
対をなすループ状部分が「互いに近接して線対称的」に
形成されているので、２対の端子対のそれぞれに発生す
る電圧の差を取ると、電界の影響により各端子対に発生
する電圧を互いに相殺出来、電界の影響を除去して磁束
による誘導電圧のみを有効に検出できる。

【００１２】請求項３記載の磁束検出用コイルは、請求
項１または２記載の磁束検出用コイルを３つ「導電性の
薄膜パターン形成面が互いに直交するように組み合わ
せ」て一体化してなる。このようにすると互いに直交す
る３つのコイルにより、磁束の３つの直交成分を検出で
きるので、これらを合成することにより磁束を３次元的
に検出できる。

【００１３】請求項４記載の磁束検出プローブは、請求
項１記載の磁束検出用コイルと、差動回路と、増幅回路
とを有する。

【００１４】「差動回路」は、請求項１記載の磁束検出
用コイルにおける２対の端子対の端子間電圧を入力さ
れ、これら端子間電圧の差を出力する回路である。「増
幅回路」は、差動回路の出力を増幅する回路である。

【００１５】請求項５記載の磁束検出プローブは、請求
項２記載の磁束検出用コイルと、差動回路と、増幅回路
とを有する。

【００１６】「差動回路」は、請求項２記載の磁束検出
用コイルにおける２対の端子対の端子間電圧を入力さ
れ、これら端子間電圧の差を出力する回路である。「増
幅回路」は、差動回路の出力を増幅する回路である。

【００１７】請求項６記載の磁束検出プローブは、請求
項４または５記載の磁束検出プローブにおいて「１対の
インピーダンス抵抗器」を有することを特徴とする。

【００１８】１対の「インピーダンス抵抗器」は、２対
の端子対の各端子間電圧を差動回路に対してインピーダ
ンス整合させるための抵抗器である。この請求項６記載
の磁束検出プローブは「高い周波数の磁束」を検出でき
る。

【００１９】請求項７記載の磁束検出用プローブは、磁
束を３次元的に検出するためのプローブであり、請求項
４または５または６記載の磁束検出プローブを３つ有
し、３つの磁束検出用プローブを、各磁束検出プローブ
の磁束検出用コイルの導電性の薄膜パターン形成面が互
いに直交するように組み合わせてなる。

【００２０】請求項４〜７の任意の１に記載の磁束検出
用プローブは、その増幅回路の出力を「スペクトラム・
アナライザ」に入力することにより、周波数ごとの磁束
の相対強度を検出できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
る。

【００２２】図１（ａ）は、請求項１記載の磁束検出用
コイルの実施の１形態を示す平面図である。

【００２３】「微小なループ状部分１５と、これに連な
る２つの端子部１５Ａ，１５Ｂが近接した第１のルー
プ」と「微小なループ状部分１６と、これに連なる２つ
の端子部１６Ａ，１６Ｂが近接した第２のループ」とに
よる１対のループは、互いに合同的な形状を有して互い
に近接し、且つ図中に鎖線で示す「対称線」に関して線
対称的に配置され、絶縁性ウエハ１７の面上に「導電性
の薄膜パターン」として形成されている。

【００２４】１対のループの構成するパターンは「各ル
ープが互いに近接し、互いに線対称的」であれば良く、
種々のパターン形態が可能である。パターンの形態の３
例を図１（ｂ）〜（ｄ）に示す。

【００２５】図１（ｂ）に示すパターンは「半円もしく
は半楕円形状」をなす微小なループ状部分１５０とこれ
に連なる２つの端子部１５０Ａ，１５０Ｂが近接した第
１のループと、半円もしくは半楕円形状をなす微小なル
ープ状部分１６０とこれに連なる２つの端子部１６０
Ａ，１６０Ｂが近接した第２のループとによる１対のル
ープを互いに近接させ且つ線対称的に配置したパターン
である。

【００２６】図１（ｃ）に示すパターンは「三角形状」
をなす微小なループ状部分１５１とこれに連なる２つの
端子部１５１Ａ，１５１Ｂが近接した第１のループと、
三角形状をなす微小なループ状部分１６１とこれに連な
る２つの端子部１６１Ａ，１６１Ｂが近接した第２のル
ープとによる１対のループを互いに近接させ且つ線対称
的に配置したパターンである。

【００２７】図１（ｄ）に示すパターンは「円形もしく
は楕円形状」をなす微小なループ状部分１５２とこれに
連なる２つの端子部１５２Ａ，１５２Ｂが近接した第１
のループと、円形もしくは楕円形状をなす微小なループ
状部分１６２とこれに連なる２つの端子部１６２Ａ，１
６２Ｂが近接した第２のループとによる１対のループを
互いに近接させ且つ線対称的に配置したパターンであ
る。

【００２８】図２は、請求項４，６記載の磁束検出用プ
ローブの実施の１形態を示す図である。

【００２９】図１（ａ）に示す磁束検出用コイルを構成
する「導電性の薄膜パターン」の端子部１５Ａ，１５
Ｂ、１６Ａ，１６Ｂを差動回路１８に接続する。この実
施の形態においては検出されるべき磁束は高周波成分を
含み、端子部１５Ａ，１６Ａと差動回路１８との間に、
それぞれインピーダンス抵抗器２０，２０’が介在され
る。差動回路１８の出力は増幅回路１９に入力させる。
また増幅回路１９の出力は「スペクトラム・アナライ
ザ」に入力される。差動回路１８と増幅回路１９との間
のインピーダンスを整合させることは勿論である。

【００３０】図１（ａ）に示すループ状部分１５，１６
は互いに線対称的であるため、各ループ内で検出磁束の
磁束密度が変化すると、それに従う誘導ポテンシャル
は、端子部１５Ａと１６Ａが同極性となり、端子部１５
Ｂと１６Ｂが同極性になる。また、電界の作用により発
生するポテンシャルは、端子部１５Ａと１６Ｂが同極性
となり、端子部１５Ｂと１６Ａが同極性になる。

【００３１】端子部１５Ａ，１５Ｂによる端子間電圧：
ΔＶ₁₅を、磁束による電磁誘導の成分：ΔＶ_15Mと電界
の影響による成分：ΔＶ_15Eに分けると「ΔＶ₁₅＝ΔＶ
_15M＋ΔＶ_15E」であり、端子部１６Ａ，１６Ｂによる端
子間電圧：ΔＶ₁₆を、磁束による電磁誘導の成分：ΔＶ
_16Mと電界の影響による成分：ΔＶ_16Eに分けると「ΔＶ
₁₆＝ΔＶ_16M＋ΔＶ_16E」である。

【００３２】ループ状部分１５，１６は微小で互いに近
接し、且つ、線対称的に配置されているから、インピー
ダンス抵抗器２０，２０’によりインピーダンス整合さ
れたのちは、−ΔＶ_15M＝ΔＶ_16M、且つ、ΔＶ_15E＝Δ
Ｖ_16Eである。

【００３３】従って、差動回路１８で端子間電圧：ΔＶ
₁₅，ΔＶ₁₆の差：ΔＶ₁₅−ΔＶ₁₆を取ると、これは
「（ΔＶ_15M＋ΔＶ_15E）−（ΔＶ_16M＋ΔＶ_16E）」であ
って、上記関係：−ΔＶ_15M＝ΔＶ_16M，ΔＶ_15E＝ΔＶ
_16Eを考慮すると、ΔＶ₁₅−ΔＶ₁₆＝２ΔＶ_15Mとなり、
磁束による電磁誘導成分のみとなるから、これを増幅回
路１９により増幅し、スペクトラム・アナライザにより
周波数分解すれば、磁束密度の変化を周波数ごとに検出
することができる。「検出対象としての磁束が、高周波
成分を含まない」ことが分かっている場合には、インピ
ーダンス抵抗器２０，２０’を省略してもよい。

【００３４】図３（ａ）は、請求項２記載の磁束検出用
コイルの実施の１形態を示す平面図である。

【００３５】共通端子部２３に連なる直線状部分２３０
の両側に、直線状部分２３０を共通部分とし、且つ直線
状部分２３０に対して線対称的に、微小なループ状部分
２４Ａ，２４Ｂと、これらに連なる端子部２１，２２と
を有する「ループパターン」を、図１（ａ）の形態にお
けると同様の絶縁性ウエハ１７の面状に「導電性の薄膜
パターン」として形成した。端子部２１と共通端子部２
３とが「一方の端子対」をなし、端子部２２と共通端子
部２３とが「他方の端子対」をなす。

【００３６】ループパターンは「共通の直線状部分の両
側の部分が直線状部分に対して線対称的」であれば良
く、種々のパターン形態が可能である。ループパターン
の形態の３例を図３（ｂ）〜（ｄ）に示す。

【００３７】図３（ｂ）に示すループパターンは、共通
端子部２３Ａに連なる直線状部分２３１を共通部分と
し、且つ、直線状部分２３１を対称線として「円もしく
は楕円形状」を構成する微小なループ状部分２４１Ａ，
２４１Ｂおよびこれらに連なる端子部２１Ａ，２２Ａを
有するパターンである。

【００３８】図３（ｃ）に示すループパターンは、共通
端子部２３Ｂに連なる直線状部分２３２を共通部分と
し、且つ、直線状部分２３２を対称線として「四辺形形
状」を構成する微小なループ状部分２４２Ａ，２４２Ｂ
およびこれらに連なる端子部２１Ｂ，２２Ｂを有するパ
ターンである。

【００３９】図３（ｄ）に示すループパターンは、共通
端子部２３Ｃに連なる直線状部分２３３を共通部分と
し、且つ、直線状部分２３３を対称線として「円もしく
は楕円形状」をなす微小なループ状部分２４３Ａ，２４
３Ｂおよびこれらに連なる端子部２１Ｃ，２２Ｃを有す
るパターンである。

【００４０】図４は、請求項５，６記載の磁束検出用プ
ローブの実施の１形態を示す図である。

【００４１】図３（ａ）に示す磁束検出用コイルを構成
する導電性の薄膜パターンの共通端子部２３とともに端
子２１，２２を差動回路１８に接続する。この実施の形
態においても検出されるべき磁束は高周波成分を含み、
端子部２１，２２と差動回路１８との間にはそれぞれ図
２の形態におけると同様のインピーダンス抵抗器２０，
２０’が介在される。差動回路１８の出力は増幅回路１
９に入力させる。また増幅回路１９の出力は「スペクト
ラム・アナライザ」に入力される。差動回路１８と増幅
回路１９との間のインピーダンスを整合させることは勿
論である。

【００４２】図３（ａ）に示すループ状部分２４Ａ，２
４Ｂは、共通の直線状部分２３０に関して線対称的であ
るため、各ループ内で検出磁束の磁束密度が変化する
と、それに従う誘導ポテンシャルは、共通端子部２３に
対し端子部２１と２３が逆極性となる。また、電界の作
用により発生するポテンシャルは、共通端子部２３に対
して端子部２１と２２が同極性となる。

【００４３】ループ状部分２４Ａ，２４Ｂは微小であ
り、互いに近接し且つ線対称的に配置されているから、
各ループ状部分に発生する電圧の、磁束による成分と電
界の影響による成分とは、その絶対値が互いに等しい。

【００４４】従って、インピーダンス整合された２つの
端子間電圧を差動回路１８において減算すると図２の実
施の形態と同様、磁束による電磁誘導成分のみが残るか
ら、これを増幅回路１９により増幅しスペクトラム・ア
ナライザにより周波数分解すれば、磁束密度の変化を周
波数ごとに検出することができる。検出対象としての磁
束が高周波成分を含まないことが分かっている場合に
は、インピーダンス抵抗器２０，２０’を省略してもよ
い。

【００４５】図２，図４に示した実施の形態で、コイル
部分が「平衡回路」であるの対し、増幅回路１９および
スペクトラム・アナライザは一般に「不平衡回路」であ
るので、差動回路１８は「２つの入力信号（２つの端子
間電圧）の減算演算を行なうとともに、平衡回路と不平
衡回路を接続するバラン」の機能を備えている。

【００４６】図５，６には、請求項３記載の磁束検出用
コイルの実施の形態を示す。

【００４７】図５に示す実施の形態は、立方体形状のブ
ロック２５の「互いに直交する３つの面」に、図１
（ａ）に即して説明した形態の磁束検出用コイル２６
Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの絶縁性ウエハを貼り付けた構成で
ある。

【００４８】図６に示す実施の形態は、立方体形状のブ
ロック２５の「互いに直交する３つの面」に、図３
（ａ）に即して説明した形態の磁束検出用コイル２７
Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの絶縁性ウエハを貼り付けた構成で
ある。

【００４９】これら、図５，６の実施の形態における立
方体形状のブロック２５に代えて、別の形状のブロック
を用いても良い。３つの磁束検出用コイルは原理的に
は、その「法線ベクトル」が互いに独立となるように、
即ち「同一平面上に無い」ように組み合わせれば良い
が、磁束を３次元的に精度良く検出するには、演算の容
易さからしても、上記法線ベクトルが直交３軸となるよ
うに組み合わせるのが合理的である。

【００５０】図５，６に記載の形態において、各磁束検
出用コイルの２つの端子対をそれぞれ差動回路を介して
増幅回路に連結すれば、３次元的に磁束を検出できる磁
束検出プローブを構成できる（請求項７）。勿論、必要
に応じてインピーダンス抵抗器によるインピーダンス整
合を行ない、増幅回路と差動回路のインピーダンス整合
も行なう。

【００５１】上記の実施の形態において、導電性の薄膜
パターンは、公知の適宜の薄膜成膜技術（スパッタリン
グや真空蒸着等）と、薄膜のパターニング技術（ドライ
エッチングやウエットエッチング）とを利用して形成可
能である。薄膜の材料は導電性であればよく、アルミニ
ウムやステンレス、銅、や各種の合金等を良好に用いる
ことができる。また、絶縁性ウエハは、後述の石英ウエ
ハを初めとする種々の絶縁材料によるウエハを使用でき
る。

【００５２】

【実施例】

実施例１図１に示す形態例の磁束検出用コイルを以下のように作
製した。

【００５３】絶縁性ウエハ１７として、２ｍｍ×２ｍｍ
の大きさの「石英ウエハ」を用意した。その上に、アル
ミニウムの薄膜を「スパッタリング」により厚さ１μｍ
に形成した。

【００５４】このアルミニウム薄膜上に、図１（ａ）に
示すパターンをフォトレジストを用いて、フォトリソグ
ラフィによりパターニングし、その後、パターニングさ
れたフォトレジストのパターンをマスクとし、ＣＣｌ₄
ガスをエッチングガスとするドライエッチングを行な
い、マスクに覆われていないアルミニウム薄膜部分を除
去した。

【００５５】その後、フォトレジストによるマスクを除
去して、図１（ａ）に示すごとき形状の導電性の薄膜パ
ターンを得た。導電性の薄膜パターンにおける長方形形
状の各ループ状部分は長手方向：１ｍｍ、短手方向：
０．７ｍｍである。

【００５６】このようにして得られた磁束検出用コイル
を用いて、図２に示すごとき構成の磁束検出プローブを
構成し、ピンピッチや配線ピッチが１ｍｍ以下でＬＳＩ
が実装されたサーキットボードの漏洩磁束ノイズの検出
を極めて高い空間分解能で実現できた。

【００５７】実施例２図３に示す形態例の磁束検出用コイルを以下のように作
製した。

【００５８】絶縁性ウエハ１７として、２ｍｍ×２ｍｍ
の大きさの「石英ウエハ」を用意した。その上に、アル
ミニウムの薄膜を「スパッタリング」により厚さ１μｍ
に形成した。

【００５９】このアルミニウム薄膜上に、図３（ａ）に
示すパターンをフォトレジストを用いて、フォトリソグ
ラフィによりパターニングし、その後、パターニングさ
れたフォトレジストのパターンをマスクとし、ＣＣｌ₄
ガスをエッチングガスとするドライエッチングを行な
い、マスクに覆われていないアルミニウム薄膜部分を除
去した。

【００６０】その後、フォトレジストによるマスクを除
去し、図３（ａ）に示すごとき形状の導電性の薄膜パタ
ーンを得た。導電性の薄膜パターンにおける長方形形状
の各ループ状部分は長手方向：１ｍｍ、短手方向：０．
７ｍｍである。

【００６１】このようにして得られた磁束検出用コイル
を用いて、図４に示す如き構成の磁束検出プローブを構
成し、ピンピッチや配線ピッチが１ｍｍ以下でＬＳＩが
実装されたサーキットボードの漏洩磁束ノイズの検出を
極めて高い空間分解能で実現できた。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば磁束検出用コイルおよび磁束検出プローブを提供でき
る。

【００６３】請求項１，２記載の磁束検出用コイル、請
求項４，５記載の磁束検出プローブは、磁束検出におけ
る電界の影響を除去し、高い空間分解能で磁束検出を可
能とする。

【００６４】請求項３記載の磁束検出用コイル、請求項
７記載の磁束検出プローブは、磁束検出における電界の
影響を除去し、高い空間分解能で３次元的な磁束検出を
可能とする。

【００６５】請求項６記載の磁束検出プローブは高周波
数の磁束の検出を、電界の影響を除去し、高い空間分解
能で実現できる。

【００６６】勿論、この発明による磁束検出プローブ
は、ＯＡ機器等からの漏洩磁束の検出等に好適に使用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の磁束検出用コイルの実施の形態
を説明するための図である。

【図２】請求項４，６記載の磁束検出プローブの、実施
の形態を説明するための図である。

【図３】請求項２記載の磁束検出用コイルの実施の形態
を説明するための図である。

【図４】請求項５，６記載の磁束検出プローブの、実施
の形態を説明するための図である。

【図５】請求項３記載の磁束検出用コイルの実施の１形
態を説明するための図である。

【図６】請求項３記載の磁束検出用コイルの実施の別形
態を説明するための図である。

【符号の説明】

１５，１６微小なループ状部分１５Ａ，１５Ｂ端子部１６Ａ，１６Ｂ端子部１７絶縁性ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小なループ状部分とこれに連なる２つの
端子部が近接したループを１対、互いに近接させて線対
称的に配置したパターンを、絶縁性ウエハの面上に導電
性の薄膜パターンとして形成したことを特徴とする磁束
検出用コイル。
【請求項２】共通端子部に連なる直線状部分の両側に、
この直線状部分を共通部分として、且つ直線状部分に対
して線対称的に微小なループ状部分およびこれに連なる
端子部とを有するループパターンを、絶縁性ウエハの面
状に導電性の薄膜パターンとして形成したことを特徴と
する磁束検出用コイル。
【請求項３】請求項１または２記載の磁束検出用コイル
を３つ、導電性の薄膜パターン形成面が互いに直交する
ように組み合わせて一体化してなる、磁束を３次元的に
検出するための磁束検出用コイル。
【請求項４】請求項１記載の磁束検出用コイルの、２対
の端子対の端子間電圧の差を出力する差動回路と、この
差動回路の出力を増幅する増幅回路とを有する磁束検出
プローブ。
【請求項５】請求項２記載の磁束検出用コイルの、２対
の端子対の端子間電圧の差を出力する差動回路と、この
差動回路の出力を増幅する増幅回路とを有する磁束検出
プローブ。
【請求項６】請求項４または５記載の磁束検出プローブ
において、２対の端子対の各端子間電圧を差動回路に対
してインピーダンス整合させるための１対のインピーダ
ンス抵抗器を有し、高周波の磁束を検出できる磁束検出
プローブ。
【請求項７】請求項４または５または６記載の磁束検出
プローブを３つ、各磁束検出プローブの磁束検出用コイ
ルの導電性の薄膜パターン形成面が互いに直交するよう
に組み合わせた、磁束を３次元的に検出するための磁束
検出プローブ。