磁気センサー、磁気式エンコーダー、及び磁気センサーの製造方法
【課題】 工業的量産性に優れ、高い摺動性を有するセンサー基板を備える磁気センサーを製造する。
【解決手段】 Ｓｉウェハ上に形成した検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、前記フォトレジストを加熱して稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして前記凸曲面の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、前記Ｓｉウェハを切断して前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有する矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法を用いる。
【解決手段】 Ｓｉウェハ上に形成した検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、前記フォトレジストを加熱して稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして前記凸曲面の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、前記Ｓｉウェハを切断して前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有する矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を得ることができる磁気式エンコーダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可動部材の変位や速度を精密に検出し帰還制御を行う機械装置は多い。一例として、オートフォーカスカメラ用のレンズ鏡筒がある。レンズ鏡筒内には、電動モーターや超音波モーターで合焦用レンズを進退させるフォーカス機構が設けられている。フォーカス機構を構成する回転筒の回転変位を検出するには、磁気媒体の移動量（すなわち、合焦用レンズ群の進退量）を高精度に検出するため、磁気式エンコーダーが使われている。
【０００３】
高精度に変位検出するため、磁気式エンコーダーには高い分解能が要求される。分解能は磁気媒体の着磁ピッチで表すこともでき、その着磁ピッチは従来３０〜５０μｍであったのが、１０〜２０μｍさらに１０μｍ以下が求められて来ている。高分解能化を進めるに従い、磁気媒体と検出素子の間隔であるギャップの影響が大きくなり、ギャップ変動をなくすことが必要となってくる。そのため、磁気媒体と検出素子を接触させて摺動させる方式が有利であり、多く採用されている。
【０００４】
本願において、磁気センサーと磁気媒体の位置関係の説明を解りやすくするため、磁気媒体と磁気センサーが相対的に往復移動する方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直な方向の内、磁気媒体の曲率中心と交わる方向をＺ軸、他方をＹ軸と定義する。磁気媒体が曲面である場合、Ｘ軸は磁気センサーと接触している点における磁気媒体の接線方向をＸ軸とする。また、磁気センサーを磁気媒体に押し当てる力が加わる点（加圧点）が、Ｚ軸上に位置するときをＸ軸の原点とし、Ｘ軸原点からＸ方向への位置ずれ（すなわち加圧点のずれ）をＸオフセットと定義する。更に、磁気センサーの摺動面と磁気媒体の相対姿勢の説明を解りやすくするため、摺動面がＸ軸を回転軸として回転する角度をピッチ角、Ｙ軸を回転軸として回転する角度をロール角とし、摺動面がＸ軸に平行なとき、ロール角を０度、Ｙ軸に平行なとき、ピッチ角を０度と定義する。
【０００５】
特許文献１には、検出素子のＸオフセットとロール角によるギャップ変動を低減する方法が開示されている。検出素子の摺動方向の幅ｗが、着磁ピッチの２〜１５倍で、０．０４〜０．３ｍｍと非常に狭い検出素子を提案している。磁気媒体と接する検出素子の摺動方向幅を０．３ｍｍ以下と小さくすることで、Ｘオフセットやロール角変動によるギャップ変動を減らし、信号出力振幅の安定化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６４３８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７８３９号公報
【特許文献３】特開２００６−２３４５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の様に摺動方向の幅を０．３ｍｍ以下と小さくすることで、Ｘオフセットやロール角の変動があっても、ギャップ変動を抑えることはできるが、実装する上で次の様な問題が発生している。摺動方向の幅ｗが小さいため、検出素子の摺動方向の両端の稜部が磁気媒体と接触し易くなるので、稜部に面取りを施す必要がある。従来の検出素子は、ウェハ上に素子を形成した後、砥石でウェハを切断して得られた。しかし、稜部に面取り面の形成を行うには検出素子を有する個々の基体単体にしてから行う必要があり、製造コスト低減が難しい。
【０００８】
特許文献２は１列に連なったセンサーチップをワイヤで研磨する方法を開示している。しかし、ワイヤの断面形状を反映して面取り面が凹面になり易く、研磨してもエッジが残る可能性があり、磁気媒体と摺動させる際に高い摺動性を得ることが難しい。例えば、図９のセンサー基板３１０に示すように、Ｓｉ基板３０１上にＧＭＲセンサー３０２を形成し、被覆３０３を覆った後に、Ｓｉ基板の角に研削用ワイヤーで面取りを施すと、断面が凹面の面取り面３０７が形成される恐れがある。
【０００９】
特許文献３はセンサーチップの両側にダミーチップを配しているが、センサーチップ自体のエッジは媒体対向面に露出して残っている。円筒面の一部を構成する磁気媒体の曲面に対してはエッジが接触する可能性がある。センサーチップと同等の大きさの部品を２個追加するため、組立工程が複雑になり、製造コスト低減が難しい。
【００１０】
本発明は、工業的量産性に優れ、高い摺動性を有する磁気センサー、それを用いた磁気式エンコーダおよび磁気センサーの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気センサーは、磁気媒体に摺動させるセンサー基板と、前記センサー基板を設ける配線基板と、前記配線基板を介して前記センサー基板を支持するセンサー保持板と、前記配線基板に接続されるフレキシブルケーブルとを備え、
前記センサー基板は、磁気媒体と摺動させる検出面の稜にＲ面取りが施されており、
Ｒ面取りされた面は磁気媒体に対向する凸曲面であり、Ｒａ＜１ｎｍの面粗さを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記Ｒ面取りされた面は、ドライエッチングで形成された面であることが望ましい。
【００１３】
前記センサー基板（センサーチップ）には、巨大磁気抵抗効果を利用した検出素子を有することが望ましい。センサー基板の幅ｗは０．６ｍｍ以上が好ましい。ｗは媒体が摺動するＸ方向における幅寸法であり、図２でいうとＡ−Ａ´に沿った向きの寸法に相当する。一対のＲ面取り面の間にある検出面は、摺動面となる箇所が平面または凸曲面の少なくとも１つで連続的に構成されており、エッジや凹面を含まない。検出素子を被覆した被膜の面が検出面に相当する。
【００１４】
本発明の磁気式エンコーダーは、前記磁気センサーと磁気媒体を用い、カメラ用レンズ鏡筒の回転変位を検知することを特徴とする。
【００１５】
本発明の磁気センサーの製造方法は、Ｓｉウェハ上に形成した磁気センサーを構成する検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、
前記フォトレジストを加熱して、稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして、前記凸曲面の形状の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、
前記Ｓｉウェハを切断して、前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有すると共に、凸曲面がＲａ＜１ｎｍの面粗さを備える矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の磁気センサーの製造方法は、巨大磁気抵抗効果を用いた検出素子をＳｉウェハに形成する工程と、
前記検出素子を矩形状のフォトレジストで被覆する工程と、
前記矩形状のフォトレジストを加熱して稜線の角を丸めて、凸曲面の稜を有するレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターン及び前記Ｓｉウェハをドライエッチングすることにより、レジストパターンの残部及びＳｉウェハに前記凸曲面の稜の形状を転写する工程と、
前記レジストパターンの残部を除去する工程と、
前記Ｓｉウェハに転写された凸曲面の稜の少なくとも一部を残すように、前記Ｓｉウェハを切断し、稜に面粗さＲａ＜１ｎｍのＲ面取りの施された矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の磁気式エンコーダーは、センサー保持板に垂直な方向において、磁気媒体に対して５０ｍＮ以上８００ｍＮ以下の押し付け荷重を有することが好ましい。
【００１８】
５０ｍＮ未満、すなわち５ｇｆ未満では、磁気媒体に対する検出素子の押付け荷重力が小さ過ぎるため、摺動時に検出面が磁気媒体面から離れ、出力電圧が変動するという問題が発生する。これは、磁気媒体の表面の僅かなうねりや凸部での飛び跳ね、外力による離れ等で起こる。８００ｍＮ、すなわち８２ｇｆを超えると検出素子の飛び跳ねや、外力による離れは押させることできるが、耐磨耗性の問題が発生する。プラスチックフィルム上に磁性体をコーティングした磁気媒体では、荷重を上げると磁気媒体表面が変形し検出素子の幅が小さい場合、検出素子の摺動方向側の端部（稜部）で、磁性体を削る現象が起こり、耐摩耗性が急激に悪化する。
【００１９】
磁気媒体表面が変形する荷重値は次のようにして求めることができる。曲率半径２５ｍｍの磁気媒体表面に透明ガラス板を押し当て、透明ガラスと磁気媒体の接触幅が０．５ｍｍになる荷重を求める。透明ガラスの裏面から観察したときに、磁気媒体が透明ガラス表面に密着している領域と、密着せず離隔している領域の違いが、透明ガラス裏面の側より視覚的にも明瞭に判別できる。そこで密着している領域の幅を接触幅と定義する。接触幅が０．５ｍｍで、磁気媒体表面が変形したとした。磁気媒体の幅方向は３ｍｍとした。また、磁気媒体の表面は平均面粗さＲａで約１μｍである。磁気媒体のプラスチックフィルムはＰＥＴで２００μｍ厚、磁性体は平均粒径１μｍから１０μｍのストロンチュームフェライト粉末を、３０μｍ厚に塗布したものである。変形が始まる押し当て荷重は１１３６ｍＮ（１１６ｇｆ）であり、接触している面積から磁気媒体が変形を起こす単位当たりの荷重は、７５７ｍＮ／ｍｍ２である。安全率を考え押し当て荷重は８００ｍＮ（８２ｇｆ）以下とし、約５３０ｍＮ／ｍｍ２以下とすることが好ましい。単位当たりの荷重値を５３０ｍＮ／ｍｍ２以下とすることで、センサー基板による磁気媒体表面の変形が起こらない。言い換えると、センサー基板の長手方向寸法を固定して、単位面積当たりの荷重値を５３０ｍＮ／ｍｍ２とした場合、センサー基板の摺動方向の幅は０．５ｍｍ以上とする必要がある。
【００２０】
センサー保持部の略中心部が、磁気媒体に押し付け荷重を与える荷重点になる。この荷重点に検出素子を配すると、磁気媒体との相対的な往復移動に対し、移動方向による検出素子の出力の差を最小限にすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、工業的量産性に優れ、高い摺動性を有する磁気センサー、それを用いた磁気式エンコーダおよび磁気センサーの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】センサー基板の製造工程を説明する概略図である。
【図２】実施例のセンサー基板の上面図である。
【図３】図２のセンサー基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図２のセンサー基板を設けた配線基板の斜視図である。
【図５】実施例の磁気式エンコーダの概略図である。
【図６】図５の磁気式エンコーダの側面図である。
【図７】参考例のセンサー基板の断面図である。
【図８】センサー基板の位置ズレについて概略を説明する断面図である。
【図９】比較例のセンサー基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら実施例を詳細に説明する。本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。判り易くするため、同一の部品又は部位には同じ符号を用いる。一対となっている部位には、左右のどちら側であるかを示す為に、符号の後にａ又はｂ等のアルファベットを付した。例えば符号５０であれば５０ａと５０ｂが対応する。
【００２４】
（実施例１）
図１はセンサー基板の製造工程を説明する概略図である。
まず、６インチ径のシリコンウェハ１の一方の面上に熱酸化で酸化シリコン膜を形成し、おって検出素子であるＧＭＲ素子を形成したい箇所にのみ、パターニングした酸化シリコン膜（図示を省略した）を残した。ついで、フォトリソ技術、真空成膜技術およびエッチング技術を用いて、配線やＧＭＲ素子を含むＧＭＲセンサー２を複数個（数千）形成した。ＧＭＲセンサーは電極端子を除いて酸化物の保護膜である被覆３で覆うものとした。
【００２５】
（工程Ｓ１）ついで、被覆３を有するＧＭＲセンサー２を覆うように、シリコンウェハ上にフォトレジスト膜を塗布し、プリベークを行った。ｉ線ステッパーを用い、フォトマスクを通して露光した後、数分間現像を行い、矩形状のフォトレジスト４の膜を形成した。なお、図１のプロセスで形成されたセンサー基板の断面は、図２のＡ−Ａ´断面に模式的に対応している。
【００２６】
（工程Ｓ２）ついで、フォトレジスト４の膜を１２０℃の温度で１５０ｓｅｃかけて加熱ベークした（所謂、リフローを行った。）。このとき、加熱の影響でフォトレジストの流動性が高くなり、表面張力で矩形の稜が丸くなった。加熱を終了すると、稜の丸みを維持した状態で固化し、レジストパターン５を得た。
【００２７】
（工程Ｓ３）ついで、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチング装置で、ＣＦ４ガスを５０ｓｃｃｍ，酸素ガス１０ｓｃｃｍの流量で用いながら、レジストパターン５及びシリコンウェハ１の露出面に対してプラズマ６でドライエッチングを行った。レジストパターン５で被覆されていない箇所は前記酸化シリコン膜も無いので、エッチングが進み、シリコンウェハに溝部が形成されていった。溝部の内壁面が所定のＲ形状７’となったら、エッチングを終了した。レジストパターンはＧＭＲセンサー２が露出しない範囲でエッチングされるにとどめた。
【００２８】
（工程Ｓ４）ついで、残っていたレジストパターンを溶剤で除去した。
（工程Ｓ５）ついで、エッチングで形成された溝部１ａにおいて、ダイサーでシリコンウェハを切断し、矩形状の基部１ｂを切り分けた。その結果、基部の側は、ドライエッチングで稜線にＲ面取りが施されたセンサー基板になった。この切り分けでは、隣り合うＧＭＲセンサー２同士の分離も行うので、１つのＧＭＲセンサー２を備えるセンサー基板を複数個得た。なお、工程Ｓ５の図示は、図１で省略した。
【００２９】
レジストパターン５の稜のＲ面の形状を、溝部のＲ形状に正確に転写するために、ドライエッチングのレートがシリコンウェハと同等のフォトレジストを用いる。異種の相或いは粒構造が組み合わさった複合材のウェハ（例えば、薄膜磁気ヘッド用のアルチック基板）は、相或いは粒構造毎にドライエッチングのレートが異なるので、滑らかなＲ形状の面に仕上げるうえで、本発明に適用することは好ましくない。
【００３０】
図２は、図１の製造工程を用いて作製したセンサー基板１０の上面図である。センサー基板１０の媒体対向側の面と、切断で得られた側面との間には、Ｒ面取り部７が形成されている。ＧＭＲセンサー２は複数個のＧＭＲ素子２ａでブリッジ回路を構成しており、配線膜２ｂを介して電極パッド２ｃに接続されている。各々のＧＭＲ素子２ａは、詳しくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子となる積層膜で構成されている。センサー基板の幅ｗ０．５ｍｍ、センサー基板の長さ３．０ｍｍとした。幅ｗはＡ−Ａ’方向、すなわち摺動方向における寸法である。長さは、図２ではセンサー基板の長手方向寸法であり、ｗに直交する。
【００３１】
図３は、図２のセンサー基板１０のＡ−Ａ’断面図である。ＧＭＲセンサー２の詳細を簡略化して図示している。シリコン基板１ｃでＧＭＲセンサー２を形成された面の両側の稜にはＲ面取り部が形成されている。ＳｉＯ２の被覆３の端は滑らかなテーパーとなるように形成した。平坦な領域での被覆厚さは約２μｍとした。ＧＭＲ素子や配線を含めても数μｍ厚であり、センサー基板の厚さ＝ウェハの厚さと見なしても差し支えない。ＧＭＲ素子上のＳｉＯ２膜は磁気シート６０の表面との磁気的なギャップとなっている。Ｒ面取り面の間にある検出面は、平面と滑らかな凸曲面で構成されている。
【００３２】
図４は、図２のセンサー基板１０とそれを設けた配線基板２０の斜視図である。配線基板２０は配線回路を作りこんだガラスエポキシ基板であり、センサー基板の電極パッド２ｃと配線基板の配線パッド２１とをボンディングワイヤー２３を介して導通させている。配線パッド２１と配線端子２２は対になっており、配線基板内で電気的に接続されている。電極パッド２ｃにＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を直接接続することはサイズの違いから難しい。そこで配線基板を設けた。配線端子には無鉛半田を介してＦＰＣを接続する。
【００３３】
図５に実施例の磁気式エンコーダの概略図を示す。磁気媒体である磁気シート６０、ＧＭＲ素子２ａを有するセンサー基板１０、ガラスエポキシ配線基板２０、センサー保持板３０および取り付け台５０について、磁気媒体側から見たときの配置を示す。判り易くするために、透視した磁気シート６０を点線で示し、センサー保持板３０の背面に隠れている取り付け台５０を鎖線で示す。取り付け台はカメラ用レンズ鏡筒の一部分に相当する。
【００３４】
図５において、センサー保持板３０は、固定部３７に形成した孔３９ａ，３９ｂを用いて取り付け台５０ａ，５０ｂにねじ止めで固定した。センサー保持板３０を取り付け台に固定することで、磁気シート６０に対してセンサー基板１０を所定の位置に所定の荷重で押付ける。センサー保持板３０は一体の金属薄板からなる板バネで構成されており、具体的には、ガラスエポキシ配線基板２０を保持するセンサー保持部３１と、２本の弾性アーム部と、１つの固定部３７という部位を備える。
【００３５】
弾性アーム部を剛性の高い別の部材で作製して組み立てる場合やセンサー保持板のほかにピボットを併用する場合に比べて、一体の板バネからなるセンサー保持板は薄型化を図っている。また、一体の板バネからなるセンサー保持板は、センサー基板の姿勢角変動を低減し、部品点数の低減及び組立コストの低減にも寄与している。このセンサー保持板を磁気式エンコーダに使う際には、平板の状態で用いる。バネ性を高めようと、予め曲げておいてＺ方向（厚さ方向）で立体的な構造にすると、加工コストが増加するだけでなく、磁気式エンコーダの組立工程を経ることによる不測の変形により、バネ荷重にバラツキが生じ、姿勢角にもバラツキを生じるので、好ましくない。
【００３６】
前記弾性アーム部は、弾性変形部３２と支持部３３で構成されている。Ｌ４の寸法補助線（図５では下方の側の補助線）を仮想的に延長すると、その線は支持部３３と固定部３７の境界に相当する。弾性変形部は、Ｍ２に沿った向きに延びており、Ｌ２に沿った向きで蛇行するつづら折り形状である。それらのピッチ方向の回転軸を一点鎖線で示す。この一点鎖線がセンサー保持部３１のピッチ方向の回転軸となるよう、センサー保持部３１の両側にはそれぞれ弾性変形部３２ａ，３２ｂが連なっている。それぞれの弾性変形部３２の他方の端は、片持ち梁として機能する支持部３３で支持され、支持部は固定部３７に接合するよう連なっている。
【００３７】
弾性変形部３２は、センサー基板１０を磁気シート６０に押し付ける際に、バネ荷重を発生する部位となり、磁気シート６０とセンサー基板１０の摺動を安定させる。また、弾性変形部３２は、ピッチ剛性を小さくすることが出来るので、ピッチ角変動に対して、エアギャップの広がりを抑えることができる。
【００３８】
センサー基板１０中のＧＭＲ素子２ａの中心（一点鎖線の中心線と２点鎖線の交点）は、弾性変形部３２のピッチ方向の回転軸（Ｙ軸に平行な１点鎖線）よりも、磁気シートの縁６０ａの側にある。これの位置関係を採用することで、ＧＭＲ素子２ａにおいてピッチ角変動の影響を抑制することができ、そして、センサー基板を磁気シートに押し付ける際に支持部３３が変形することを抑制することができる。
【００３９】
一対の支持部３３ａ，３３ｂの端は、固定部３７に接続されている。そして、支持部３３は、弾性変形部を支持する交差部３４と、交差部３４と固定部の間にある太幅部３５及び広幅部３６で構成されている。前記交差部３４において、弾性変形部３２と接続する箇所の両側にはＸ軸方向にスリットを設ける。スリット３３ｓを形成した領域では交差部の幅Ｍ１は、交差部の残りの部分における幅Ｍ２よりも小さい。スリット３３ｓを設けると、衝撃等の外力が加わっても、弾性変形部と交差部の接続箇所に応力が集中することが抑制される。交差部の大部分において幅を太くしてＭ２としているので、支持部が等幅の細いアームで延伸された構成に比べて、剛性が高められている。広幅部３６においては、衝撃等の外力で配線基板２０が傾いたときのためのスペース３６ｓを確保するべく、配線基板２０を避けられる程度に内側（中心線側）に向けて、幅Ｍ３を拡幅して剛性を高めている。広幅部３６においては、外側に向けて更に幅を（Ｍ３＋Ｍ４）まで拡幅して固定部３７との間を埋めることで、剛性の向上に寄与している。広幅部３６に設けた小さい方の孔３８はセンサー保持板の仮止めに利用するものであり、確実に固定するための孔ではない。
【００４０】
このように支持部を、その付け根に向って拡幅することで、剛性を高め、センサー基板１０がロール方向で傾くことを抑制する。この剛性向上により、平板の板バネの状態で用いても、薄型且つピボットレスで用いることができる。Ｙ軸方向に平行な一点鎖線は、センサー保持部３１の中心と固定部３７の中心を結ぶ中心線に相当する。弾性アーム部同士は中心線に対して対称に形成した。
【００４１】
図５において、センサー基板１０の下方の端近傍には電極パッドを有し、配線基板２０とはワイヤー配線を介して導通させ、配線基板２０の配線端子には無鉛はんだを介してＦＰＣ４０と導通させている（無鉛はんだはＦＰＣで隠されるので、図５では表示されていない）。ＦＰＣ４０は樹脂５１によって固定部３７の下方の端に支持されている。ＧＭＲ素子２ａからの電気信号は、配線基板２０及びＦＰＣ４０を介して、外部に取り出している。ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）は配線基板２０と樹脂５１の間で細幅にしている。この細幅化によって、ピッチ方向におけるセンサー保持板の動作を妨げないようにしている。太い幅のＦＰＣを用いると、ＦＰＣの剛性が支配的となり、センサー保持板を磁気シートと平行に対面させるように弾性変形部が作用することは妨げられる傾向にあるので好ましくない。
【００４２】
Ｌ０は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸とＧＭＲ素子の中心との距離であり、Ｘ方向に沿った１点鎖線と２点鎖線の間隔に相当する。Ｌ１は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸から磁気シートの縁６０ａ（固定部に近い側の縁）までの距離に相当する。Ｌ２は弾性変形部のピッチ方向の回転軸（Ｘ軸に沿った向きの１点鎖線）から交差部３４の付け根（太幅部３５との境界）までの寸法に相当する。Ｌ３は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から太幅部３５の付け根（広幅部３６との境界）までの寸法に相当する。Ｌ４は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から広幅部３６の付け根（固定部３７との境界）までの寸法に相当する。
【００４３】
図６は、図５の左から右に向って（Ｙ軸の負の向き）、磁気媒体側から見たときの側面図である。磁気シート６０にセンサー基板１０を押し当てて、弾性変形部を撓ませた状態である。磁気シート６０をカメラ用のレンズ鏡筒に設けると、図示した回転方向における変位を磁気センサーで検出することができる。
【００４４】
図５に係る磁気シート６０は、テープ状のプラスチックフィルム上に磁性体をコーティングしたものを、所定の曲率を有する非磁性面に接着剤で固着して作製した。磁気シートの幅Ｗｂは３ｍｍ、磁気シート表面の曲率半径は２７．５ｍｍとした。
【００４５】
（参考例１）
図７の（ａ）は、参考例１のセンサー基板１１０の断面図である。Ｓｉ基板１０１ｃの上にＧＭＲセンサー１０２とそれを覆う被覆１０３を形成した。図３の実施例と異なる点は、Ｓｉ基板１０１ｃの稜に斜面の面取り部１０７ａを形成した為、角がエッジ１０７ｂとなったことである。面取り部１０７ａのテーパーはウェットエッチング加工で形成した。具体的には、テーパー面を形成したい稜の部位以外はレジストでマスクして、Ｓｉ基板の稜にＫＯＨ溶液で異方性エッチングを施して、テーパー面を形成した。このセンサー基板１１０を図６のセンサー基板１０と交換して、磁気シート６０に往復移動を行わせたところ、センサー基板１１０のテーパー面の角はエッジを構成し、磁気シートを削ってしまうという問題が発生した。
【００４６】
（参考例２）
図７の（ｂ）は、参考例２のセンサー基板２１０の断面図である。Ｓｉ基板２０１ｃの上にＧＭＲセンサー２０２とそれを覆う被覆２０３を形成した。図３の実施例と異なる点は、Ｓｉ基板２０１ｃの稜にＲ面取りのブレンド加工部２０７を形成したことである。ブレンド加工部２０７は、ラッピングテープ（＃１００００）をＳｉ基板の稜に押し付けながら往復移動させることで形成した。参考例２の面取り条件は２通りを検討した。各条件毎に、センサー基板１１０を図６のセンサー基板１０と交換して、磁気シート６０に往復移動を行わせた。結果を表１のＮｏ．３及びＮｏ．４に示す。
【００４７】
図８は、センサー基板の位置ズレについて概略を説明する断面図である。図８（ａ）はカメラ用のレンズ鏡筒６１の一部に貼り付けて固着した磁気シート６０と、センサー基板１１０とが、摺動する様子を示している。図８（ｂ）はカメラに衝撃等の外力が加わったときに、センサー基板が符号１１０’で示した位置までずれる様子を示している。このような場合、センサー基板が元の位置に戻ろうとするが、センサー基板の稜にエッジがあると、磁気シートを傷つけてしまう恐れがある。そこで、図７（ａ）参考例１及び図８（ｃ）に示すように、センサー基板１１０の角を落としてテーパー面を形成することを検討した。ａはテーパー面の幅（センサー基板の媒体対向面に平行な向きにおける寸法）、ｂはテーパー面の深さ（センサー基板の厚さ方向における寸法）を表す。図８（ｄ）に示すように、テーパー面が磁気シート６０の面と接することで、損傷を回避することを期待したが、表１のＮｏ．２に示すように良い結果を得ることは出来なかった。なお、平坦なテーパー面に代えてワイヤー研磨による凹曲面の面取り面についても検討したが、エッジを形成することに変りはなく、評価項目の結果は同様であった。
【００４８】
表１は、実施例と参考例について、摺動性等を比較した結果である。面取り箇所における幅及び深さは図８の説明のａ及びｂと同様である。表１のＮｏ．１は実施例１であり、ＲａはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、センサー基板の媒体対向側の面に垂直な向きからみて、面取り面のうち、任意に選択した１０μｍ×１０μｍ四方の面積内をスキャンして測定した。同じウェハから得た１０個のサンプルについて測定したところ、Ｒａの平均値は０．６ｎｍとなり、評価項目も良好な結果を得た。低コスト、高品質で量産性が高く、高い摺動性も得られた。気相エッチングされた実施例１のセンサー基板のＲ面取り面はＲａが１ｎｍ未満であるが、磁気シート６０に吸着するという問題（スティッキング）は発生しなかった。
【００４９】
図７の（ａ）の構成でテストした表１の評価項目のうち、摺動性○は２万回の往復でも問題なかったが、摺動性×は１回目の往復でびびりが発生し、使用に耐えなかった。びびり○はびびりが発生しなかったものを示し、びびり×は引っ掛りと振動を生じて適切にセンサー基板の摺動動作を行えなかったものを示している。コスト○はウェハプロセスの途中にドライエッチング（気相エッチング）工程を追加する為に多数の面取りを一括でウェハに適用することができるため、加工工数やコストの増加が抑制されたことを示している。コスト×は、テーパー加工及びブレンド加工のいずれも、ウェハ単位での一括面取りはできず、加工コストが増大してしまったことを示している。Ｎｏ．４のブレンド加工は深さを大きくすることで摺動性については良い結果を得ることができたが、機械加工により微小な塵（パーティクル）が発生する。パーティクルを除去するための洗浄を伴うため、加工にかかる工数やコストは更に増加した。
【００５０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５１】
磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を求めることができる磁気式エンコーダーとして、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：シリコンウェハ、
１ａ：溝部、
１ｂ：基部、
１ｃ：シリコン基板、
２：ＧＭＲセンサー、
２ａ：ＧＭＲ素子、
２ｂ：配線膜、
２ｃ：電極パッド、
３：被覆、
４：フォトレジスト、
５：レジストパターン、
６：プラズマ、
７：Ｒ面取り部、
７’：Ｒ形状、
１０：センサー基板、
１１：媒体対向側の面、
２０：配線基板、
３０：センサー保持板、
３０’：センサー保持板、
３０’’：センサー保持板、
３１：センサー保持部、
３２ａ，３２ｂ：弾性変形部、
３２ｅ，３２ｆ：弾性変形部、
３２ｄ：弾性変形部、
３３ａ，３３ｂ：支持部、
３３ｓ：スリット、
３４ａ，３４ｂ：交差部、
３５ａ，３５ｂ：太幅部、
３６ａ，３６ｂ：広幅部、
３６ｓ：スペース、
３７：固定部、
３８：孔、
３９ａ，３９ｂ：孔、
４０：ＦＰＣ、
４１：樹脂、
５０ａ、５０ｂ：取り付け台、
６０：磁気シート、
６０ａ：磁気シートの縁、
６１：鏡筒、
１０１ｃ：Ｓｉ基板、
１０２：ＧＭＲセンサー、
１０３：被覆、
１０７ａ：面取り部、
１０７ｂ：エッジ、
１１０：センサー基板、
１３０：センサー保持板、
１３３ａ，１３３ｂ：支持部、
１３３ｓ：スリット
２０１ｃ：Ｓｉ基板、
２０２：ＧＭＲセンサー、
２０３：被覆、
２０７：ブレンド加工部、
２１０：センサー基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を得ることができる磁気式エンコーダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可動部材の変位や速度を精密に検出し帰還制御を行う機械装置は多い。一例として、オートフォーカスカメラ用のレンズ鏡筒がある。レンズ鏡筒内には、電動モーターや超音波モーターで合焦用レンズを進退させるフォーカス機構が設けられている。フォーカス機構を構成する回転筒の回転変位を検出するには、磁気媒体の移動量（すなわち、合焦用レンズ群の進退量）を高精度に検出するため、磁気式エンコーダーが使われている。
【０００３】
高精度に変位検出するため、磁気式エンコーダーには高い分解能が要求される。分解能は磁気媒体の着磁ピッチで表すこともでき、その着磁ピッチは従来３０〜５０μｍであったのが、１０〜２０μｍさらに１０μｍ以下が求められて来ている。高分解能化を進めるに従い、磁気媒体と検出素子の間隔であるギャップの影響が大きくなり、ギャップ変動をなくすことが必要となってくる。そのため、磁気媒体と検出素子を接触させて摺動させる方式が有利であり、多く採用されている。
【０００４】
本願において、磁気センサーと磁気媒体の位置関係の説明を解りやすくするため、磁気媒体と磁気センサーが相対的に往復移動する方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直な方向の内、磁気媒体の曲率中心と交わる方向をＺ軸、他方をＹ軸と定義する。磁気媒体が曲面である場合、Ｘ軸は磁気センサーと接触している点における磁気媒体の接線方向をＸ軸とする。また、磁気センサーを磁気媒体に押し当てる力が加わる点（加圧点）が、Ｚ軸上に位置するときをＸ軸の原点とし、Ｘ軸原点からＸ方向への位置ずれ（すなわち加圧点のずれ）をＸオフセットと定義する。更に、磁気センサーの摺動面と磁気媒体の相対姿勢の説明を解りやすくするため、摺動面がＸ軸を回転軸として回転する角度をピッチ角、Ｙ軸を回転軸として回転する角度をロール角とし、摺動面がＸ軸に平行なとき、ロール角を０度、Ｙ軸に平行なとき、ピッチ角を０度と定義する。
【０００５】
特許文献１には、検出素子のＸオフセットとロール角によるギャップ変動を低減する方法が開示されている。検出素子の摺動方向の幅ｗが、着磁ピッチの２〜１５倍で、０．０４〜０．３ｍｍと非常に狭い検出素子を提案している。磁気媒体と接する検出素子の摺動方向幅を０．３ｍｍ以下と小さくすることで、Ｘオフセットやロール角変動によるギャップ変動を減らし、信号出力振幅の安定化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６４３８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７８３９号公報
【特許文献３】特開２００６−２３４５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の様に摺動方向の幅を０．３ｍｍ以下と小さくすることで、Ｘオフセットやロール角の変動があっても、ギャップ変動を抑えることはできるが、実装する上で次の様な問題が発生している。摺動方向の幅ｗが小さいため、検出素子の摺動方向の両端の稜部が磁気媒体と接触し易くなるので、稜部に面取りを施す必要がある。従来の検出素子は、ウェハ上に素子を形成した後、砥石でウェハを切断して得られた。しかし、稜部に面取り面の形成を行うには検出素子を有する個々の基体単体にしてから行う必要があり、製造コスト低減が難しい。
【０００８】
特許文献２は１列に連なったセンサーチップをワイヤで研磨する方法を開示している。しかし、ワイヤの断面形状を反映して面取り面が凹面になり易く、研磨してもエッジが残る可能性があり、磁気媒体と摺動させる際に高い摺動性を得ることが難しい。例えば、図９のセンサー基板３１０に示すように、Ｓｉ基板３０１上にＧＭＲセンサー３０２を形成し、被覆３０３を覆った後に、Ｓｉ基板の角に研削用ワイヤーで面取りを施すと、断面が凹面の面取り面３０７が形成される恐れがある。
【０００９】
特許文献３はセンサーチップの両側にダミーチップを配しているが、センサーチップ自体のエッジは媒体対向面に露出して残っている。円筒面の一部を構成する磁気媒体の曲面に対してはエッジが接触する可能性がある。センサーチップと同等の大きさの部品を２個追加するため、組立工程が複雑になり、製造コスト低減が難しい。
【００１０】
本発明は、工業的量産性に優れ、高い摺動性を有する磁気センサー、それを用いた磁気式エンコーダおよび磁気センサーの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気センサーは、磁気媒体に摺動させるセンサー基板と、前記センサー基板を設ける配線基板と、前記配線基板を介して前記センサー基板を支持するセンサー保持板と、前記配線基板に接続されるフレキシブルケーブルとを備え、
前記センサー基板は、磁気媒体と摺動させる検出面の稜にＲ面取りが施されており、
Ｒ面取りされた面は磁気媒体に対向する凸曲面であり、Ｒａ＜１ｎｍの面粗さを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記Ｒ面取りされた面は、ドライエッチングで形成された面であることが望ましい。
【００１３】
前記センサー基板（センサーチップ）には、巨大磁気抵抗効果を利用した検出素子を有することが望ましい。センサー基板の幅ｗは０．６ｍｍ以上が好ましい。ｗは媒体が摺動するＸ方向における幅寸法であり、図２でいうとＡ−Ａ´に沿った向きの寸法に相当する。一対のＲ面取り面の間にある検出面は、摺動面となる箇所が平面または凸曲面の少なくとも１つで連続的に構成されており、エッジや凹面を含まない。検出素子を被覆した被膜の面が検出面に相当する。
【００１４】
本発明の磁気式エンコーダーは、前記磁気センサーと磁気媒体を用い、カメラ用レンズ鏡筒の回転変位を検知することを特徴とする。
【００１５】
本発明の磁気センサーの製造方法は、Ｓｉウェハ上に形成した磁気センサーを構成する検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、
前記フォトレジストを加熱して、稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして、前記凸曲面の形状の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、
前記Ｓｉウェハを切断して、前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有すると共に、凸曲面がＲａ＜１ｎｍの面粗さを備える矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の磁気センサーの製造方法は、巨大磁気抵抗効果を用いた検出素子をＳｉウェハに形成する工程と、
前記検出素子を矩形状のフォトレジストで被覆する工程と、
前記矩形状のフォトレジストを加熱して稜線の角を丸めて、凸曲面の稜を有するレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターン及び前記Ｓｉウェハをドライエッチングすることにより、レジストパターンの残部及びＳｉウェハに前記凸曲面の稜の形状を転写する工程と、
前記レジストパターンの残部を除去する工程と、
前記Ｓｉウェハに転写された凸曲面の稜の少なくとも一部を残すように、前記Ｓｉウェハを切断し、稜に面粗さＲａ＜１ｎｍのＲ面取りの施された矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の磁気式エンコーダーは、センサー保持板に垂直な方向において、磁気媒体に対して５０ｍＮ以上８００ｍＮ以下の押し付け荷重を有することが好ましい。
【００１８】
５０ｍＮ未満、すなわち５ｇｆ未満では、磁気媒体に対する検出素子の押付け荷重力が小さ過ぎるため、摺動時に検出面が磁気媒体面から離れ、出力電圧が変動するという問題が発生する。これは、磁気媒体の表面の僅かなうねりや凸部での飛び跳ね、外力による離れ等で起こる。８００ｍＮ、すなわち８２ｇｆを超えると検出素子の飛び跳ねや、外力による離れは押させることできるが、耐磨耗性の問題が発生する。プラスチックフィルム上に磁性体をコーティングした磁気媒体では、荷重を上げると磁気媒体表面が変形し検出素子の幅が小さい場合、検出素子の摺動方向側の端部（稜部）で、磁性体を削る現象が起こり、耐摩耗性が急激に悪化する。
【００１９】
磁気媒体表面が変形する荷重値は次のようにして求めることができる。曲率半径２５ｍｍの磁気媒体表面に透明ガラス板を押し当て、透明ガラスと磁気媒体の接触幅が０．５ｍｍになる荷重を求める。透明ガラスの裏面から観察したときに、磁気媒体が透明ガラス表面に密着している領域と、密着せず離隔している領域の違いが、透明ガラス裏面の側より視覚的にも明瞭に判別できる。そこで密着している領域の幅を接触幅と定義する。接触幅が０．５ｍｍで、磁気媒体表面が変形したとした。磁気媒体の幅方向は３ｍｍとした。また、磁気媒体の表面は平均面粗さＲａで約１μｍである。磁気媒体のプラスチックフィルムはＰＥＴで２００μｍ厚、磁性体は平均粒径１μｍから１０μｍのストロンチュームフェライト粉末を、３０μｍ厚に塗布したものである。変形が始まる押し当て荷重は１１３６ｍＮ（１１６ｇｆ）であり、接触している面積から磁気媒体が変形を起こす単位当たりの荷重は、７５７ｍＮ／ｍｍ２である。安全率を考え押し当て荷重は８００ｍＮ（８２ｇｆ）以下とし、約５３０ｍＮ／ｍｍ２以下とすることが好ましい。単位当たりの荷重値を５３０ｍＮ／ｍｍ２以下とすることで、センサー基板による磁気媒体表面の変形が起こらない。言い換えると、センサー基板の長手方向寸法を固定して、単位面積当たりの荷重値を５３０ｍＮ／ｍｍ２とした場合、センサー基板の摺動方向の幅は０．５ｍｍ以上とする必要がある。
【００２０】
センサー保持部の略中心部が、磁気媒体に押し付け荷重を与える荷重点になる。この荷重点に検出素子を配すると、磁気媒体との相対的な往復移動に対し、移動方向による検出素子の出力の差を最小限にすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、工業的量産性に優れ、高い摺動性を有する磁気センサー、それを用いた磁気式エンコーダおよび磁気センサーの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】センサー基板の製造工程を説明する概略図である。
【図２】実施例のセンサー基板の上面図である。
【図３】図２のセンサー基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図２のセンサー基板を設けた配線基板の斜視図である。
【図５】実施例の磁気式エンコーダの概略図である。
【図６】図５の磁気式エンコーダの側面図である。
【図７】参考例のセンサー基板の断面図である。
【図８】センサー基板の位置ズレについて概略を説明する断面図である。
【図９】比較例のセンサー基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら実施例を詳細に説明する。本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。判り易くするため、同一の部品又は部位には同じ符号を用いる。一対となっている部位には、左右のどちら側であるかを示す為に、符号の後にａ又はｂ等のアルファベットを付した。例えば符号５０であれば５０ａと５０ｂが対応する。
【００２４】
（実施例１）
図１はセンサー基板の製造工程を説明する概略図である。
まず、６インチ径のシリコンウェハ１の一方の面上に熱酸化で酸化シリコン膜を形成し、おって検出素子であるＧＭＲ素子を形成したい箇所にのみ、パターニングした酸化シリコン膜（図示を省略した）を残した。ついで、フォトリソ技術、真空成膜技術およびエッチング技術を用いて、配線やＧＭＲ素子を含むＧＭＲセンサー２を複数個（数千）形成した。ＧＭＲセンサーは電極端子を除いて酸化物の保護膜である被覆３で覆うものとした。
【００２５】
（工程Ｓ１）ついで、被覆３を有するＧＭＲセンサー２を覆うように、シリコンウェハ上にフォトレジスト膜を塗布し、プリベークを行った。ｉ線ステッパーを用い、フォトマスクを通して露光した後、数分間現像を行い、矩形状のフォトレジスト４の膜を形成した。なお、図１のプロセスで形成されたセンサー基板の断面は、図２のＡ−Ａ´断面に模式的に対応している。
【００２６】
（工程Ｓ２）ついで、フォトレジスト４の膜を１２０℃の温度で１５０ｓｅｃかけて加熱ベークした（所謂、リフローを行った。）。このとき、加熱の影響でフォトレジストの流動性が高くなり、表面張力で矩形の稜が丸くなった。加熱を終了すると、稜の丸みを維持した状態で固化し、レジストパターン５を得た。
【００２７】
（工程Ｓ３）ついで、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）ドライエッチング装置で、ＣＦ４ガスを５０ｓｃｃｍ，酸素ガス１０ｓｃｃｍの流量で用いながら、レジストパターン５及びシリコンウェハ１の露出面に対してプラズマ６でドライエッチングを行った。レジストパターン５で被覆されていない箇所は前記酸化シリコン膜も無いので、エッチングが進み、シリコンウェハに溝部が形成されていった。溝部の内壁面が所定のＲ形状７’となったら、エッチングを終了した。レジストパターンはＧＭＲセンサー２が露出しない範囲でエッチングされるにとどめた。
【００２８】
（工程Ｓ４）ついで、残っていたレジストパターンを溶剤で除去した。
（工程Ｓ５）ついで、エッチングで形成された溝部１ａにおいて、ダイサーでシリコンウェハを切断し、矩形状の基部１ｂを切り分けた。その結果、基部の側は、ドライエッチングで稜線にＲ面取りが施されたセンサー基板になった。この切り分けでは、隣り合うＧＭＲセンサー２同士の分離も行うので、１つのＧＭＲセンサー２を備えるセンサー基板を複数個得た。なお、工程Ｓ５の図示は、図１で省略した。
【００２９】
レジストパターン５の稜のＲ面の形状を、溝部のＲ形状に正確に転写するために、ドライエッチングのレートがシリコンウェハと同等のフォトレジストを用いる。異種の相或いは粒構造が組み合わさった複合材のウェハ（例えば、薄膜磁気ヘッド用のアルチック基板）は、相或いは粒構造毎にドライエッチングのレートが異なるので、滑らかなＲ形状の面に仕上げるうえで、本発明に適用することは好ましくない。
【００３０】
図２は、図１の製造工程を用いて作製したセンサー基板１０の上面図である。センサー基板１０の媒体対向側の面と、切断で得られた側面との間には、Ｒ面取り部７が形成されている。ＧＭＲセンサー２は複数個のＧＭＲ素子２ａでブリッジ回路を構成しており、配線膜２ｂを介して電極パッド２ｃに接続されている。各々のＧＭＲ素子２ａは、詳しくはスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子となる積層膜で構成されている。センサー基板の幅ｗ０．５ｍｍ、センサー基板の長さ３．０ｍｍとした。幅ｗはＡ−Ａ’方向、すなわち摺動方向における寸法である。長さは、図２ではセンサー基板の長手方向寸法であり、ｗに直交する。
【００３１】
図３は、図２のセンサー基板１０のＡ−Ａ’断面図である。ＧＭＲセンサー２の詳細を簡略化して図示している。シリコン基板１ｃでＧＭＲセンサー２を形成された面の両側の稜にはＲ面取り部が形成されている。ＳｉＯ２の被覆３の端は滑らかなテーパーとなるように形成した。平坦な領域での被覆厚さは約２μｍとした。ＧＭＲ素子や配線を含めても数μｍ厚であり、センサー基板の厚さ＝ウェハの厚さと見なしても差し支えない。ＧＭＲ素子上のＳｉＯ２膜は磁気シート６０の表面との磁気的なギャップとなっている。Ｒ面取り面の間にある検出面は、平面と滑らかな凸曲面で構成されている。
【００３２】
図４は、図２のセンサー基板１０とそれを設けた配線基板２０の斜視図である。配線基板２０は配線回路を作りこんだガラスエポキシ基板であり、センサー基板の電極パッド２ｃと配線基板の配線パッド２１とをボンディングワイヤー２３を介して導通させている。配線パッド２１と配線端子２２は対になっており、配線基板内で電気的に接続されている。電極パッド２ｃにＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を直接接続することはサイズの違いから難しい。そこで配線基板を設けた。配線端子には無鉛半田を介してＦＰＣを接続する。
【００３３】
図５に実施例の磁気式エンコーダの概略図を示す。磁気媒体である磁気シート６０、ＧＭＲ素子２ａを有するセンサー基板１０、ガラスエポキシ配線基板２０、センサー保持板３０および取り付け台５０について、磁気媒体側から見たときの配置を示す。判り易くするために、透視した磁気シート６０を点線で示し、センサー保持板３０の背面に隠れている取り付け台５０を鎖線で示す。取り付け台はカメラ用レンズ鏡筒の一部分に相当する。
【００３４】
図５において、センサー保持板３０は、固定部３７に形成した孔３９ａ，３９ｂを用いて取り付け台５０ａ，５０ｂにねじ止めで固定した。センサー保持板３０を取り付け台に固定することで、磁気シート６０に対してセンサー基板１０を所定の位置に所定の荷重で押付ける。センサー保持板３０は一体の金属薄板からなる板バネで構成されており、具体的には、ガラスエポキシ配線基板２０を保持するセンサー保持部３１と、２本の弾性アーム部と、１つの固定部３７という部位を備える。
【００３５】
弾性アーム部を剛性の高い別の部材で作製して組み立てる場合やセンサー保持板のほかにピボットを併用する場合に比べて、一体の板バネからなるセンサー保持板は薄型化を図っている。また、一体の板バネからなるセンサー保持板は、センサー基板の姿勢角変動を低減し、部品点数の低減及び組立コストの低減にも寄与している。このセンサー保持板を磁気式エンコーダに使う際には、平板の状態で用いる。バネ性を高めようと、予め曲げておいてＺ方向（厚さ方向）で立体的な構造にすると、加工コストが増加するだけでなく、磁気式エンコーダの組立工程を経ることによる不測の変形により、バネ荷重にバラツキが生じ、姿勢角にもバラツキを生じるので、好ましくない。
【００３６】
前記弾性アーム部は、弾性変形部３２と支持部３３で構成されている。Ｌ４の寸法補助線（図５では下方の側の補助線）を仮想的に延長すると、その線は支持部３３と固定部３７の境界に相当する。弾性変形部は、Ｍ２に沿った向きに延びており、Ｌ２に沿った向きで蛇行するつづら折り形状である。それらのピッチ方向の回転軸を一点鎖線で示す。この一点鎖線がセンサー保持部３１のピッチ方向の回転軸となるよう、センサー保持部３１の両側にはそれぞれ弾性変形部３２ａ，３２ｂが連なっている。それぞれの弾性変形部３２の他方の端は、片持ち梁として機能する支持部３３で支持され、支持部は固定部３７に接合するよう連なっている。
【００３７】
弾性変形部３２は、センサー基板１０を磁気シート６０に押し付ける際に、バネ荷重を発生する部位となり、磁気シート６０とセンサー基板１０の摺動を安定させる。また、弾性変形部３２は、ピッチ剛性を小さくすることが出来るので、ピッチ角変動に対して、エアギャップの広がりを抑えることができる。
【００３８】
センサー基板１０中のＧＭＲ素子２ａの中心（一点鎖線の中心線と２点鎖線の交点）は、弾性変形部３２のピッチ方向の回転軸（Ｙ軸に平行な１点鎖線）よりも、磁気シートの縁６０ａの側にある。これの位置関係を採用することで、ＧＭＲ素子２ａにおいてピッチ角変動の影響を抑制することができ、そして、センサー基板を磁気シートに押し付ける際に支持部３３が変形することを抑制することができる。
【００３９】
一対の支持部３３ａ，３３ｂの端は、固定部３７に接続されている。そして、支持部３３は、弾性変形部を支持する交差部３４と、交差部３４と固定部の間にある太幅部３５及び広幅部３６で構成されている。前記交差部３４において、弾性変形部３２と接続する箇所の両側にはＸ軸方向にスリットを設ける。スリット３３ｓを形成した領域では交差部の幅Ｍ１は、交差部の残りの部分における幅Ｍ２よりも小さい。スリット３３ｓを設けると、衝撃等の外力が加わっても、弾性変形部と交差部の接続箇所に応力が集中することが抑制される。交差部の大部分において幅を太くしてＭ２としているので、支持部が等幅の細いアームで延伸された構成に比べて、剛性が高められている。広幅部３６においては、衝撃等の外力で配線基板２０が傾いたときのためのスペース３６ｓを確保するべく、配線基板２０を避けられる程度に内側（中心線側）に向けて、幅Ｍ３を拡幅して剛性を高めている。広幅部３６においては、外側に向けて更に幅を（Ｍ３＋Ｍ４）まで拡幅して固定部３７との間を埋めることで、剛性の向上に寄与している。広幅部３６に設けた小さい方の孔３８はセンサー保持板の仮止めに利用するものであり、確実に固定するための孔ではない。
【００４０】
このように支持部を、その付け根に向って拡幅することで、剛性を高め、センサー基板１０がロール方向で傾くことを抑制する。この剛性向上により、平板の板バネの状態で用いても、薄型且つピボットレスで用いることができる。Ｙ軸方向に平行な一点鎖線は、センサー保持部３１の中心と固定部３７の中心を結ぶ中心線に相当する。弾性アーム部同士は中心線に対して対称に形成した。
【００４１】
図５において、センサー基板１０の下方の端近傍には電極パッドを有し、配線基板２０とはワイヤー配線を介して導通させ、配線基板２０の配線端子には無鉛はんだを介してＦＰＣ４０と導通させている（無鉛はんだはＦＰＣで隠されるので、図５では表示されていない）。ＦＰＣ４０は樹脂５１によって固定部３７の下方の端に支持されている。ＧＭＲ素子２ａからの電気信号は、配線基板２０及びＦＰＣ４０を介して、外部に取り出している。ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）は配線基板２０と樹脂５１の間で細幅にしている。この細幅化によって、ピッチ方向におけるセンサー保持板の動作を妨げないようにしている。太い幅のＦＰＣを用いると、ＦＰＣの剛性が支配的となり、センサー保持板を磁気シートと平行に対面させるように弾性変形部が作用することは妨げられる傾向にあるので好ましくない。
【００４２】
Ｌ０は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸とＧＭＲ素子の中心との距離であり、Ｘ方向に沿った１点鎖線と２点鎖線の間隔に相当する。Ｌ１は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸から磁気シートの縁６０ａ（固定部に近い側の縁）までの距離に相当する。Ｌ２は弾性変形部のピッチ方向の回転軸（Ｘ軸に沿った向きの１点鎖線）から交差部３４の付け根（太幅部３５との境界）までの寸法に相当する。Ｌ３は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から太幅部３５の付け根（広幅部３６との境界）までの寸法に相当する。Ｌ４は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から広幅部３６の付け根（固定部３７との境界）までの寸法に相当する。
【００４３】
図６は、図５の左から右に向って（Ｙ軸の負の向き）、磁気媒体側から見たときの側面図である。磁気シート６０にセンサー基板１０を押し当てて、弾性変形部を撓ませた状態である。磁気シート６０をカメラ用のレンズ鏡筒に設けると、図示した回転方向における変位を磁気センサーで検出することができる。
【００４４】
図５に係る磁気シート６０は、テープ状のプラスチックフィルム上に磁性体をコーティングしたものを、所定の曲率を有する非磁性面に接着剤で固着して作製した。磁気シートの幅Ｗｂは３ｍｍ、磁気シート表面の曲率半径は２７．５ｍｍとした。
【００４５】
（参考例１）
図７の（ａ）は、参考例１のセンサー基板１１０の断面図である。Ｓｉ基板１０１ｃの上にＧＭＲセンサー１０２とそれを覆う被覆１０３を形成した。図３の実施例と異なる点は、Ｓｉ基板１０１ｃの稜に斜面の面取り部１０７ａを形成した為、角がエッジ１０７ｂとなったことである。面取り部１０７ａのテーパーはウェットエッチング加工で形成した。具体的には、テーパー面を形成したい稜の部位以外はレジストでマスクして、Ｓｉ基板の稜にＫＯＨ溶液で異方性エッチングを施して、テーパー面を形成した。このセンサー基板１１０を図６のセンサー基板１０と交換して、磁気シート６０に往復移動を行わせたところ、センサー基板１１０のテーパー面の角はエッジを構成し、磁気シートを削ってしまうという問題が発生した。
【００４６】
（参考例２）
図７の（ｂ）は、参考例２のセンサー基板２１０の断面図である。Ｓｉ基板２０１ｃの上にＧＭＲセンサー２０２とそれを覆う被覆２０３を形成した。図３の実施例と異なる点は、Ｓｉ基板２０１ｃの稜にＲ面取りのブレンド加工部２０７を形成したことである。ブレンド加工部２０７は、ラッピングテープ（＃１００００）をＳｉ基板の稜に押し付けながら往復移動させることで形成した。参考例２の面取り条件は２通りを検討した。各条件毎に、センサー基板１１０を図６のセンサー基板１０と交換して、磁気シート６０に往復移動を行わせた。結果を表１のＮｏ．３及びＮｏ．４に示す。
【００４７】
図８は、センサー基板の位置ズレについて概略を説明する断面図である。図８（ａ）はカメラ用のレンズ鏡筒６１の一部に貼り付けて固着した磁気シート６０と、センサー基板１１０とが、摺動する様子を示している。図８（ｂ）はカメラに衝撃等の外力が加わったときに、センサー基板が符号１１０’で示した位置までずれる様子を示している。このような場合、センサー基板が元の位置に戻ろうとするが、センサー基板の稜にエッジがあると、磁気シートを傷つけてしまう恐れがある。そこで、図７（ａ）参考例１及び図８（ｃ）に示すように、センサー基板１１０の角を落としてテーパー面を形成することを検討した。ａはテーパー面の幅（センサー基板の媒体対向面に平行な向きにおける寸法）、ｂはテーパー面の深さ（センサー基板の厚さ方向における寸法）を表す。図８（ｄ）に示すように、テーパー面が磁気シート６０の面と接することで、損傷を回避することを期待したが、表１のＮｏ．２に示すように良い結果を得ることは出来なかった。なお、平坦なテーパー面に代えてワイヤー研磨による凹曲面の面取り面についても検討したが、エッジを形成することに変りはなく、評価項目の結果は同様であった。
【００４８】
表１は、実施例と参考例について、摺動性等を比較した結果である。面取り箇所における幅及び深さは図８の説明のａ及びｂと同様である。表１のＮｏ．１は実施例１であり、ＲａはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、センサー基板の媒体対向側の面に垂直な向きからみて、面取り面のうち、任意に選択した１０μｍ×１０μｍ四方の面積内をスキャンして測定した。同じウェハから得た１０個のサンプルについて測定したところ、Ｒａの平均値は０．６ｎｍとなり、評価項目も良好な結果を得た。低コスト、高品質で量産性が高く、高い摺動性も得られた。気相エッチングされた実施例１のセンサー基板のＲ面取り面はＲａが１ｎｍ未満であるが、磁気シート６０に吸着するという問題（スティッキング）は発生しなかった。
【００４９】
図７の（ａ）の構成でテストした表１の評価項目のうち、摺動性○は２万回の往復でも問題なかったが、摺動性×は１回目の往復でびびりが発生し、使用に耐えなかった。びびり○はびびりが発生しなかったものを示し、びびり×は引っ掛りと振動を生じて適切にセンサー基板の摺動動作を行えなかったものを示している。コスト○はウェハプロセスの途中にドライエッチング（気相エッチング）工程を追加する為に多数の面取りを一括でウェハに適用することができるため、加工工数やコストの増加が抑制されたことを示している。コスト×は、テーパー加工及びブレンド加工のいずれも、ウェハ単位での一括面取りはできず、加工コストが増大してしまったことを示している。Ｎｏ．４のブレンド加工は深さを大きくすることで摺動性については良い結果を得ることができたが、機械加工により微小な塵（パーティクル）が発生する。パーティクルを除去するための洗浄を伴うため、加工にかかる工数やコストは更に増加した。
【００５０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５１】
磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を求めることができる磁気式エンコーダーとして、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：シリコンウェハ、
１ａ：溝部、
１ｂ：基部、
１ｃ：シリコン基板、
２：ＧＭＲセンサー、
２ａ：ＧＭＲ素子、
２ｂ：配線膜、
２ｃ：電極パッド、
３：被覆、
４：フォトレジスト、
５：レジストパターン、
６：プラズマ、
７：Ｒ面取り部、
７’：Ｒ形状、
１０：センサー基板、
１１：媒体対向側の面、
２０：配線基板、
３０：センサー保持板、
３０’：センサー保持板、
３０’’：センサー保持板、
３１：センサー保持部、
３２ａ，３２ｂ：弾性変形部、
３２ｅ，３２ｆ：弾性変形部、
３２ｄ：弾性変形部、
３３ａ，３３ｂ：支持部、
３３ｓ：スリット、
３４ａ，３４ｂ：交差部、
３５ａ，３５ｂ：太幅部、
３６ａ，３６ｂ：広幅部、
３６ｓ：スペース、
３７：固定部、
３８：孔、
３９ａ，３９ｂ：孔、
４０：ＦＰＣ、
４１：樹脂、
５０ａ、５０ｂ：取り付け台、
６０：磁気シート、
６０ａ：磁気シートの縁、
６１：鏡筒、
１０１ｃ：Ｓｉ基板、
１０２：ＧＭＲセンサー、
１０３：被覆、
１０７ａ：面取り部、
１０７ｂ：エッジ、
１１０：センサー基板、
１３０：センサー保持板、
１３３ａ，１３３ｂ：支持部、
１３３ｓ：スリット
２０１ｃ：Ｓｉ基板、
２０２：ＧＭＲセンサー、
２０３：被覆、
２０７：ブレンド加工部、
２１０：センサー基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気媒体に摺動させるセンサー基板と、前記センサー基板を設ける配線基板と、前記配線基板を介して前記センサー基板を支持するセンサー保持板と、前記配線基板に接続されるフレキシブルケーブルとを備え、
前記センサー基板は、磁気媒体と摺動させる検出面の稜にＲ面取りが施されており、
Ｒ面取りされた面は磁気媒体に対向する凸曲面であり、Ｒａ＜１ｎｍの面粗さを備えることを特徴とする磁気センサー。
【請求項２】
前記Ｒ面取りされた面は、ドライエッチングで形成された面であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサー。
【請求項３】
前記センサー基板には、巨大磁気抵抗効果を利用した検出素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサー。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の前記磁気センサーと磁気媒体を用い、カメラ用レンズ鏡筒の回転変位を検知することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項５】
Ｓｉウェハ上に形成した磁気センサーを構成する検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、
前記フォトレジストを加熱して、稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして、前記凸曲面の形状の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、
前記Ｓｉウェハを切断して、前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有すると共に、凸曲面がＲａ＜１ｎｍの面粗さを備える矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法。
【請求項６】
巨大磁気抵抗効果を用いた検出素子をＳｉウェハに形成する工程と、
前記検出素子を矩形状のフォトレジストで被覆する工程と、
前記矩形状のフォトレジストを加熱して稜線の角を丸めて、凸曲面の稜を有するレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターン及び前記Ｓｉウェハをドライエッチングすることにより、レジストパターンの残部及びＳｉウェハに前記凸曲面の稜の形状を転写する工程と、
前記レジストパターンの残部を除去する工程と、
前記Ｓｉウェハに転写された凸曲面の稜の少なくとも一部を残すように、前記Ｓｉウェハを切断し、稜に面粗さＲａ＜１ｎｍのＲ面取りの施された矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法。
【請求項１】
磁気媒体に摺動させるセンサー基板と、前記センサー基板を設ける配線基板と、前記配線基板を介して前記センサー基板を支持するセンサー保持板と、前記配線基板に接続されるフレキシブルケーブルとを備え、
前記センサー基板は、磁気媒体と摺動させる検出面の稜にＲ面取りが施されており、
Ｒ面取りされた面は磁気媒体に対向する凸曲面であり、Ｒａ＜１ｎｍの面粗さを備えることを特徴とする磁気センサー。
【請求項２】
前記Ｒ面取りされた面は、ドライエッチングで形成された面であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサー。
【請求項３】
前記センサー基板には、巨大磁気抵抗効果を利用した検出素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサー。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の前記磁気センサーと磁気媒体を用い、カメラ用レンズ鏡筒の回転変位を検知することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項５】
Ｓｉウェハ上に形成した磁気センサーを構成する検出素子をフォトレジストで被覆する工程と、
前記フォトレジストを加熱して、稜に凸曲面を有するレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン及びＳｉウェハをドライエッチングして、前記凸曲面の形状の少なくとも一部をＳｉウェハに転写する工程と、
前記Ｓｉウェハを切断して、前記凸曲面の少なくとも一部を稜に有すると共に、凸曲面がＲａ＜１ｎｍの面粗さを備える矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法。
【請求項６】
巨大磁気抵抗効果を用いた検出素子をＳｉウェハに形成する工程と、
前記検出素子を矩形状のフォトレジストで被覆する工程と、
前記矩形状のフォトレジストを加熱して稜線の角を丸めて、凸曲面の稜を有するレジストパターンを得る工程と、
前記レジストパターン及び前記Ｓｉウェハをドライエッチングすることにより、レジストパターンの残部及びＳｉウェハに前記凸曲面の稜の形状を転写する工程と、
前記レジストパターンの残部を除去する工程と、
前記Ｓｉウェハに転写された凸曲面の稜の少なくとも一部を残すように、前記Ｓｉウェハを切断し、稜に面粗さＲａ＜１ｎｍのＲ面取りの施された矩形状のセンサー基板を得る工程とを備えることを特徴とする磁気センサーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２８０２（Ｐ２０１２−２８０２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９１１６（Ｐ２０１１−１０９１１６）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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