磁気センサ素子及びその製造方法

【課題】磁性導体を構成するアモルファス磁性合金のパターンを工夫することで磁性導体と検出巻線との電磁誘導結合を著しく少なくして、外部磁界検出による電気信号に対する励磁ノイズを低減し、検出精度や検出感度の向上を図る。
【解決手段】一対の平行な直線部１０ａを有する略Ｕ字状のアモルファス磁性合金で形成された磁性導体１０を、非磁性の絶縁基板１に設け、該絶縁基板１及び前記磁性導体１０の一対の直線部１０ａを周回するように検出巻線２０を巻装している。前記絶縁基板１は巻線用胴部２の少なくとも一方に端子配置部３ａ，３ｂを有し、前記検出巻線２０を前記巻線用胴部２の周りに巻装するとともに、前記磁性導体１０の端部及び前記検出巻線２０の端末がそれぞれ接続される外部接続用の電極膜６を前記端子配置部３ａ，３ｂに設けている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地磁気の影響をキャンセルするブラウン管式ディスプレイモニタやナビゲーションシステム、３次元ディスプレイ等に用いる微弱な磁界を検知する磁気センサ素子及びその製造方法に係り、とくに、高感度で、小型化、薄型化が要求される機器に適用するのに最適な磁気センサ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アモルファス磁性合金を磁性導体として用いた磁気センサ素子は、特開平９−２１１０９４号で提案されており、樹脂基板にアモルファス磁性合金箔を貼り付け、パターンエッチング後、ドリル孔あけ、電極部のはんだメッキ、基板外形プレス、端子ピン挿入、検出巻線の巻線端末はんだ付け等の工程で製造するものであった。
【０００３】図８は特開平９−２１１０９４号で提案された磁気センサ素子の従来例の概略構成であり、樹脂基板６０に直線帯状パターンのアモルファス磁性合金箔の磁性導体６１を貼り付け、磁性導体６１の両端部を外部接続用端子ピン６２に接続するとともに、磁性導体６１の直線部及び樹脂基板６０を周回するように検出巻線６３を設け、その巻線端末を外部接続用端子ピン６４に接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図８の従来例は、直交フラックスゲート構造であり、磁性導体６１にパルス状励磁電流を流すことで、磁性導体６１の透磁率を変化させ、外部磁界に比例した電気信号を検出巻線６３の両端より取り出すようにしている。しかし、磁性導体６１を構成するアモルファス磁性合金箔のパターンは単なる直線帯状であり、原理上は磁性導体６１に通電したときの磁束と検出巻線６３とは鎖交せず、磁性導体６１と検出巻線６３とのトランス結合に起因する誘起電圧は無い筈であるが、実際には両者の結合度を零にすることは困難で、磁性導体６１に流れる電流に起因して検出巻線６３に誘起電圧が生じ、これが外部磁界検出による電気信号に対する励磁ノイズとなり、このノイズが大きいことは検出精度や検出感度の低下を招くことになる。
【０００５】本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、磁性導体を構成するアモルファス磁性合金のパターンを工夫することで磁性導体と検出巻線との電磁誘導結合を著しく少なくして、外部磁界検出による電気信号に対する励磁ノイズを低減し、検出精度や検出感度の向上を図ることのできる磁気センサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】また、本発明の第２の目的は、絶縁基板やこれに設ける外部接続用端子の構造を工夫することで、製品の薄型化、小型化を図るとともに、コスト低減を図ることのできる磁気センサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の磁気センサ素子は、一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状のアモルファス磁性合金で形成された磁性導体を、非磁性の絶縁基板に設け、該絶縁基板及び前記磁性導体の一対の直線部を周回するように検出巻線を巻装した構成としている。
【０００９】前記磁気センサ素子において、前記絶縁基板は巻線用胴部の少なくとも一方に端子配置部を有し、前記検出巻線を前記巻線用胴部の周りに巻装するとともに、前記磁性導体の端部及び前記検出巻線の端末がそれぞれ接続される外部接続用端子を前記端子配置部に設けた構成にするとよい。
【００１０】また、前記絶縁基板は、前記巻線用胴部の底面側に前記端子配置部よりも凹んだ段差面を形成してあり、前記検出巻線を前記巻線用胴部の周りを周回しかつ段差面を通るように巻装して、該検出巻線底面が前記基板の前記端子配置部の底面から突出しないようにするとともに、前記端子配置部に表面実装用の外部接続用端子を設けるようにしてもよい。
【００１１】さらに、前記表面実装用の外部接続用端子は、前記端子配置部に当該基板の厚み方向に貫通する溝部又は孔部を形成して該溝部又は孔部内面に電極膜を形成したものであるとよい。
【００１２】前記磁性導体が前記溝部又は孔部の周縁に延長して前記電極膜に直結しているとよい。
【００１３】本発明の磁気センサ素子の製造方法は、磁性導体としてのアモルファス磁性合金箔を非磁性の絶縁基板に接着し、前記アモルファス磁性合金箔を一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状にエッチング処理によりパターン加工する工程と、前記絶縁基板の巻線用胴部の底面側に当該巻線用胴部の両側にある端子配置部よりも凹んだ段差面を形成する基板段付け工程と、前記端子配置部に当該基板の厚み方向に貫通する溝部又は孔部を形成して該溝部又は孔部内面に電極膜を形成する電極膜形成工程と、前記絶縁基板の一方の端子配置部から延長したチャック部をチャックするとともに他方の端子配置部から延長した巻線絡げ部に巻線端末を絡げ処理して検出巻線の巻線作業を行う巻線工程と、前記チャック部及び巻線絡げ部を切断除去する切断工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る磁気センサ素子及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】図１及び図２は本発明の実施の形態であって、完成状態の磁気センサ素子を示し、図３は検出巻線を設ける前の状態を示す。また、図４乃至図７は磁気センサ素子の製造方法を説明するためのものである。
【００１６】図１及び図２において、１は非磁性の絶縁基板であり、巻線用胴部２の両側にこれより幅広の端子配置部３ａ，３ｂを形成するとともに、図２の如く巻線用胴部２の底面側に端子配置部３ａ，３ｂの底面よりも凹んだ段差面４を形成してある。また、端子配置部３ａ，３ｂに当該基板の厚み方向に貫通する溝部５を形成してあり、該溝部５の内面に表面実装用の外部接続用端子としての外部接続用電極膜６が形成されている。溝部５及びその内面の外部接続用電極膜６は、端子配置部３ａの両側面にそれぞれ形成されるとともに、端子配置部３ｂの両側面にもそれぞれ形成されており、合計４箇所設けられる。前記溝部５はスルーホールを２分割した断面半円形の凹溝であり、外部接続用電極膜６は無電解メッキ、電解メッキ技術等により形成された金属導体膜で構成されている。
【００１７】絶縁基板１の上面には、アモルファス磁性合金箔による外部磁界検出用の磁性導体１０及び検出巻線２０の巻線端末処理のための端子接続ランド１１が接着等で固着されている。アモルファス磁性合金箔の磁性導体１０は一対の平行な直線部１０ａをＵ字に折り返したもので、両端に端子接続ランド１０ｂを有するパターンであり、直線部１０ａが絶縁基板１長手方向に平行でかつ端子接続ランド１０ｂが端子配置部３ａ上に位置して表面実装用の外部接続用端子となる外部接続用電極膜６に直結している。同時に形成されたアモルファス磁性合金箔の一対の端子接続ランド１１は端子配置部３ｂにそれぞれ配置されて当該端子配置部３ｂ両側の外部接続用電極膜６に接続している。アモルファス磁性合金箔は高感度（微小な磁界変化に対して大きな出力電圧を発生できること）を要求されるため、高透磁率、低磁歪、低保磁力のものとして、コバルト系アモルファス磁性合金箔（透磁率μ:30,000〜1,000,000）が最適である。
【００１８】前記絶縁基板１の巻線用胴部２及びそこに配置された直線部１０ａの周囲を周回するようにウレタン線等の絶縁被覆線で検出巻線２０が段差面４を通して巻回され、検出巻線２０の巻線端末２１は前記端子接続ランド１１にはんだ付け又は導電性接着剤２２で接続される（この結果、端子配置部３ｂ側の外部接続用電極膜６に取り出される。）。この際、端子ピンを用いないため、製造段階では、検出巻線２０の巻線作業を行うときに、図３のように、絶縁基板１の一方の端子配置部３ａから延長したチャック部７及び端子配置部３ｂから延長した細幅の巻線絡げ部８を残しておき、チャック部７を巻線機のチャックで保持して絶縁基板１を回転させて線材を巻き付け、巻線端末は巻線絡げ部８に絡げ処理する。検出巻線２０の巻装及び巻線端末の処理が完了後、製品としては不要なチャック部７及び巻線絡げ部８をＶカット溝２５を境にして切断除去する。
【００１９】なお、図２の如く相手側回路基板５０上に磁気センサ素子の絶縁基板１を装着したときに、検出巻線２０が回路基板５０の面に当たらないように、検出巻線２０の底面が端子配置部３ａ，３ｂの底面から突出しないようにする。また、検出巻線２０の底面が端子配置部３ａ，３ｂの底面よりも引っ込んでいる方が、いっそう好ましい。
【００２０】この実施の形態で説明した磁気センサ素子は、直交フラックスゲート構造であり、端子配置部３ａの外部接続用電極膜６間にパルス電圧を印加して、一対の平行な直線部１０ａを形成した磁性導体１０にパルス状励磁電流を流すことで、磁性導体１０の透磁率を変化させ、外部磁界に比例した電気信号を検出巻線２０の両端、つまり端子配置部３ｂの外部接続用電極膜６間より取り出すことができる。
【００２１】このとき、磁性導体１０の直線部１０ａは一対平行に配置されていて、同じ電流が往復することになるため、往路の直線部に流れる電流に起因する磁束と、復路の直線部に流れる電流に起因する磁束とが相殺され、この結果、直線部１０ａと検出巻線２０とが完全に直交していないこと等に起因するトランス結合による励磁ノイズを図８の従来例に比して著しく少なくできる。
【００２２】なお、図９の比較例のように、磁性導体７０は単なる直線帯状とし、銅、アルミ等の非磁性の一般的な導線７１を平行に折り返して筒体７２等に収納し、全体として略Ｕ字状導体を構成することも考えられるが、往路の磁性導体７０は磁性体でインダクタンスが大きいのに対して復路の導線７１はインダクタンスが小さく、パルス電圧を印加したときに磁性導体７０に電圧の殆どがかかることになって、往路の直線部（磁性導体７０）に流れる電流に起因する磁束と、復路の直線部（導線７１）に流れる電流に起因する磁束との相殺効果が不完全となってしまい、磁性導体７０と検出巻線７３とのトランス結合（電磁誘導結合）が幾分残ることになる。磁性導体を１ターンの巻線と考えたとき、検出巻線は数十乃至数百ターンであるから、トランスとしての巻線比はかなり大きく、前記トランス結合の問題は無視できない。
【００２３】従って、本実施の形態の構造は、図８の従来例、図９の比較例の両者よりも前記トランス結合に起因して検出巻線２０に誘起する励磁ノイズを著しく低減でき、ノイズに妨げられることなく目的とする外部磁界に比例した電気信号を検出巻線２０より取り出すことができる。
【００２４】図４乃至図７で多面取り用の長尺絶縁基板材を用いた上記磁気センサ素子の製造方法について説明する。
【００２５】図４は上記磁気センサ素子の製造工程図であり、アモルファス磁性合金箔の接着工程＃１では、分割したときに磁気センサ素子の絶縁基板となる非磁性の長尺絶縁基板材（多面取り基板材）に、同形状のアモルファス磁性合金箔を接着する。
【００２６】基板段付け加工工程＃２では、図２に示した巻線用胴部２底面側の凹んだ段差面４を設けるために、長尺絶縁基板材の底面側に切削加工を施すか、又は端子配置部３ａ，３ｂとなる部分の底面側に段付け用基板材を貼り付ける。
【００２７】パターン形成工程＃３では、長尺絶縁基板材片面に貼り付けられたアモルファス磁性合金箔をエッチング処理して所望のアモルファス磁性合金箔のパターンを作成する。すなわち、絶縁基板１の大きさに対応した図５の長尺絶縁基板材３０の個々の区画Ｐに対し、Ｕ字状に折り返した直線部１０ａの両端に端子接続ランド１０ｂを有する磁性導体１０のパターン及び端子接続ランド１１のパターンをエッチング処理によりそれぞれ形成する。
【００２８】その後、基板穴あけ工程＃４では、長尺絶縁基板材３０を個々の区画Ｐ毎に切断分離したときに、図３に示したような巻線用胴部２、端子配置部３ａ，３ｂ、スルーホールを２分割した形状の溝部５、チャック部７及び巻線絡げ部８が形成されるように、丸孔３１及び角孔３２，３３を形成する。また、チャック部７、巻線絡げ部８を後工程で切り離すためのＶカット溝２５を形成しておく。
【００２９】スルーホール形成工程＃５では、図５の丸孔３１の内面に無電解メッキ及び電解メッキを施すことで、外部接続用電極膜６となる多層金属膜を形成する。この丸孔内面の多層金属膜は、上縁部において端子接続ランド１０ｂ及び端子接続ランド１１となるアモルファス磁性合金箔のパターンに電気的に接続している。
【００３０】基板分割工程＃６では、切断線４０に沿って図５の長尺絶縁基板材３０を切断、分割して図６及び図７のようなチャック部７及び巻線絡げ部８を持つ個々の絶縁基板１を作製する。
【００３１】そして、巻線工程＃７にて、チャック部７を巻線機のチャックで保持して絶縁基板１を回転させて線材を巻き付けて、図１の検出巻線２０を構成し、巻線端末は巻線絡げ部８に一時的に絡げ処理する。その後、はんだ付け又は導電性接着剤２２で巻線端末２１を端子接続ランド１１に接続、固着する。
【００３２】最後にＶカット溝切断工程＃８にて製品として不要な部分となるチャック部７、巻線絡げ部８をＶカット溝２５を利用して切断除去する。
【００３３】以上の各工程＃１乃至＃８により図１及び図２に示した個々の磁気センサ素子を能率的に製造することができる。
【００３４】この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３５】(1) 一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状のアモルファス磁性合金で形成された磁性導体１０を、非磁性の絶縁基板１に設け、該絶縁基板及び前記磁性導体１０の一対の直線部を周回するように検出巻線２０を巻装しており、磁性導体１０と検出巻線２０との電磁誘導結合を著しく少なくして、外部磁界検出による電気信号に対する励磁ノイズを低減し、検出精度や検出感度を向上させることができる。
【００３６】(2) 絶縁基板１は巻線用胴部２の少なくとも一方に端子配置部３ａ，３ｂを有し、検出巻線２０を巻線用胴部２の周りに巻装するとともに、磁性導体１０の端部及び前記検出巻線２０の端末がそれぞれ接続される外部接続用端子（外部接続用電極膜６）を前記端子配置部に設けており、小型化、薄型化に適した構造である。とくに、スルーホールを２分割した形状の溝部５内面に外部接続用電極膜６を形成することで、表面実装用端子を構成しており、小型化、薄型化が要求される機器に最適であり、このような構造とすれば、磁性導体１０に励磁電流を流すための端子ピン及び検出巻線２０を接続するための端子ピンを不要にでき、部品点数の削減、コスト低減が図れる。
【００３７】(3) 絶縁基板１の巻線用胴部２底面側に凹んだ段差面４を形成しておいて検出巻線２０を巻回することで、検出巻線２０底面が端子配置部３ａ，３ｂの底面より突出しないようにすることが可能で、よりいっそうの薄型化、小型化が可能となる。
【００３８】(4) 磁性導体１０が溝部５の周縁に延長した端子接続ランド１０ｂを一体に形成したものであり、外部接続用電極膜６に直結しているから、構造の簡素化、製造工数の低減が図れる。
【００３９】(5) 製造過程において、絶縁基板１にチャック部７及び巻線絡げ部８を設けておくことで、端子ピンが無くとも検出巻線の自動巻線が可能である。
【００４０】なお、実施の形態において、外部接続用端子としての外部接続用電極膜６は溝部５内面に設けるとしたが、絶縁基板を貫通する孔部内面に外部接続用電極膜を設けてもよく、あるいは溝部や孔部を形成せずに、絶縁基板の側面に厚み方向に連続させて外部接続用電極膜を形成するようにしても差し支えない。さらに、外部接続用端子として絶縁基板に導体片の一部を埋設又は植設して表面実装用リード端子として用いることもできる。
【００４１】以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状のアモルファス磁性合金で形成された磁性導体を、非磁性の絶縁基板に設け、該絶縁基板及び前記磁性導体の一対の直線部を周回するように検出巻線を巻装した構成としたので、磁性導体通電時に一対の直線部に発生する磁束が相殺され、磁性導体と検出巻線との電磁誘導結合を著しく少なくして、外部磁界検出による電気信号に対する励磁ノイズを低減し、検出精度や検出感度を向上させることが可能である。また、絶縁基板やこれに設ける外部接続用端子の構造を工夫することで、製品の薄型化、小型化を図るとともに、製造工数削減を図ることでコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であって磁気センサ素子の完成状態を示す斜視図である。
【図２】同じく、回路基板に装着した状態の側面図である。
【図３】実施の形態で用いる絶縁基板であって、検出巻線の巻線前の状態の斜視図である。
【図４】図１の磁気センサ素子の製造工程図である。
【図５】長尺絶縁基板材に対する基板穴あけ工程等を説明する平面図である。
【図６】基板分割工程で長尺絶縁基板材を分割後の個々の絶縁基板形状を示す平面図である。
【図７】同側面図である。
【図８】磁気センサ素子の従来例の平面図である。
【図９】磁気センサ素子の比較例の概略構成図である。
【符号の説明】
１絶縁基板
２巻線用胴部
３ａ，３ｂ端子配置部
４段差面
５溝部
６外部接続用電極膜
７チャック部
８巻線絡げ部
１０磁性導体
１０ａ直線部
１０ｂ，１１端子接続ランド
２０検出巻線
２１巻線端末
２２はんだ付け又は導電性接着剤
２５Ｖカット溝

【特許請求の範囲】
【請求項１】一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状のアモルファス磁性合金で形成された磁性導体を、非磁性の絶縁基板に設け、該絶縁基板及び前記磁性導体の一対の直線部を周回するように検出巻線を巻装したことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】前記絶縁基板は巻線用胴部の少なくとも一方に端子配置部を有し、前記検出巻線を前記巻線用胴部の周りに巻装するとともに、前記磁性導体の端部及び前記検出巻線の端末がそれぞれ接続される外部接続用端子を前記端子配置部に設けてなる請求項１記載の磁気センサ素子。
【請求項３】前記絶縁基板は、前記巻線用胴部の底面側に前記端子配置部よりも凹んだ段差面を形成してあり、前記検出巻線を前記巻線用胴部の周りを周回しかつ段差面を通るように巻装して、該検出巻線底面が前記基板の前記端子配置部の底面から突出しないようにするとともに、前記端子配置部に表面実装用の外部接続用端子を設けてなる請求項１又は２記載の磁気センサ素子。
【請求項４】前記表面実装用の外部接続用端子は、前記端子配置部に当該基板の厚み方向に貫通する溝部又は孔部を形成して該溝部又は孔部内面に電極膜を形成したものである請求項３記載の磁気センサ素子。
【請求項５】前記磁性導体が前記溝部又は孔部の周縁に延長して前記電極膜に直結している請求項４記載の磁気センサ素子。
【請求項６】磁性導体としてのアモルファス磁性合金箔を非磁性の絶縁基板に接着し、前記アモルファス磁性合金箔を一対の平行な直線部を有する略Ｕ字状にエッチング処理によりパターン加工する工程と、前記絶縁基板の巻線用胴部の底面側に当該巻線用胴部の両側にある端子配置部よりも凹んだ段差面を形成する基板段付け工程と、前記端子配置部に当該基板の厚み方向に貫通する溝部又は孔部を形成して該溝部又は孔部内面に電極膜を形成する電極膜形成工程と、前記絶縁基板の一方の端子配置部から延長したチャック部をチャックするとともに他方の端子配置部から延長した巻線絡げ部に巻線端末を絡げ処理して検出巻線の巻線作業を行う巻線工程と、前記チャック部及び巻線絡げ部を切断除去する切断工程とを備えることを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。

【図１】