JP2005003477A

JP2005003477A - Magnetic sensor

Info

Publication number: JP2005003477A
Application number: JP2003166176A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Onaka; 和弘尾中; Yukio Nakao; 幸夫仲尾; Nobukazu Hayashi; 信和林; Masataka Tagawa; 正孝田川; Masayuki Nabeya; 公志鍋谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP4273847B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor that can be miniaturized and is low cost. <P>SOLUTION: The magnetic sensor comprises a substrate 11 having an upper surface and a rear surface; a glass glazed layer 12 provided on the upper surface of the substrate 11; a pair of upper surface electrodes 18 provided on the upper surface of the substrate 11; a pair of rear surface electrodes 19 provided on the rear surface of the substrate 11; a pair of through electrodes 17 that is provided on the substrate 11 and electrically connects the pair of upper surface electrodes 18 and the pair of rear surface electrodes 19; a magnetoresistive element 13 that is provided on the glass glazed layer 12 and is electrically connected to the pair of upper surface electrodes 18; a protective film 16 provided on the magnetoresistive element 13; an IC chip 20 that is provided on the protective film 16 and is electrically connected to the pair of upper surface electrodes 18; and a mold section 22 that is formed on the upper surface of the substrate 11 so that the glass glazed layer 12, the pair of upper surface electrodes 18, the magnetoresistive element 13, the protective film 16, and the IC chip 20 are covered. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に使用される磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の磁気センサを示す平面図である。
【０００３】
図８において、１はＳｉ基板、２は磁気抵抗素子、３は電極、４は処理回路部、５は電極パッドである。そして、前記磁気抵抗素子２と処理回路部４はＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２６４７０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気センサにおいては、磁気抵抗素子２と処理回路部４をＳｉ基板１の同一平面上に並列状態に形成しているため、Ｓｉ基板１の面積が大きくなり、小型化が容易に行えないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型化が可能な磁気センサを提供することを目的とするものである。
【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、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、上面および裏面を有する基板と、この基板の上面に設けられたガラスグレーズ層と、前記基板の上面に設けられた一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられた一対の裏面電極と、前記基板に設けられ、かつ前記一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の連結電極と、前記ガラスグレーズ層上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続される磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子上に設けられた保護膜と、この保護膜上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるＩＣチップと、前記ガラスグレーズ層、前記一対の上面電極、前記磁気抵抗素子、前記保護膜および前記ＩＣチップを覆うように前記基板の上面に形成されたモールド部とを備えた構成を有するもので、この構成によれば、磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、上面および裏面を有する基板と、この基板の上面に設けられたガラスグレーズ層と、前記基板の上面に設けられた一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられた一対の裏面電極と、前記基板に設けられ、かつ前記一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の連結電極と、前記ガラスグレーズ層上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続される磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子上に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられた永久磁石膜と、この永久磁石膜上に設けられた保護膜と、この保護膜上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるＩＣチップと、前記ガラスグレーズ層、前記一対の上面電極、前記磁気抵抗素子、前記絶縁膜、前記永久磁石膜、前記保護膜および前記ＩＣチップを覆うように前記基板の上面に形成されたモールド部とを備えた構成を有するもので、この構成によれば、請求項１に記載の磁気センサと同様の作用効果を有するとともに、磁気抵抗素子に印加する磁気バイアス用永久磁石を、薄膜化した永久磁石膜としているため、小型であり、かつ高感度で低コストの磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、一対の連結電極を、基板を貫通して一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の貫通電極で構成したもので、この構成によれば、上面電極が磁気センサから露出しないため、上面電極の腐食を防止することができ、また上面電極から腐食が進行して磁気センサ内部の構成要素が腐食するということも防止することができるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、貫通電極をスルーホール構造で構成したもので、この構成によれば、安価な金型で貫通電極を形成するための貫通孔を形成することができ、また貫通電極も電極の印刷により、容易に、かつ確実に形成できるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、貫通電極をビアホール構造で構成したもので、この構成によれば、小さいスペースで貫通電極を形成することができるため、磁気センサの小型化が可能になるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に形成され、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成したもので、この構成によれば、簡単な方法で端面電極を形成できるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、一対の連結電極を、基板の互いに対向する端面に設けた切り欠き部に形成され、かつ一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の端面電極で構成したもので、この構成によれば、安価な金型で端面電極を形成するための切り欠き部を形成することができるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、特に、一対の上面電極とＩＣチップとをワイヤによるボンディングで電気的に接続したもので、この構成によれば、一対の上面電極とＩＣチップとの接合が、異種基板同士の接着による応力の影響を受けず、高い信頼性を確保できるという作用効果を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項９に記載の発明は、特に、一対の上面電極とＩＣチップとをＧＧＩ接合により電気的に接続したもので、この構成によれば、ＩＣチップとほぼ同一面積の小型の磁気センサが得られるという作用効果を有するものである。
【００１８】
本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、連結電極を、少なくともＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成したもので、この構成によれば、連結電極の形成時の印刷および穴埋めの加工が容易で生産性に優れたものが得られるとともに、完成後には半田付け性が優れたものになるという作用効果を有するものである。
【００１９】
本発明の請求項１１に記載の発明は、特に、ガラスグレーズ層を、少なくともＰｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌのいずれか１種類以上の元素を含有するもので構成したもので、この構成によれば、磁気抵抗素子が着膜されるガラスグレーズ層表面の表面平滑性が容易に得られるという作用効果を有するものである。
【００２０】
本発明の請求項１２に記載の発明は、特に、ガラスグレーズ層を、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成したもので、この構成によれば、磁気抵抗素子の着膜をより均一な状態で行わせることができるため、磁気抵抗素子の特性が優れたものが得られるという作用効果を有するものである。
【００２１】
本発明の請求項１３に記載の発明は、特に、モールド部の材料としてエポキシ系の樹脂を用いたもので、この構成によれば、安価で高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有するものである。
【００２２】
本発明の請求項１４に記載の発明は、特に、裏面電極の表面に金からなるめっき層を設けたもので、この構成によれば、基板実装面の裏面電極の表面が酸化しないため、良好な半田付け性が得られるという作用効果を有するものである。
【００２３】
本発明の請求項１５に記載の発明は、特に、上面電極の表面に下地層とめっき層を設け、かつ前記下地層は少なくともＴｉまたはＣｒのいずれか１種類の金属で構成したもので、この構成によれば、上面電極とめっき層との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００２４】
本発明の請求項１６に記載の発明は、特に、めっき層は金で構成し、かつその膜厚を１０００Å以上としたもので、この構成によれば、ワイヤボンディングおよびＧＧＩ接合に耐える金膜厚としているため、高信頼性の磁気センサが得られるという作用効果を有するものである。
【００２５】
本発明の請求項１７に記載の発明は、特に、永久磁石膜を少なくともＣｏ、Ｐｔのいずれか１種類の元素を含有するもので構成したもので、この構成によれば、高い保持力を有する永久磁石によりバイアスを印加することができるため、磁気センサの高感度化が可能になるという作用効果を有するものである。
【００２６】
本発明の請求項１８に記載の発明は、特に、永久磁石膜を７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成したもので、この構成によれば、安定した高い保持力を有する永久磁石膜を構成できるため、高感度の磁気センサを安定して生産できるという作用効果を有するものである。
【００２７】
本発明の請求項１９に記載の発明は、特に、永久磁石膜の膜厚を３００Å〜２００００Åの範囲としたもので、この構成によれば、永久磁石膜の特性を安定化させることができるため、出力が安定し、かつ高感度の磁気センサが得られるという作用効果を有するものである。
【００２８】
本発明の請求項２０に記載の発明は、特に、永久磁石膜をフェライト酸化物を含有するもので構成したもので、この構成によれば、永久磁石膜を安価に構成することができるため、安価な磁気センサが得られるという作用効果を有するものである。
【００２９】
本発明の請求項２１に記載の発明は、特に、絶縁膜をＳｉＯ_２で構成したもので、この構成によれば、信頼性の高いＳｉＯ_２からなる絶縁膜を用いているため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００３０】
本発明の請求項２２に記載の発明は、特に、絶縁膜をＳｉ_３Ｎ_４で構成したもので、この構成によれば、磁気抵抗素子との密着性を向上させることができるため、高信頼性の磁気センサを得ることができるという作用効果を有するものである。
【００３１】
本発明の請求項２３に記載の発明は、特に、絶縁膜の厚みを０．５μｍ〜３μｍの範囲としたもので、この構成によれば、十分な絶縁性を保ちながら磁気抵抗素子の特性に影響を与えることがないという作用効果を有するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図、図２は同磁気センサの断面図である。
【００３４】
図１、図２において、１１はセラミックを主成分とする基板、１２は基板１１の上面に形成されたガラスグレーズ層で、このガラスグレーズ層１２は、ＳｉＯ_２を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したもので、より低い焼成温度で良好な平面平滑性を得ることができる。また、このガラスグレーズ層１２は、表面粗度が１０μｍ四方で凹凸の最大値と最小値の差が０．０３μｍ以下になるように形成されている。１３はガラスグレーズ層１２上に約５００Åの厚みで着膜された磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗素子で、磁気抵抗効果膜としては、ＮｉＦｅ系、もしくはＮｉＣｏ系からなる強磁性磁気抵抗膜、または人工格子多層膜を用いることができる。また、この磁気抵抗素子１３は所定の形状にパターニングがなされているもので、この磁気抵抗素子１３のパターンは、つづら折り状にパターン形成され、そのパターンの長手方向は検出する磁界の方向を考慮して配置される。これは、磁気抵抗素子１３が強磁性磁気抵抗膜の場合には、パターンの長手方向と垂直な方向の磁界を検出し、一方、磁気抵抗素子１３が人工格子多層膜からなる巨大磁気抵抗効果膜（以下「ＧＭＲ膜」と記す）の場合には、パターンの長手方向と平行な方向の磁界を検出するからである。
【００３５】
１４は磁気抵抗素子１３上に形成されたＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜（絶縁膜）で、この層間絶縁膜１４は、厚みが０．５μｍ以下では充分な絶縁性が保てず、また３μｍを超えるとＳｉＯ_２の応力が磁気抵抗素子１３に影響を及ぼし、磁気センサの特性が劣化するため、層間絶縁膜１４の厚みは約０．５〜３μｍの範囲としている。１５は層間絶縁膜１４上に形成されたＣｏＰｔ膜からなる永久磁石膜で、この永久磁石膜１５は所定のパターン形状を有し所定の方向に磁界を発生させるものである。また、永久磁石膜１５の膜厚は３００Å〜２００００Åの範囲としている。そしてまた、永久磁石膜１５の組成比は、７５〜８５ａｔｍ％のＣｏと、１５〜２５ａｔｍ％のＰｔとで構成するのが好ましい。ここで、永久磁石膜１５の膜厚は、磁気抵抗素子１３の感度や磁気ヒステリシス量に合わせて、必要な磁気バイアス強度を算出し、それに応じた膜厚に設定されている。例えば、磁気抵抗素子１３が、感度が低く磁気ヒステリシス量の大きなＮｉＣｏ系である場合には、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を２００００Å付近に設定して、磁気バイアス量を多くする必要があり、一方、磁気抵抗素子１３が、感度が高く磁気ヒステリシス量が小さいＮｉＦｅ系の場合や、人工格子多層膜からなるＧＭＲ膜の場合は、永久磁石膜１５であるＣｏＰｔ膜を５００Å付近に設定して、磁気バイアス量を小さめに設定する必要がある。また、さらに大きなバイアス磁界量が必要な場合や、低コスト化を目論む場合は、永久磁石膜１５にフェライト酸化物の粉体を用い、ペースト状にした後、印刷により所定の形状に形成し、焼成しても良い。また、永久磁石膜１５の磁界の方向は、磁気抵抗素子１３に強磁性磁気抵抗膜を用いた場合は、パターンの長手方向に対して略４５°、ＧＭＲ膜を用いた場合は、信号磁界の方向に対して０°もしくは１８０°である反平行方向または基板１１面に対して略４５°に設定することが望ましい。
【００３６】
１６は永久磁石膜１５上に形成されたフェノール樹脂からなる保護膜である。１７は磁気抵抗素子１３の外側に位置して基板１１を表面から裏面に貫通するように設けられ、かつＡｇＰｄを主成分とするビアホール構造の一対の貫通電極（連結電極）である。１８は基板１１の上面に形成され、かつ前記磁気抵抗素子１３と電気的に接続される一対の上面電極で、この一対の上面電極１８の表面には金めっきによるめっき層が施されている。この金めっきによるめっき層の厚みは１０００Å以上とするのが好ましい。また、金めっきによるめっき層の密着強度を向上させるために、金めっきによるめっき層の下にＴｉまたはＣｒからなる下地層を形成してもよい。
【００３７】
１９は基板１１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極１９の表面には金めっきによるめっき層が施されている。そしてこの一対の裏面電極１９と前記一対の上面電極１８は、前記一対の貫通電極１７を介して電気的に接続されている。２０は保護膜１６上に形成された処理回路用のＩＣチップで、このＩＣチップ２０は前記一対の上面電極１８とワイヤ２１によるボンディングで電気的に接続されている。そして、このワイヤ２１には、信頼性が高く、比較的ボンディングが容易な金線を用いることが望ましい。２２は基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面に形成されたモールド部で、このモールド部２２を構成する材料としては硬化時の応力が小さく、水分の透過が少ないエポキシ系の樹脂が最適である。
【００３８】
図３は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図である。
【００３９】
図３において、３１はＶＣＣ電極、３２はＧＮＤ電極、３３は第１のＦＧ電極、３４は第２のＦＧ電極である。３５は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第１のパターン、３６は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第２のパターン、３７は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第３のパターン、３８は磁気抵抗素子１３の一部を構成する第４のパターンである。ここで、第１のパターン３５と第４のパターン３８とは、ＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第１のパターン３５と第４のパターン３８との接続部は第１のＦＧ電極３３に電気的に接続している。また、第２のパターン３６と第３のパターン３７もＶＣＣ電極３１とＧＮＤ電極３２間に電気的に直接に接続されており、かつ第２のパターン３６と第３のパターン３７との接続部は第２のＦＧ電極３４に電気的に接続している。このように第１のパターン３５〜第４のパターン３８はブリッジ回路状に電気的に接続されている。
【００４０】
３９は信号磁界を示し、４０は第１のパターン３５に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第１の磁気バイアスで、この第１の磁気バイアス４０の大きさと方向は第３のパターン３７に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第１の磁気バイアス４０の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに１３５°の方向に設定されている。４１は第２のパターン３６に印加しているバイアス磁界のベクトルを示した第２の磁気バイアスで、この第２の磁気バイアス４１の大きさと方向は第４のパターン３８に印加しているバイアス磁界のベクトルと同じである。そしてこの第２の磁気バイアス４１の方向は、信号磁界３９に対して時計回りに４５°の方向に設定されている。４２は信号磁界３９と第１の磁気バイアス４０との第１の合成磁界であり、４３は信号磁界３９と第２の磁気バイアス４１との第２の合成磁界である。ここで、第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界は第１の合成磁界４２であり、第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界は第２の合成磁界４３である。
【００４１】
以上のように構成された磁気センサについて、以下に、その製造方法を説明する。
【００４２】
最初に、基板１１に一対の貫通孔を設け、この貫通孔にＡｇＰｄを主成分とする導電体を充填して一対の貫通電極１７を形成する。そしてこの一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように基板１１の上面に一対の上面電極１８を印刷、焼成して形成する。また、基板１１の裏面にも一対の貫通電極１７と電気的に接続されるように一対の裏面電極１９を印刷、焼成して形成する。
【００４３】
次に、基板１１の上面に、印刷、焼成によりガラスグレーズ層１２を形成する。そしてこのガラスグレーズ層１２上に真空蒸着により磁気抵抗素子１３を形成する。このとき、磁気抵抗素子１３を一対の上面電極１８の一部と重なるように形成することにより、一対の上面電極１８と電気的に接続する。その後、フォトエッチングにより磁気抵抗素子１３を所定の形状にパターニングし、所定のパターン形状を得る。そしてこの所定のパターン形状にパターニングされた磁気抵抗素子１３上にスパッタリングまたはＣＶＤによりＳｉＯ_２を約０．５〜３μｍの厚みで着膜して層間絶縁膜１４を形成する。
【００４４】
次に、層間絶縁膜１４上に、ＣｏＰｔ膜をスパッタリングにより５００Å〜２００００Åの厚みで着膜して永久磁石膜１５を形成する。その後、永久磁石膜１５をフォトエッチングにより所定の形状にパターニングする。この場合、永久磁石膜１５は、少なくとも磁気抵抗素子１３のパターン上を完全に覆う大きさに設定する。この後、電流コイルにより励磁して発生させた磁気パルスを永久磁石膜１５に印加して、所定の方向に着磁を行い、磁気抵抗素子１３に対し、常に一定方向の磁界を印加するように設定する。磁界が印加される方向は、本発明の実施の形態１における磁気センサの構成の説明で述べた通りである。
【００４５】
次に、前記永久磁石膜１５の上にフェノール樹脂を印刷して保護膜１６を形成する。
【００４６】
次に、保護膜１６の上に処理回路用のＩＣチップ２０を実装し、そしてこのＩＣチップ２０と一対の上面電極１８とをワイヤ２１でボンディングすることにより、磁気抵抗素子１３および一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とを電気的に接続する。
【００４７】
最後に、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うようにモールド部２２を形成する。このモールド部２２を形成する際のモールディング工法は、シリンジ等で樹脂を吐出させた後、所定の厚みのあるメタルマスク等を用いた印刷を行い、これを硬化させることにより行う。
【００４８】
以上のような製造方法によって、本発明の実施の形態１における磁気センサを得ることができる。
【００４９】
なお、上記製造方法においては、一つの基板１１から一つの磁気センサを得るものについて説明したが、量産性を考えて１枚の大きなセラミック基板に複数の磁気抵抗素子１３、複数のＩＣチップ２０、複数のモールド部２２等を形成してからこのセラミック基板を個片に分割すれば、複数の磁気センサを得ることができるものである。この場合、モールド部２２は、前述した１枚の大きなセラミック基板の表面全体を覆うように形成しても良いもので、切断用ダイシングソーにより、前述した１枚の大きなセラミック基板とモールド部２２とを同時に切断する。切断用ダイシングソー自身はモールド部２２側の面から入って来るようにセッティングし、基本的には前述した１枚の大きなセラミック基板まで完全に切断するが、工程でのハンドリング性を考慮して、セラミック基板を完全に切断するのではなく、ブレーク溝を形成するにとどめて、基板１１への分割は別工程で行っても良い。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態１における磁気センサの動作について説明する。
【００５１】
図４は本発明の実施の形態１における磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図である。
【００５２】
図４における特性図の縦軸は外部からの磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。
【００５３】
磁気抵抗素子１３のパターンに対し、永久磁石膜１５によって所定の磁気バイアスが印加されると、図４に示すように、磁気抵抗変化率はバイアス無しの特性４３からバイアス有りの特性４４の様に変化し、磁界に対する抵抗値変化のポイントがオフセットすることによって一定の磁界に対する抵抗値変化率が著しく上昇する。
【００５４】
図５は本発明の実施の形態１における磁気センサの出力波形を示す波形図である。
【００５５】
図５における波形図の縦軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示し、横軸は外部からの信号磁界の変化に対応して変化する磁界の角度を示す。図５において、４４は図４に示したバイアス有りの磁気抵抗変化率特性、５１は信号磁界波形、５２は波状の磁気抵抗素子出力を示す。
【００５６】
上記図３で説明したように、第１の磁気バイアス４０と信号磁界３９とは第１の合成磁界４２を形成し、かつ第２の磁気バイアス４１と信号磁界３９とは第２の合成磁界４３を形成するもので、前記第１の合成磁界４２は第１のパターン３５および第３のパターン３７が検出する磁界であり、かつ前記第２の合成磁界４３は第２のパターン３６および第４のパターン３８が検出する磁界である。
【００５７】
この場合、第１のパターン３５と第３のパターン３７の抵抗値は比較的大きく上昇し、一方、第２のパターン３６と第４のパターン３８の抵抗値は上昇するものの、その上昇は比較的小さい。この結果、第１のＦＧ電極３３と第２のＦＧ電極３４との間に電位差が生じて電気信号が得られ、出力信号として図５に示す波状の磁気抵抗素子出力５２が得られる。
【００５８】
この磁気抵抗素子出力５２は、磁気抵抗素子１３に印加される電圧が５Ｖであった場合、数ｍＶ〜２００ｍＶ程度の出力しか得られないため、Ｓ／Ｎが悪く、このままでは磁気センサとしての使用が不可能である。このため、磁気抵抗素子１３と接続しているＩＣチップ２０において、アンプによる増幅やコンパレータによる矩形波処理などを行う必要がある。
【００５９】
上記本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、磁気抵抗素子１３が設けられた位置とＩＣチップ２０が設けられた位置とが基板１１上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子１３を接続するための電極とＩＣチップ２０を接続するための電極とをいずれも上面電極１８で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるものである。
【００６０】
また、基板１１の上面側に位置するガラスグレーズ層１２、磁気抵抗素子１３、層間絶縁膜１４、永久磁石膜１５、保護膜１６、一対の上面電極１８、ＩＣチップ２０、ワイヤ２１を覆うように基板１１の上面にモールド部２２を形成しているため、これらに水分が侵入するのを確実に防ぐことができ、その結果、耐候性に優れた磁気センサを得ることができる。特に、基板１１にセラミックを、モールド部２２にエポキシ系の樹脂を用いると、一層の効果を得ることができる。さらに、本発明の実施の形態１における磁気センサにおいては、一対の上面電極１８が基板１１の端面まで設けられておらず、かつモールド部２２に完全に覆われていて、磁気センサの表面に露出していないため、上面電極１８の酸化や腐食を確実に防止することができるとともに、上面電極１８が腐食することによる磁気センサ内部の構成要素の腐食の進行も未然に防止することができる。
【００６１】
なお、上記本発明の実施の形態１においては、ガラスグレーズ層１２を、ＳｉＯ_２を主成分とし、Ｐｂ酸化物を含んだ組成により構成したものについて説明したが、Ａｌ_２Ｏ_３やＢａＯ、Ｂを含んでいても良い。
【００６２】
また、層間絶縁膜１４は、ＳｉＯ_２で構成したものについて説明したが、磁気抵抗素子１３との密着性をさらに向上させて高い信頼性を確保するために、Ｓｉ_３Ｎ_４で構成しても良い。
【００６３】
そしてまた、永久磁石膜１５は、ＣｏＰｔ膜で構成したものについて説明したが、ＣｏＰｔＣｒ膜で構成しても良い。
【００６４】
さらに、保護膜１６は、フェノール樹脂で構成したものについて説明したが、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４や、これら複数の材料の組み合わせで構成しても良く、この場合、永久磁石膜１５に対して応力がかからない材料構成が好ましい。
【００６５】
さらにまた、貫通電極１７は、ビアホール構造で構成したものについて説明したが、スルーホール構造で構成したものでも良く、また、この貫通電極１７の材料は、ＡｇＰｄに限定されるものではなく、他の導体であっても良く、特に、Ａｇ、Ｐｄ、またはＰｔを含有するものが好ましい。
【００６６】
また、上記本発明の実施の形態１においては、バイアす磁界の発生手段である永久磁石膜１５を設けたものについて説明したが、永久磁石膜１５を除去した構成にすることもできる。すなわち、バイアス磁界の発生手段が磁気センサの外部にある場合には、この永久磁石膜１５を除去した構成が有用である。
【００６７】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図である。
【００６８】
本発明の実施の形態２における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは電極の構造である。以下、図６を用いて本発明の実施の形態２における磁気センサについて説明する。
【００６９】
図６において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。
【００７０】
６１はセラミックからなる板状の基板で、この基板６１における互いに対向する一対の端面のそれぞれの中央部には半円柱状の切り欠き部が形成され、かつこの切り欠き部には半円柱状をなす一対の端面電極（連結電極）６２が形成されている。６３は基板６１の上面に形成され、かつ磁気抵抗素子１３と電気的に接続されている一対の上面電極、６４は基板６１の裏面に形成された一対の裏面電極で、この一対の裏面電極６４は前記一対の端面電極６２を介して前記一対の上面電極６３と電気的に接続されている。
【００７１】
上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいても、本発明の実施の形態１における磁気センサと同様に、大きな１枚のセラミック基板から複数個の磁気センサを得ることができる。
【００７２】
この場合、半円柱状の端面電極６２は、前述した大きな１枚のセラミック基板に設けた貫通孔に導体を充填したものを２分することにより得られるため、前述した大きなセラミック基板に設ける貫通孔の数は、本発明の実施の形態１における磁気センサの場合に比べ、約１／２にすることができ、その結果、この貫通孔を前述した大きな１枚のセラミック基板に形成する際に必要な高価な金型ピンの数を減らすことができるため、基板の金型作製コストを大幅に抑制することができるものである。
【００７３】
なお、上記本発明の実施の形態２における磁気センサにおいては、一対の端面電極６２を、基板６１における互いに対向する一対の端面電極のそれぞれの中央部に半円柱状の形状として形成したが、基板６１に切り欠き部を設けることなく、基板６１における互いに対向する一対の端面に一対の端面電極６２を形成し、この一対の端面電極６２を前記一対の上面電極６３と一対の裏面電極６４に電気的に接続する構成としても良いものである。
【００７４】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図である。
【００７５】
本発明の実施の形態３における磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサとの違いは、ＩＣチップと上面電極との接続方法が異なるものである。以下、図７を用いて本発明の実施の形態３における磁気センサについて説明する。
【００７６】
図７において、上記した本発明の実施の形態１における磁気センサと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明は省略し、異なる点のみを説明する。すなわち、本発明の実施の形態３における磁気センサは、一対の上面電極１８とＩＣチップ２０とをＧＧＩ接合７１により電気的に接続したものである。
【００７７】
この構成によれば、上面から投影視した際に、上面電極１８が形成される部分がＩＣチップ２０の領域内に入りこむため、基板１１の長さを短くすることが可能となり、更なる小型化を実現することが可能となる。さらに、大きな１枚のセラミック基板から複数の磁気センサを得る製造方法を採用する場合には、１個当たりの磁気センサが小型になる分、前述した大きな１枚のセラミック基板から得られる磁気センサの数が増加するため、コストダウンが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、上面および裏面を有する基板と、この基板の上面に設けられたガラスグレーズ層と、前記基板の上面に設けられた一対の上面電極と、前記基板の裏面に設けられた一対の裏面電極と、前記基板に設けられ、かつ前記一対の上面電極と一対の裏面電極とを電気的に接続する一対の連結電極と、前記ガラスグレーズ層上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続される磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子上に設けられた保護膜と、この保護膜上に設けられ、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるＩＣチップと、前記ガラスグレーズ層、前記一対の上面電極、前記磁気抵抗素子、前記保護膜および前記ＩＣチップを覆うように前記基板の上面に形成されたモールド部とを備えた構成としたもので、前記磁気抵抗素子が設けられた位置とＩＣチップが設けられた位置とが基板上で重なるようにし、さらに、磁気抵抗素子を接続するための電極とＩＣチップを接続するための電極とをいずれも上面電極で共有化するようにしているため、小型で低コストの磁気センサを得ることができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気センサの斜視図
【図２】同磁気センサの断面図
【図３】同磁気センサの磁気抵抗素子パターン形状と磁気バイアスの印加方向を示す図
【図４】同磁気センサの磁気抵抗効果特性を示す特性図
【図５】同磁気センサの出力波形を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態２における磁気センサの断面図
【図７】本発明の実施の形態３における磁気センサの断面図
【図８】従来の磁気センサを示す平面図
【符号の説明】
１１基板
１２ガラスグレーズ層
１３磁気抵抗素子
１４層間絶縁膜（絶縁膜）
１５永久磁石膜
１６保護膜
１７一対の貫通電極（連結電極）
１８一対の上面電極
１９一対の裏面電極
２０ＩＣチップ
２１ワイヤ
２２モールド部
６１基板
６２一対の端面電極
６３一対の上面電極
６４一対の裏面電極
７１ＧＧＩ接合[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor used in various electronic devices.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a plan view showing a conventional magnetic sensor.
[0003]
In FIG. 8, 1 is a Si substrate, 2 is a magnetoresistive element, 3 is an electrode, 4 is a processing circuit unit, and 5 is an electrode pad. The magnetoresistive element 2 and the processing circuit unit 4 are formed in parallel on the same plane of the Si substrate 1.
[0004]
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-264701
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional magnetic sensor, since the magnetoresistive element 2 and the processing circuit unit 4 are formed in parallel on the same plane of the Si substrate 1, the area of the Si substrate 1 is increased and the size can be easily reduced. Had no problem.
[0007]
The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a magnetic sensor that can be miniaturized.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a substrate having a top surface and a back surface, a glass glaze layer provided on the top surface of the substrate, a pair of top surface electrodes provided on the top surface of the substrate, A pair of back electrodes provided on the back surface, a pair of connection electrodes provided on the substrate and electrically connecting the pair of top surface electrodes and the pair of back electrodes, and provided on the glass glaze layer, And a magnetoresistive element electrically connected to the pair of upper surface electrodes, a protective film provided on the magnetoresistive element, and provided on the protective film and electrically connected to the pair of upper surface electrodes. And a mold part formed on the upper surface of the substrate to cover the glass glaze layer, the pair of upper surface electrodes, the magnetoresistive element, the protective film, and the IC chip. Also Thus, according to this configuration, the position where the magnetoresistive element is provided and the position where the IC chip is provided overlap each other on the substrate, and the electrode for connecting the magnetoresistive element is connected to the IC chip. Therefore, since the upper electrode is shared by the upper electrode, it is possible to obtain a small and low-cost magnetic sensor.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate having a top surface and a back surface, a glass glaze layer provided on the top surface of the substrate, a pair of top surface electrodes provided on the top surface of the substrate, A pair of back electrodes provided on the back surface, a pair of connection electrodes provided on the substrate and electrically connecting the pair of top surface electrodes and the pair of back electrodes, and provided on the glass glaze layer, And a magnetoresistive element electrically connected to the pair of upper surface electrodes, an insulating film provided on the magnetoresistive element, a permanent magnet film provided on the insulating film, and on the permanent magnet film A protective film provided; an IC chip provided on the protective film and electrically connected to the pair of upper surface electrodes; the glass glaze layer; the pair of upper surface electrodes; the magnetoresistive element; Film, permanent magnet film 2. The same effect as the magnetic sensor according to claim 1, comprising: a mold part formed on an upper surface of the substrate so as to cover the protective film and the IC chip. In addition, since the magnetic bias permanent magnet to be applied to the magnetoresistive element is a thin permanent magnet film, there is an effect that it is possible to obtain a magnetic sensor that is small in size, high in sensitivity, and low in cost. Is.
[0011]
In the invention according to claim 3 of the present invention, in particular, the pair of connecting electrodes is composed of a pair of through electrodes that penetrate the substrate and electrically connect the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes. According to this configuration, since the upper surface electrode is not exposed from the magnetic sensor, the upper surface electrode can be prevented from being corroded, and the corrosion inside the magnetic sensor can be prevented from being corroded by the corrosion from the upper surface electrode. It has the effect that it can do.
[0012]
In the invention according to claim 4 of the present invention, in particular, the through electrode is configured with a through hole structure, and according to this configuration, the through hole for forming the through electrode with an inexpensive mold is formed. In addition, the through electrode can also be formed easily and reliably by printing the electrode.
[0013]
According to the fifth aspect of the present invention, the through electrode is formed with a via hole structure. According to this configuration, the through electrode can be formed in a small space, so that the magnetic sensor can be downsized. It has the effect that it becomes possible.
[0014]
In the invention according to claim 6 of the present invention, in particular, the pair of connecting electrodes are formed on the end surfaces facing each other of the substrate, and the pair of end surfaces electrically connect the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes. In this configuration, the end face electrode can be formed by a simple method.
[0015]
According to the seventh aspect of the present invention, in particular, the pair of connecting electrodes are formed in the notch portions provided on the opposite end surfaces of the substrate, and the pair of upper surface electrodes and the pair of back electrodes are electrically connected. In this configuration, the cut-out portion for forming the end face electrode can be formed with an inexpensive mold.
[0016]
The invention according to claim 8 of the present invention is particularly such that a pair of upper surface electrodes and an IC chip are electrically connected by bonding with a wire. According to this configuration, the pair of upper surface electrodes and the IC chip are connected to each other. Bonding is not affected by stress due to adhesion between different substrates, and has an effect of ensuring high reliability.
[0017]
According to the ninth aspect of the present invention, in particular, the pair of upper surface electrodes and the IC chip are electrically connected by GGI bonding, and according to this configuration, a small magnetic element having substantially the same area as the IC chip is provided. This has the effect of obtaining a sensor.
[0018]
In the invention according to claim 10 of the present invention, in particular, the connecting electrode is composed of at least one element of Ag, Pd, and Pt. According to this structure, the connecting electrode It is easy to perform printing and hole-filling processing at the time of formation, so that an excellent productivity can be obtained, and the soldering property is excellent after completion.
[0019]
In the invention according to claim 11 of the present invention, in particular, the glass glaze layer is composed of at least one element selected from Pb, Si, B, and Al. The surface smoothness of the surface of the glass glaze layer on which the magnetoresistive element is deposited can be easily obtained.
[0020]
In the invention according to claim 12 of the present invention, in particular, the glass glaze layer is formed such that the surface roughness is 10 μm square and the difference between the maximum and minimum unevenness is 0.03 μm or less. According to the configuration, since the deposition of the magnetoresistive element can be performed in a more uniform state, an effect of obtaining an excellent characteristic of the magnetoresistive element is obtained.
[0021]
The invention according to the thirteenth aspect of the present invention uses an epoxy resin as the material of the mold part in particular, and according to this configuration, there is an effect that an inexpensive and highly reliable magnetic sensor can be obtained. It is what you have.
[0022]
In the invention according to claim 14 of the present invention, in particular, a plating layer made of gold is provided on the surface of the back electrode. According to this configuration, the surface of the back electrode on the board mounting surface is not oxidized, This has the effect of obtaining a good solderability.
[0023]
According to the fifteenth aspect of the present invention, in particular, an underlayer and a plating layer are provided on the surface of the upper surface electrode, and the underlayer is composed of at least one of Ti and Cr. According to the configuration, since the adhesion between the upper surface electrode and the plating layer can be improved, it has an effect that a highly reliable magnetic sensor can be obtained.
[0024]
In the invention described in claim 16 of the present invention, in particular, the plating layer is made of gold and the film thickness is 1000 mm or more. According to this structure, the gold film thickness that can withstand wire bonding and GGI bonding. Therefore, it has an operational effect that a highly reliable magnetic sensor can be obtained.
[0025]
According to the seventeenth aspect of the present invention, in particular, the permanent magnet film is composed of at least one element of Co and Pt. According to this structure, the permanent magnet film has high holding power. Since a bias can be applied by a permanent magnet, there is an effect that the sensitivity of the magnetic sensor can be increased.
[0026]
In the invention according to claim 18 of the present invention, the permanent magnet film is composed of 75 to 85 atm% Co and 15 to 25 atm% Pt. Therefore, a highly sensitive magnetic sensor can be stably produced.
[0027]
According to the nineteenth aspect of the present invention, the film thickness of the permanent magnet film is in the range of 300 to 20000 mm. According to this configuration, the characteristics of the permanent magnet film can be stabilized. The effect is that the output is stable and a highly sensitive magnetic sensor can be obtained.
[0028]
In the invention according to claim 20 of the present invention, in particular, the permanent magnet film is composed of a ferrite oxide, and according to this configuration, the permanent magnet film can be constructed at low cost. This has the effect of obtaining an inexpensive magnetic sensor.
[0029]
According to the twenty-first aspect of the present invention, in particular, the insulating film is made of SiO. ₂ According to this configuration, highly reliable SiO ₂ Since the insulating film made of is used, it has an effect that a highly reliable magnetic sensor can be obtained.
[0030]
According to the twenty-second aspect of the present invention, in particular, the insulating film is made of Si. ₃ N ₄ According to this configuration, the adhesiveness with the magnetoresistive element can be improved, so that a highly reliable magnetic sensor can be obtained.
[0031]
In the invention described in claim 23 of the present invention, in particular, the thickness of the insulating film is in the range of 0.5 μm to 3 μm. According to this configuration, the characteristics of the magnetoresistive element are maintained while maintaining sufficient insulation. It has the effect of not influencing.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0033]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a magnetic sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor.
[0034]
1 and 2, reference numeral 11 denotes a substrate mainly composed of ceramic, 12 denotes a glass glaze layer formed on the upper surface of the substrate 11, and this glass glaze layer 12 is made of SiO 2. ₂ As a main component, and a composition containing a Pb oxide, good planar smoothness can be obtained at a lower firing temperature. The glass glaze layer 12 is formed so that the surface roughness is 10 μm square and the difference between the maximum value and the minimum value of the unevenness is 0.03 μm or less. 13 is a magnetoresistive element made of a magnetoresistive film deposited on the glass glaze layer 12 with a thickness of about 500 mm. As the magnetoresistive film, a ferromagnetic magnetoresistive film made of NiFe or NiCo, or An artificial lattice multilayer film can be used. The magnetoresistive element 13 is patterned in a predetermined shape. The pattern of the magnetoresistive element 13 is formed in a zigzag pattern, and the longitudinal direction of the pattern takes the direction of the magnetic field to be detected into consideration. Arranged. This is because when the magnetoresistive element 13 is a ferromagnetic magnetoresistive film, a magnetic field in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pattern is detected, while the magnetoresistive element 13 is a giant magnetoresistive film made of an artificial lattice multilayer film. This is because in the case of (hereinafter referred to as “GMR film”), a magnetic field in a direction parallel to the longitudinal direction of the pattern is detected.
[0035]
Reference numeral 14 denotes SiO formed on the magnetoresistive element 13. ₂ When the thickness is 0.5 μm or less, sufficient insulation cannot be maintained, and when the thickness exceeds 3 μm, SiO 2 ₂ The thickness of the interlayer insulating film 14 is set to a range of about 0.5 to 3 μm because the stress of the above affects the magnetoresistive element 13 and the characteristics of the magnetic sensor deteriorate. Reference numeral 15 denotes a permanent magnet film made of a CoPt film formed on the interlayer insulating film 14. The permanent magnet film 15 has a predetermined pattern shape and generates a magnetic field in a predetermined direction. The film thickness of the permanent magnet film 15 is in the range of 300 to 20000 mm. The composition ratio of the permanent magnet film 15 is preferably composed of 75 to 85 atm% Co and 15 to 25 atm% Pt. Here, the film thickness of the permanent magnet film 15 is set to a film thickness corresponding to the required magnetic bias intensity calculated in accordance with the sensitivity of the magnetoresistive element 13 and the amount of magnetic hysteresis. For example, when the magnetoresistive element 13 is NiCo-based with low sensitivity and a large amount of magnetic hysteresis, it is necessary to set the CoPt film as the permanent magnet film 15 in the vicinity of 20000 to increase the magnetic bias amount. On the other hand, when the magnetoresistive element 13 is a NiFe-based film having a high sensitivity and a small amount of magnetic hysteresis, or a GMR film made of an artificial lattice multilayer film, the CoPt film as the permanent magnet film 15 is set to around 500 mm, It is necessary to set the magnetic bias amount smaller. Further, when a larger amount of bias magnetic field is required, or when aiming at cost reduction, a powder of ferrite oxide is used for the permanent magnet film 15, and after forming into a paste shape, it is formed into a predetermined shape by printing, You may bake. The direction of the magnetic field of the permanent magnet film 15 is about 45 ° with respect to the longitudinal direction of the pattern when a ferromagnetic magnetoresistive film is used for the magnetoresistive element 13, and when a GMR film is used, It is desirable to set the antiparallel direction which is 0 ° or 180 ° with respect to the direction or approximately 45 ° with respect to the surface of the substrate 11.
[0036]
Reference numeral 16 denotes a protective film made of a phenol resin formed on the permanent magnet film 15. Reference numeral 17 denotes a pair of penetrating electrodes (connecting electrodes) having a via hole structure, which is provided outside the magnetoresistive element 13 so as to penetrate the substrate 11 from the front surface to the back surface and has AgPd as a main component. Reference numeral 18 denotes a pair of upper surface electrodes which are formed on the upper surface of the substrate 11 and are electrically connected to the magnetoresistive element 13. A surface of the pair of upper surface electrodes 18 is plated with gold. The thickness of the plated layer by this gold plating is preferably 1000 mm or more. Moreover, in order to improve the adhesive strength of the plating layer by gold plating, you may form the base layer which consists of Ti or Cr under the plating layer by gold plating.
[0037]
Reference numeral 19 denotes a pair of back electrodes formed on the back surface of the substrate 11, and a surface of the pair of back electrodes 19 is plated with gold. The pair of back surface electrodes 19 and the pair of upper surface electrodes 18 are electrically connected through the pair of through electrodes 17. Reference numeral 20 denotes an IC chip for a processing circuit formed on the protective film 16, and the IC chip 20 is electrically connected to the pair of upper surface electrodes 18 by bonding with wires 21. The wire 21 is desirably a gold wire that is highly reliable and relatively easy to bond. 22 covers the glass glaze layer 12, the magnetoresistive element 13, the interlayer insulating film 14, the permanent magnet film 15, the protective film 16, the pair of upper surface electrodes 18, the IC chip 20, and the wires 21 positioned on the upper surface side of the substrate 11. In the mold part formed on the upper surface of the substrate 11, an epoxy resin having a low stress at the time of curing and a low moisture permeation is optimal as a material constituting the mold part 22.
[0038]
FIG. 3 is a diagram showing the magnetoresistive element pattern shape of the magnetic sensor and the magnetic bias application direction in the first embodiment of the present invention.
[0039]
In FIG. 3, 31 is a VCC electrode, 32 is a GND electrode, 33 is a first FG electrode, and 34 is a second FG electrode. 35 is a first pattern constituting a part of the magnetoresistive element 13, 36 is a second pattern constituting a part of the magnetoresistive element 13, and 37 is a third pattern constituting a part of the magnetoresistive element 13. , 38 is a fourth pattern constituting a part of the magnetoresistive element 13. Here, the first pattern 35 and the fourth pattern 38 are electrically connected directly between the VCC electrode 31 and the GND electrode 32, and the first pattern 35 and the fourth pattern 38 are connected to each other. The connecting portion is electrically connected to the first FG electrode 33. Further, the second pattern 36 and the third pattern 37 are also electrically connected directly between the VCC electrode 31 and the GND electrode 32, and the connection portion between the second pattern 36 and the third pattern 37 is The second FG electrode 34 is electrically connected. Thus, the first pattern 35 to the fourth pattern 38 are electrically connected in a bridge circuit shape.
[0040]
Reference numeral 39 denotes a signal magnetic field, and reference numeral 40 denotes a first magnetic bias indicating a vector of a bias magnetic field applied to the first pattern 35. The magnitude and direction of the first magnetic bias 40 is the third pattern 37. It is the same as the vector of the bias magnetic field applied to. The direction of the first magnetic bias 40 is set to a direction of 135 ° clockwise with respect to the signal magnetic field 39. Reference numeral 41 denotes a second magnetic bias indicating a vector of a bias magnetic field applied to the second pattern 36. The magnitude and direction of the second magnetic bias 41 is the bias magnetic field applied to the fourth pattern 38. Is the same as the vector. The direction of the second magnetic bias 41 is set to a direction of 45 ° clockwise with respect to the signal magnetic field 39. Reference numeral 42 denotes a first combined magnetic field of the signal magnetic field 39 and the first magnetic bias 40, and reference numeral 43 denotes a second combined magnetic field of the signal magnetic field 39 and the second magnetic bias 41. Here, the magnetic field detected by the first pattern 35 and the third pattern 37 is the first combined magnetic field 42, and the magnetic field detected by the second pattern 36 and the fourth pattern 38 is the second combined magnetic field 43. It is.
[0041]
The manufacturing method of the magnetic sensor configured as described above will be described below.
[0042]
First, a pair of through holes are provided in the substrate 11, and a pair of through electrodes 17 is formed by filling the through holes with a conductor mainly composed of AgPd. Then, a pair of upper surface electrodes 18 are formed on the upper surface of the substrate 11 by printing and baking so as to be electrically connected to the pair of through electrodes 17. In addition, a pair of back surface electrodes 19 are formed on the back surface of the substrate 11 by printing and baking so as to be electrically connected to the pair of through electrodes 17.
[0043]
Next, the glass glaze layer 12 is formed on the upper surface of the substrate 11 by printing and baking. A magnetoresistive element 13 is formed on the glass glaze layer 12 by vacuum deposition. At this time, the magnetoresistive element 13 is formed so as to overlap a part of the pair of upper surface electrodes 18 to be electrically connected to the pair of upper surface electrodes 18. Thereafter, the magnetoresistive element 13 is patterned into a predetermined shape by photoetching to obtain a predetermined pattern shape. Then, on the magnetoresistive element 13 patterned in this predetermined pattern shape, SiO 2 is formed by sputtering or CVD. ₂ Is deposited to a thickness of about 0.5 to 3 μm to form an interlayer insulating film 14.
[0044]
Next, a CoPt film is deposited on the interlayer insulating film 14 to a thickness of 500 to 20000 by sputtering to form the permanent magnet film 15. Thereafter, the permanent magnet film 15 is patterned into a predetermined shape by photoetching. In this case, the permanent magnet film 15 is set to a size that completely covers at least the pattern of the magnetoresistive element 13. Thereafter, a magnetic pulse generated by excitation by a current coil is applied to the permanent magnet film 15 to magnetize it in a predetermined direction so that a magnetic field in a fixed direction is always applied to the magnetoresistive element 13. Set. The direction in which the magnetic field is applied is as described in the description of the configuration of the magnetic sensor in the first embodiment of the present invention.
[0045]
Next, a protective film 16 is formed by printing phenol resin on the permanent magnet film 15.
[0046]
Next, an IC chip 20 for a processing circuit is mounted on the protective film 16, and the IC chip 20 and a pair of upper surface electrodes 18 are bonded with a wire 21, whereby the magnetoresistive element 13 and the pair of upper surface electrodes are bonded. 18 and the IC chip 20 are electrically connected.
[0047]
Finally, the glass glaze layer 12, the magnetoresistive element 13, the interlayer insulating film 14, the permanent magnet film 15, the protective film 16, the pair of upper surface electrodes 18, the IC chip 20, and the wires 21 located on the upper surface side of the substrate 11 are covered. The mold part 22 is formed. The molding method for forming the mold part 22 is performed by discharging a resin with a syringe or the like, and then performing printing using a metal mask having a predetermined thickness and curing the resin.
[0048]
The magnetic sensor according to Embodiment 1 of the present invention can be obtained by the manufacturing method as described above.
[0049]
In the manufacturing method described above, one magnetic sensor is obtained from one substrate 11. However, in consideration of mass production, a plurality of magnetoresistive elements 13, a plurality of IC chips 20, A plurality of magnetic sensors can be obtained by dividing the ceramic substrate into individual pieces after forming the plurality of mold portions 22 and the like. In this case, the mold part 22 may be formed so as to cover the entire surface of the one large ceramic substrate described above, and the above-described one large ceramic substrate and the mold part 22 are separated by a cutting dicing saw. Disconnect at the same time. The dicing saw for cutting itself is set so as to enter from the surface on the mold part 22 side, and basically, it cuts completely to the one large ceramic substrate described above, but considering the handling property in the process, Instead of completely cutting the ceramic substrate, the break groove may be formed, and the division into the substrate 11 may be performed in a separate process.
[0050]
Next, the operation of the magnetic sensor according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
[0051]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the magnetoresistive effect characteristics of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
[0052]
The vertical axis of the characteristic diagram in FIG. 4 shows the magnetoresistance change rate of the magnetoresistive element that changes in accordance with the change in the magnetic field from the outside, and the horizontal axis shows the magnetic field that changes in response to the change in the signal magnetic field from the outside. Indicates the angle.
[0053]
When a predetermined magnetic bias is applied to the pattern of the magnetoresistive element 13 by the permanent magnet film 15, the rate of change in magnetoresistance is changed from a characteristic 43 without bias to a characteristic 44 with bias as shown in FIG. The resistance value change rate with respect to a certain magnetic field is remarkably increased by changing and offsetting the point of resistance value change with respect to the magnetic field.
[0054]
FIG. 5 is a waveform diagram showing an output waveform of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
[0055]
The vertical axis of the waveform diagram in FIG. 5 indicates the magnetoresistance change rate of the magnetoresistive element that changes in response to a change in the external signal magnetic field, and the horizontal axis indicates the magnetic field that changes in response to a change in the external signal magnetic field. Indicates the angle. In FIG. 5, reference numeral 44 denotes a magnetoresistive change rate characteristic with bias shown in FIG.
[0056]
As described above with reference to FIG. 3, the first magnetic bias 40 and the signal magnetic field 39 form a first combined magnetic field 42, and the second magnetic bias 41 and the signal magnetic field 39 form a second combined magnetic field 43. The first composite magnetic field 42 is a magnetic field detected by the first pattern 35 and the third pattern 37, and the second composite magnetic field 43 is the second pattern 36 and the fourth pattern This is a magnetic field detected by the pattern 38.
[0057]
In this case, the resistance values of the first pattern 35 and the third pattern 37 rise relatively large, while the resistance values of the second pattern 36 and the fourth pattern 38 rise, but the rise is relatively high. small. As a result, a potential difference is generated between the first FG electrode 33 and the second FG electrode 34 to obtain an electric signal, and a wave-like magnetoresistive element output 52 shown in FIG. 5 is obtained as an output signal.
[0058]
When the voltage applied to the magnetoresistive element 13 is 5V, the magnetoresistive element output 52 has only a few mV to 200 mV, so the S / N is poor. Is impossible. For this reason, it is necessary to perform amplification by an amplifier, rectangular wave processing by a comparator, and the like in the IC chip 20 connected to the magnetoresistive element 13.
[0059]
In the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, the position where the magnetoresistive element 13 is provided overlaps the position where the IC chip 20 is provided on the substrate 11, and the magnetoresistive element 13 is further connected. Since both the electrode for connecting and the electrode for connecting the IC chip 20 are shared by the upper surface electrode 18, a small and low-cost magnetic sensor can be obtained.
[0060]
Further, the glass glaze layer 12, the magnetoresistive element 13, the interlayer insulating film 14, the permanent magnet film 15, the protective film 16, the pair of upper surface electrodes 18, the IC chip 20, and the wires 21 located on the upper surface side of the substrate 11 are covered. Since the mold part 22 is formed on the upper surface of the substrate 11, it is possible to reliably prevent moisture from entering the substrate 11, and as a result, a magnetic sensor having excellent weather resistance can be obtained. In particular, when ceramic is used for the substrate 11 and epoxy resin is used for the mold part 22, further effects can be obtained. Furthermore, in the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention, the pair of upper surface electrodes 18 are not provided up to the end surface of the substrate 11 and are completely covered by the mold part 22 and exposed to the surface of the magnetic sensor. Therefore, the oxidation and corrosion of the upper surface electrode 18 can be reliably prevented, and the progress of corrosion of the components inside the magnetic sensor due to the corrosion of the upper surface electrode 18 can also be prevented.
[0061]
In the first embodiment of the present invention, the glass glaze layer 12 is made of SiO 2. ₂ Has been described as a composition comprising a Pb oxide and a Pb oxide. ₂ O ₃ And BaO and B may be contained.
[0062]
The interlayer insulating film 14 is made of SiO. ₂ In order to further improve the adhesion with the magnetoresistive element 13 and ensure high reliability, ₃ N ₄ You may comprise.
[0063]
The permanent magnet film 15 has been described as being composed of a CoPt film, but may be composed of a CoPtCr film.
[0064]
Further, the protective film 16 has been described as being composed of phenol resin, but polyimide resin, epoxy resin, SiO ₂ , Si ₃ N ₄ Alternatively, a combination of these plural materials may be used. In this case, a material configuration in which no stress is applied to the permanent magnet film 15 is preferable.
[0065]
Furthermore, the through electrode 17 has been described as having a via hole structure. However, the through electrode 17 may have a through hole structure, and the material of the through electrode 17 is not limited to AgPd. A conductor may be used, and in particular, one containing Ag, Pd, or Pt is preferable.
[0066]
In the first embodiment of the present invention, the permanent magnet film 15 that is a means for generating a magnetic field to be biased is described. However, the permanent magnet film 15 may be removed. That is, when the bias magnetic field generating means is outside the magnetic sensor, a configuration in which the permanent magnet film 15 is removed is useful.
[0067]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the magnetic sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
[0068]
The difference between the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention and the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention described above is the structure of the electrode. Hereinafter, the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0069]
In FIG. 6, the same components as those of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described.
[0070]
Reference numeral 61 denotes a plate-shaped substrate made of ceramic. A semi-cylindrical notch is formed in the center of each of a pair of end faces facing each other on the substrate 61, and the notch has a semi-cylindrical shape. A pair of end surface electrodes (connection electrodes) 62 formed is formed. Reference numeral 63 denotes a pair of upper surface electrodes formed on the upper surface of the substrate 61 and electrically connected to the magnetoresistive element 13. Reference numeral 64 denotes a pair of rear surface electrodes formed on the rear surface of the substrate 61. Is electrically connected to the pair of upper surface electrodes 63 via the pair of end surface electrodes 62.
[0071]
Also in the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention, a plurality of magnetic sensors can be obtained from one large ceramic substrate, similarly to the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
[0072]
In this case, the semi-cylindrical end electrode 62 is obtained by dividing the through hole provided in the large ceramic substrate described above into two, and thus the through hole provided in the large ceramic substrate described above. As compared with the magnetic sensor in the first embodiment of the present invention, the number can be reduced to about ½. As a result, it is necessary to form this through-hole in one large ceramic substrate described above. Since the number of expensive expensive mold pins can be reduced, the cost for producing the mold of the substrate can be significantly reduced.
[0073]
In the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention, the pair of end surface electrodes 62 are formed in a semi-cylindrical shape at the center of each of the pair of end surface electrodes facing each other on the substrate 61. A pair of end surface electrodes 62 are formed on a pair of end surfaces facing each other on the substrate 61 without providing a notch in the substrate 61, and the pair of end surface electrodes 62 are electrically connected to the pair of upper surface electrodes 63 and the pair of back surface electrodes 64. It is good also as a structure which connects in general.
[0074]
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnetic sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
[0075]
The difference between the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention and the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention described above is that the method of connecting the IC chip and the upper surface electrode is different. Hereinafter, the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0076]
In FIG. 7, the same components as those of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described. That is, the magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention is obtained by electrically connecting the pair of upper surface electrodes 18 and the IC chip 20 by the GGI junction 71.
[0077]
According to this configuration, when the projection is viewed from the upper surface, the portion where the upper surface electrode 18 is formed enters the area of the IC chip 20, so that the length of the substrate 11 can be shortened, and further miniaturization is achieved. Can be realized. Furthermore, when a manufacturing method for obtaining a plurality of magnetic sensors from a single large ceramic substrate is adopted, the magnetic sensor obtained from a single large ceramic substrate is reduced by the size of each magnetic sensor. Since the number increases, the cost can be reduced.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a substrate having a top surface and a back surface, a glass glaze layer provided on the top surface of the substrate, a pair of top surface electrodes provided on the top surface of the substrate, and a back surface of the substrate A pair of back electrodes provided, a pair of connection electrodes provided on the substrate and electrically connecting the pair of upper surface electrodes and the pair of back electrodes, provided on the glass glaze layer, and A magnetoresistive element electrically connected to the pair of upper surface electrodes, a protective film provided on the magnetoresistive element, and provided on the protective film and electrically connected to the pair of upper surface electrodes The IC chip and the glass glaze layer, the pair of upper surface electrodes, the magnetoresistive element, the protective film, and a mold part formed on the upper surface of the substrate so as to cover the IC chip. , The position where the magnetoresistive element is provided and the position where the IC chip is provided overlap each other on the substrate. Furthermore, both the electrode for connecting the magnetoresistive element and the electrode for connecting the IC chip are provided. Since the upper surface electrode is shared, an excellent effect is obtained that a small and low-cost magnetic sensor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor
FIG. 3 is a view showing a magnetoresistive element pattern shape and a magnetic bias application direction of the magnetic sensor;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the magnetoresistive effect characteristic of the magnetic sensor.
FIG. 5 is a waveform diagram showing an output waveform of the magnetic sensor.
FIG. 6 is a sectional view of a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a conventional magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
11 Substrate
12 Glass glaze layer
13 Magnetoresistive element
14 Interlayer insulation film (insulation film)
15 Permanent magnet film
16 Protective film
17 A pair of through electrodes (connecting electrodes)
18 A pair of upper surface electrodes
19 Pair of backside electrodes
20 IC chip
21 wire
22 Mold part
61 substrates
62 A pair of end face electrodes
63 A pair of upper surface electrodes
64 Pair of backside electrodes
71 GGI junction

Claims

A substrate having a top surface and a back surface; a glass glaze layer provided on the top surface of the substrate; a pair of top surface electrodes provided on the top surface of the substrate; a pair of back surface electrodes provided on the back surface of the substrate; A pair of connecting electrodes provided on the substrate and electrically connecting the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes; and provided on the glass glaze layer and electrically connected to the pair of upper surface electrodes. A magnetoresistive element, a protective film provided on the magnetoresistive element, an IC chip provided on the protective film and electrically connected to the pair of upper surface electrodes, the glass glaze layer, A magnetic sensor comprising a pair of upper surface electrodes, the magnetoresistive element, the protective film, and a mold part formed on the upper surface of the substrate so as to cover the IC chip.

A substrate having a top surface and a back surface; a glass glaze layer provided on the top surface of the substrate; a pair of top surface electrodes provided on the top surface of the substrate; a pair of back surface electrodes provided on the back surface of the substrate; A pair of connecting electrodes provided on the substrate and electrically connecting the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes; and provided on the glass glaze layer and electrically connected to the pair of upper surface electrodes. A magnetoresistive element, an insulating film provided on the magnetoresistive element, a permanent magnet film provided on the insulating film, a protective film provided on the permanent magnet film, and on the protective film An IC chip provided and electrically connected to the pair of upper surface electrodes, the glass glaze layer, the pair of upper surface electrodes, the magnetoresistive element, the insulating film, the permanent magnet film, the protective film, and the IC chip A magnetic sensor that includes a mold portion formed on the upper surface of the substrate so as to cover.

3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the pair of connecting electrodes is constituted by a pair of through electrodes that penetrate the substrate and electrically connect the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes.

The magnetic sensor according to claim 3, wherein the through electrode has a through hole structure.

The magnetic sensor according to claim 3, wherein the through electrode has a via hole structure.

3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the pair of connecting electrodes is formed of a pair of end surface electrodes that are formed on end surfaces facing each other of the substrate and electrically connect the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes.

The pair of connecting electrodes is formed by a pair of end surface electrodes that are formed in notches provided on opposite end surfaces of the substrate and electrically connect the pair of upper surface electrodes and the pair of back surface electrodes. 2. The magnetic sensor according to 2.

3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the pair of upper surface electrodes and the IC chip are electrically connected by bonding with a wire.

The magnetic sensor according to claim 1 or 2, wherein the pair of upper surface electrodes and the IC chip are electrically connected by GGI bonding.

The magnetic sensor according to claim 1 or 2, wherein the connecting electrode is composed of at least one element of Ag, Pd, and Pt.

The magnetic sensor according to claim 1 or 2, wherein the glass glaze layer comprises at least one element selected from Pb, Si, B, and Al.

3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the glass glaze layer is formed so that the surface roughness is 10 μm square and the difference between the maximum value and the minimum value of the unevenness is 0.03 μm or less.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein an epoxy resin is used as a material for the mold part.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein a plating layer made of gold is provided on the surface of the back electrode.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein a base layer and a plating layer are provided on the surface of the upper surface electrode, and the base layer is made of at least one of Ti and Cr.

The magnetic sensor according to claim 15, wherein the plating layer is made of gold and has a thickness of 1000 mm or more.

3. The magnetic sensor according to claim 2, wherein the permanent magnet film comprises at least one element of Co and Pt.

3. The magnetic sensor according to claim 2, wherein the permanent magnet film is composed of 75 to 85 atm% Co and 15 to 25 atm% Pt.

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the thickness of the permanent magnet film is in the range of 300 to 20000 mm.

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the permanent magnet film comprises a ferrite oxide.

The magnetic sensor according to claim ₂ , wherein the insulating film is made of SiO ₂ .

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the insulating film is made of Si ₃ N ₄ .

The magnetic sensor according to claim 2, wherein the thickness of the insulating film is in the range of 0.5 μm to 3 μm.