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JP2008304470A - Magnetic sensor - Google Patents

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JP2008304470A JP2008180199A JP2008180199A JP2008304470A JP 2008304470 A JP2008304470 A JP 2008304470A JP 2008180199 A JP2008180199 A JP 2008180199A JP 2008180199 A JP2008180199 A JP 2008180199A JP 2008304470 A JP2008304470 A JP 2008304470A
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magnetic
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magnetism
magnetic sensor
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Toshinori Takatsuka
俊徳 高塚
Masaya Yamashita
昌哉 山下
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor which can be miniaturized to achieve enhancement in property of production and assembly. <P>SOLUTION: In this sensor, magneto-sensing sections 3a, 3b for detecting external magnetic field are wedged between ferrite chips 4a/4b and ferrite substrates 2a/2b, respectively. These magneto-sensing sections 3a, 3b are arranged on magnetic substrate 1 at a regular distance from each other through the ferrite substrates 2a/2b. For example, hall element can be used as these magneto-sensing sections 3a, 3b. By obtaining sum and difference of outputs from the magneto-sensing sections 3a, 3b, magnetic flux density of perpendicular and horizontal directions to the magneto-sensing surface can be calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は磁気センサに関し、特に、地磁気による磁力線の方位を検出する方位センサに適用して好適なものである。   The present invention relates to a magnetic sensor, and is particularly suitable for application to an azimuth sensor that detects the azimuth of magnetic field lines due to geomagnetism.

従来の3次元磁気センサでは、3個のフラックスゲートセンサを互いに直交するように配置して、3次元方位センサを構成するようにしたものがある。
ここで、フラックスゲートセンサは、その動作原理上安定性に優れ、磁界の検出感度も10-8〜10-7mT程度と高いので、広く用いられている。
Some conventional three-dimensional magnetic sensors constitute three-dimensional azimuth sensors by arranging three fluxgate sensors so as to be orthogonal to each other.
Here, the fluxgate sensor is widely used because of its excellent stability in terms of its operation principle and high magnetic field detection sensitivity of about 10 −8 to 10 −7 mT.

しかしながら、フラックスゲートセンサは、環状の磁心と、この磁心に巻回して磁場を印加する励磁巻線と、磁心の磁束密度を検出する検出巻線とからなる構造であるため、形状が塊状となる。
このため、フラックスゲートセンサを用いて、3次元磁気センサを構成すると、装置が大型化するとともに、フラックスゲートセンサを3次元的に配置する必要があり、組立に熟練を要するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、小型化が可能で、生産性および組立性を向上させることが可能な磁気センサを提供することである。
However, since the fluxgate sensor has a structure including an annular magnetic core, an excitation winding that is wound around the magnetic core and applies a magnetic field, and a detection winding that detects the magnetic flux density of the magnetic core, the shape is a lump. .
For this reason, when a three-dimensional magnetic sensor is configured using a fluxgate sensor, there is a problem that the apparatus becomes large and the fluxgate sensor needs to be arranged three-dimensionally and requires skill in assembly.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor that can be miniaturized and can improve productivity and assembly.

上述した課題を解決するために、請求項1記載の磁気センサによれば、平板形状を有する一体成型された磁性体と、前記磁性体上の、前記磁性体の端部近傍にそれぞれ配置され且つ所定間隔だけ隔てられて2次元的に配置された2箇所以上の感磁部と、を備え、前記各感磁部は、前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁束を検出し、前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と前記磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる2又は3次元方向の磁気を検出することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, according to the magnetic sensor according to claim 1, each of the magnetic body having a flat plate shape and the magnetic body are disposed in the vicinity of the end of the magnetic body, and Two or more magnetically sensitive portions that are two-dimensionally spaced apart by a predetermined interval, and each of the magnetically sensitive portions detects a magnetic flux in a direction perpendicular to the plane of the magnetic body, and It is characterized by detecting two- or three-dimensional magnetism comprising magnetism in a direction perpendicular to the plane of the magnetic material and magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic material.

また、請求項2記載の磁気センサによれば、3箇所以上の前記感磁部を有し且つ何れか3箇所の前記感磁部は三角形の頂点となる位置に配置され、前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と前記磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる3次元方向の磁気を検出することを特徴とする。
これにより、磁性体の平面に対して垂直方向の磁束を検出する2箇所以上の感磁部を磁性体の同一平面上に配置した場合においても、磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる2又は3次元方向の磁気を検出することが可能となる。
According to the magnetic sensor of claim 2, the magnetic sensor has three or more magnetic sensing parts, and any three of the magnetic sensing parts are arranged at the apex of a triangle, and the plane of the magnetic body The magnetism is detected in a three-dimensional direction consisting of magnetism in a direction perpendicular to the plane and magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic body.
As a result, even when two or more magnetic sensing portions that detect magnetic flux in the direction perpendicular to the plane of the magnetic body are arranged on the same plane of the magnetic body, the magnetism in the direction perpendicular to the plane of the magnetic body It is possible to detect magnetism in a two- or three-dimensional direction consisting of the magnetism in the direction horizontal to the plane of the magnetic material.

このため、磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる2次元又は3次元方向の外部磁気を検出する場合においても、形状を塊状にする必要がなくなることから、2次元又は3次元磁気センサを小型化することが可能となるとともに、生産性および組立性を向上させて、コストを抑えることが可能となる。
なお、磁性体の端部近傍とは、磁性体の端部から多少内側の位置であって、磁性体端部で極度に集中する磁束が感磁部で直接検出されることにより、磁気センサの感度にばらつきが生じることを回避することの可能な位置である。
For this reason, even when detecting two-dimensional or three-dimensional external magnetism composed of magnetism in a direction perpendicular to the plane of the magnetic material and magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic material, the shape is lump Therefore, it is possible to reduce the size of the two-dimensional or three-dimensional magnetic sensor, and it is possible to improve the productivity and the assemblability and to reduce the cost.
Note that the vicinity of the end of the magnetic body is a position slightly inside from the end of the magnetic body, and a magnetic flux that is extremely concentrated at the end of the magnetic body is directly detected by the magnetic sensing section. This is a position where it is possible to avoid variations in sensitivity.

また、請求項3記載の磁気センサによれば、前記磁性体は略矩形平板形状を有し、前記感磁部は前記磁性体の四隅に配置されていることを特徴とする。
これにより、磁性体の大型化を抑制しつつ、4個の感磁部を磁性体の同一面上に対称配置することが可能となり、対角配置された2個の感磁部の差分出力を算出することで、回転角を求めることが可能となることから、3次元磁気センサの小型化および低コスト化を図ることが可能となる。
The magnetic sensor according to claim 3 is characterized in that the magnetic body has a substantially rectangular flat plate shape, and the magnetic sensing portions are arranged at four corners of the magnetic body.
As a result, it is possible to symmetrically arrange the four magnetic sensing portions on the same surface of the magnetic body while suppressing an increase in the size of the magnetic body, and the differential output of the two magnetic sensing portions arranged diagonally can be obtained. Since the rotation angle can be obtained by calculating, it is possible to reduce the size and cost of the three-dimensional magnetic sensor.

また、請求項4記載の磁気センサによれば、前記各感磁部を挟んで、前記磁性体と反対側に、磁束収束チップが配置されていることを特徴とする。
これにより、磁性体の内部で感磁面と平行になる磁束を、磁束収束チップ側に効率よく収束させることができ、感磁面に対して平行に向いている外部磁気を、効率よく垂直方向に変換して検出することが可能となる。
The magnetic sensor according to claim 4 is characterized in that a magnetic flux converging chip is disposed on the opposite side of the magnetic body with the magnetic sensing portions interposed therebetween.
As a result, the magnetic flux parallel to the magnetic sensitive surface inside the magnetic body can be efficiently converged to the magnetic flux converging chip side, and the external magnetism oriented parallel to the magnetic sensitive surface can be efficiently converted to the vertical direction. It is possible to detect by converting to.

また、請求項5記載の磁気センサによれば、前記磁性体は、磁性リードフレーム、磁性基板または磁性プリント配線板であることを特徴とする。
これにより、感磁部が配置された磁性体上に信号処理チップを配置することが可能となり、2又は3次元磁気センサのより一層の集積化を可能として、2又は3次元磁気センサのより一層の小型化および低コスト化を図ることが可能となる。
The magnetic sensor according to claim 5 is characterized in that the magnetic body is a magnetic lead frame, a magnetic substrate, or a magnetic printed wiring board.
As a result, the signal processing chip can be disposed on the magnetic body on which the magnetic sensing portion is disposed, and further integration of the two- or three-dimensional magnetic sensor is enabled. Can be reduced in size and cost.

また、請求項6記載の磁気センサによれば、前記各感磁部を結んでなる領域の中央に配置された信号処理チップと、前記磁性体上に形成され、前記感磁部と前記信号処理チップとを接続するための配線層とを備えることを特徴とする。
これにより、感磁部及び信号処理チップを同一面上に配置して、2又は3次元方向の磁気を検出することが可能となるとともに、同一面上に配線層を形成して、各感磁部および信号処理チップとの接続を効率よく行うことが可能となり、2又は3次元磁気センサの小型化を図りつつ、生産性および組立性を向上させてコストを抑えることが可能となる。
According to another aspect of the magnetic sensor of the present invention, the signal processing chip disposed in the center of the region formed by connecting the magnetic sensing portions, the magnetic sensing portion and the signal processing are formed on the magnetic body. And a wiring layer for connecting the chip.
As a result, it is possible to detect the magnetism in the two- or three-dimensional directions by arranging the magnetic sensing portion and the signal processing chip on the same surface, and form a wiring layer on the same surface, and each magnetic sensitivity It is possible to efficiently connect the signal processing chip and the signal processing chip, and it is possible to reduce the cost of the two- or three-dimensional magnetic sensor while improving the productivity and assembly.

本発明によれば、磁性体の平面に対して垂直方向の磁束を検出する2箇所以上の感磁部を磁性体の同一平面上に配置した場合においても、磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる2又は3次元方向の磁気を検出することが可能となり、磁気センサの形状を薄形化させて、小型化が可能となるとともに、生産性および組立性を向上させてコストを抑えることが可能となる。   According to the present invention, even when two or more magnetic sensing portions for detecting magnetic flux in the direction perpendicular to the plane of the magnetic body are arranged on the same plane of the magnetic body, the perpendicular to the plane of the magnetic body is provided. It is possible to detect two- or three-dimensional magnetism consisting of direction magnetism and magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic body, and the size of the magnetic sensor can be reduced and the size can be reduced. At the same time, it is possible to improve productivity and assemblability and to reduce costs.

以下、本発明の実施形態に係る磁気センサについて図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す断面図である。
図1において、磁気センサには、外部磁界を検出する感磁部3a、3bが設けられ、感磁部3a、3bは、磁性体であるフェライトチップ4a、4bとフェライト基板2a、2bでそれぞれ挟まれている。
Hereinafter, a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the magnetic sensor is provided with magnetic sensing parts 3a and 3b for detecting an external magnetic field, and the magnetic sensing parts 3a and 3b are sandwiched between ferrite chips 4a and 4b, which are magnetic bodies, and ferrite substrates 2a and 2b, respectively. It is.

そして、これら感磁部3a、3bは、フェライト基板2a、2bを介して磁性基板1上に所定間隔だけ隔てて配置され、磁性基板1で収束された磁気が感磁部3a、3bを貫通可能なように構成される。
ここで、感磁部3a、3bとして、例えば、ホール効果を利用したホール素子を用いることができ、材質としては、InSbなどを用いることができる。
These magnetic sensitive portions 3a and 3b are arranged on the magnetic substrate 1 with a predetermined interval therebetween via the ferrite substrates 2a and 2b, and the magnetism converged on the magnetic substrate 1 can penetrate the magnetic sensitive portions 3a and 3b. It is configured as follows.
Here, as the magnetic sensitive portions 3a and 3b, for example, a Hall element utilizing the Hall effect can be used, and InSb or the like can be used as the material.

また、磁性基板1としては、フェライトや鉄、パーマロイなど様々な磁性体を用いることができ、磁性リードフレームを用いるようにしてもよい。
なお、フェライトチップ4a、4bおよびフェライト基板2a、2bは、感磁部3a、3bに収束される磁気を増大させるもので、フェライトチップ4a、4bおよびフェライト基板2a、2bは必ずしも用いる必要はなく、感磁部3a、3bを磁性基板1上に直接形成するようにしてもよい。
In addition, as the magnetic substrate 1, various magnetic materials such as ferrite, iron, and permalloy can be used, and a magnetic lead frame may be used.
The ferrite chips 4a and 4b and the ferrite substrates 2a and 2b increase the magnetism converged on the magnetic sensitive portions 3a and 3b, and the ferrite chips 4a and 4b and the ferrite substrates 2a and 2b are not necessarily used. The magnetic sensitive parts 3a and 3b may be formed directly on the magnetic substrate 1.

そして、感磁面に対する外部磁場の垂直成分は、フェライトチップ4a、4bおよびフェライト基板2a、2bを介して感磁部3a、3bを貫通し、感磁部3a、3bからは、絶対値および符号の等しい感磁部電気出力を得ることができる。
一方、感磁面に対する外部磁場の平行成分は、磁性基板1の両端で垂直方向に曲げられ、フェライトチップ4a、4bおよびフェライト基板2a、2bを介して感磁部3a、3bを貫通する。そして、感磁部3a、3bからは、絶対値が等しく、符号が反対の感磁部電気出力を得ることができる。
The perpendicular component of the external magnetic field with respect to the magnetic sensitive surface passes through the magnetic sensitive portions 3a and 3b via the ferrite chips 4a and 4b and the ferrite substrates 2a and 2b. Can be obtained.
On the other hand, the parallel component of the external magnetic field with respect to the magnetic sensitive surface is bent in the vertical direction at both ends of the magnetic substrate 1, and penetrates the magnetic sensitive portions 3a and 3b via the ferrite chips 4a and 4b and the ferrite substrates 2a and 2b. And from the magnetic sensing parts 3a and 3b, it is possible to obtain magnetic sensing part electric outputs having the same absolute value and opposite signs.

これにより、感磁部3a、3bからの出力の和および差をとることにより、感磁面に対して垂直方向および平行方向の磁束密度を算出することができ、感磁部3a、3bを同一平面上に配置した場合においても、2次元の外部磁気を検出することができる。
図2(a)は、図1の磁気センサに対し垂直方向に地磁気が向いている場合の磁気シミュレーション結果を示す図、図2(b)は、図1の磁気センサに対し平行方向に地磁気が向いている場合の磁気シミュレーション結果を示す図である。
Thereby, by taking the sum and difference of the outputs from the magnetic sensing parts 3a and 3b, the magnetic flux density in the direction perpendicular to and parallel to the magnetic sensing surface can be calculated, and the magnetic sensing parts 3a and 3b are identical. Even when arranged on a plane, two-dimensional external magnetism can be detected.
2A shows a magnetic simulation result when the geomagnetism is perpendicular to the magnetic sensor of FIG. 1, and FIG. 2B shows the geomagnetism parallel to the magnetic sensor of FIG. It is a figure which shows the magnetic simulation result in the case of facing.

ここで、図2の磁場シミュレーンョンでは有限要素解析法を用い、感磁部3a、3bにおける垂直方向の磁束密度を計算した。
なお、感磁部3a、3bとしては、旭化成電子(株)製のホール素子、HW−105A(商品名)を用い、ホール素子の中心間の距離は約3mmに設定した。また、磁性基板1として、比透磁率8000の等方性フェライトを用いた。
Here, in the magnetic field simulation of FIG. 2, the finite element analysis method was used to calculate the magnetic flux density in the vertical direction in the magnetic sensitive portions 3a and 3b.
As the magnetic sensing parts 3a and 3b, Hall elements manufactured by Asahi Kasei Microdevices Corporation, HW-105A (trade name), were used, and the distance between the centers of the Hall elements was set to about 3 mm. Further, isotropic ferrite having a relative magnetic permeability of 8000 was used as the magnetic substrate 1.

図2(a)において、感磁面に対し垂直方向に地磁気がある場合、磁性基板1に入射した磁束はフェライト基板2a、2bに入射し、フェライトチップ4a、4bから出射する。このため、磁性基板1およびフェライト基板2a、2bで収束された磁束は感磁部3a、3bを垂直に貫通し、感磁部3a、3bにかかる磁束密度は等しくなる。
このため、感磁部3a、3bの出力の和をとることにより、縦方向磁束密度の2倍の値を求めることができる。
In FIG. 2A, when there is geomagnetism perpendicular to the magnetosensitive surface, the magnetic flux incident on the magnetic substrate 1 enters the ferrite substrates 2a and 2b and exits from the ferrite chips 4a and 4b. For this reason, the magnetic flux converged by the magnetic substrate 1 and the ferrite substrates 2a and 2b penetrates the magnetic sensitive portions 3a and 3b vertically, and the magnetic flux density applied to the magnetic sensitive portions 3a and 3b becomes equal.
For this reason, a value twice the longitudinal magnetic flux density can be obtained by taking the sum of the outputs of the magnetic sensing units 3a and 3b.

例えば、−0.03mTの地磁気が磁性基板1に垂直に入射した場合、−0.058mTの磁束を各感磁部3a、3bで検出することができる。
一方、図2(b)において、感磁面に対し平行方向に地磁気がある場合、磁性基板1に入射する磁束は磁性基板1で収束され、磁性基板の端では、磁性基板1に入射する磁束が垂直方向に曲げられる。
For example, when -0.03 mT of geomagnetism is perpendicularly incident on the magnetic substrate 1, a magnetic flux of -0.058 mT can be detected by each of the magnetic sensing portions 3a and 3b.
On the other hand, in FIG. 2B, when there is geomagnetism parallel to the magnetic sensitive surface, the magnetic flux incident on the magnetic substrate 1 is converged by the magnetic substrate 1, and the magnetic flux incident on the magnetic substrate 1 at the end of the magnetic substrate. Is bent vertically.

そして、磁性基板1で垂直方向に曲げられた磁束は、フェライトチップ4a、4bおよびフェライト基板2a、2bによりさらに収束され、フェライトチップ4aからフェライト基板2aへ、あるいはフェライト基板2bからフェライトチップ4bへ磁束が貫通する。このため、磁性基板1で収束された磁束は、感磁部3a、3bを垂直に貫通し、感磁部3a、3bにかかる磁束密度は、符号が異なり、絶対値の等しいものになる。
このため、感磁部3a、3bの出力の差をとることにより、平行方向磁束密度の2倍の値を求めることができる。
例えば、−0.03mTの地磁気が磁性基板1に平行に入射した場合、−0.042mTの磁束を感磁部3aで検出することが可能となるとともに、0.042mTの磁束を感磁部3bで検出することが可能となる。
The magnetic flux bent in the vertical direction by the magnetic substrate 1 is further converged by the ferrite chips 4a and 4b and the ferrite substrates 2a and 2b, and the magnetic flux is transferred from the ferrite chip 4a to the ferrite substrate 2a or from the ferrite substrate 2b to the ferrite chip 4b. Penetrates. For this reason, the magnetic flux converged by the magnetic substrate 1 vertically penetrates the magnetic sensitive portions 3a and 3b, and the magnetic flux density applied to the magnetic sensitive portions 3a and 3b has different signs and equal absolute values.
For this reason, a value twice as large as the parallel direction magnetic flux density can be obtained by taking the difference between the outputs of the magnetic sensing parts 3a and 3b.
For example, when −0.03 mT of geomagnetism is incident on the magnetic substrate 1 in parallel, −0.042 mT of magnetic flux can be detected by the magnetic sensing unit 3a, and 0.042 mT of magnetic flux can be detected by the magnetic sensing unit 3b. Can be detected.

図3は、磁気センサに対し平行方向に地磁気が向いている場合において、磁性基板の長さを変化させた時の磁気シミュレーション結果を示す図である。
図3(a)において、磁性基板11上には、ホール素子H1a、H1bが0.8mmの間隔を隔てて配置されている。
そして、磁性基板11に対して0.03mTの外部磁界が平行に向いている場合、ホール素子H1aには−0.028mTの磁束が貫通し、ホール素子H1bには0.028mTの磁束が貫通する。
このため、ホール素子H1a、H1bを磁性基板11上に0.8mmだけ隔てて対称配置することにより、平行外部磁界を垂直外部磁界に変換することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a magnetic simulation result when the length of the magnetic substrate is changed in the case where the geomagnetism is oriented in a direction parallel to the magnetic sensor.
In FIG. 3A, Hall elements H1a and H1b are arranged on the magnetic substrate 11 with an interval of 0.8 mm.
When an external magnetic field of 0.03 mT is parallel to the magnetic substrate 11, a magnetic flux of −0.028 mT penetrates through the Hall element H 1 a and a magnetic flux of 0.028 mT penetrates through the Hall element H 1 b. .
For this reason, by arranging the Hall elements H1a and H1b symmetrically on the magnetic substrate 11 with a distance of 0.8 mm, the parallel external magnetic field can be converted into a vertical external magnetic field.

図3(b)において、磁性基板12上には、ホール素子H2a、H2bが1.6mmの間隔を隔てて配置されている。
そして、磁性基板12に対して0.03mTの外部磁界が平行に向いている場合、ホール素子H2aには−0.040mTの磁束が貫通し、ホール素子H2bには0.040mTの磁束が貫通する。
このため、ホール素子H2a、H2bを磁性基板12上に1.6mmだけ隔てて対称配置することにより、平行外部磁界を垂直外部磁界に変換し、さらに増幅効果を得ることができる。
In FIG. 3B, Hall elements H2a and H2b are arranged on the magnetic substrate 12 with an interval of 1.6 mm.
When an external magnetic field of 0.03 mT is parallel to the magnetic substrate 12, a magnetic flux of −0.040 mT penetrates through the Hall element H2a, and a magnetic flux of 0.040 mT penetrates through the Hall element H2b. .
For this reason, by arranging the Hall elements H2a and H2b symmetrically on the magnetic substrate 12 with a distance of 1.6 mm, a parallel external magnetic field can be converted into a vertical external magnetic field, and an amplification effect can be obtained.

図3(c)において、磁性基板13上には、ホール素子H3a、H3bが2.4mmの間隔を隔てて配置されている。
そして、磁性基板13に対して0.03mTの外部磁界が平行に向いている場合、ホール素子H3aには−0.048mTの磁束が貫通し、ホール素子H3bには0.048mTの磁束が貫通する。
このため、ホール素子H3a、H3bを磁性基板13上に2.4mmだけ隔てて対称配置することにより、平行外部磁界を垂直外部磁界に変換し、さらに大きな増幅効果を得ることができる。
In FIG. 3C, Hall elements H3a and H3b are arranged on the magnetic substrate 13 with a spacing of 2.4 mm.
When an external magnetic field of 0.03 mT is parallel to the magnetic substrate 13, a magnetic flux of −0.048 mT penetrates the Hall element H3a, and a magnetic flux of 0.048 mT penetrates the Hall element H3b. .
Therefore, by arranging the Hall elements H3a and H3b symmetrically on the magnetic substrate 13 with a distance of 2.4 mm, a parallel external magnetic field can be converted into a vertical external magnetic field, and a larger amplification effect can be obtained.

この結果、ホール素子を同一基板上に配置する場合、なるべく距離を離して配置した方が感度を向上させることができ、感度向上の観点からは、ホール素子を磁性基板の端に配置することが好ましい。
ただし、ホール素子を磁性基板の端に配置すると、磁性体端部で極度に集中する磁束がホール素子で直接検出され、磁性体端部とホール素子の位置関係が製造上多少ずれると、磁気センサの感度がばらつくようになる。
このため、ホール素子を磁性基板上に配置する場合、感度のばらつき低減の観点からは、磁性基板の端から多少内側に配置することが好ましい。
As a result, when the Hall elements are arranged on the same substrate, it is possible to improve the sensitivity by arranging them as far as possible. From the viewpoint of improving the sensitivity, the Hall elements can be arranged at the end of the magnetic substrate. preferable.
However, if the Hall element is arranged at the end of the magnetic substrate, the magnetic flux that is extremely concentrated at the end of the magnetic body is directly detected by the Hall element, and if the positional relationship between the end of the magnetic body and the Hall element slightly deviates in manufacturing, the magnetic sensor Sensitivity of will vary.
For this reason, when the Hall element is disposed on the magnetic substrate, it is preferable that the Hall element is disposed slightly inside from the end of the magnetic substrate from the viewpoint of reducing variation in sensitivity.

図4は、本発明の第2実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図である。
図4において、磁性リードフレームには、ダイパッドDPおよびリード端子R1〜R12が設けられている。
そして、ダイパッドDPの四隅には、ホール素子H11〜H14がそれぞれ配置されるとともに、ダイパッドDPの中央には、信号処理チップIC1が配置されている。
そして、信号処理チップIC1は、ワイヤWB1を用いることにより、各ホール素子の駆動端子および出力端子とワイヤボンド接続されるとともに、リード端子R2〜R11とワイヤボンド接続されている。
FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of a three-dimensional magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the magnetic lead frame is provided with a die pad DP and lead terminals R1 to R12.
Hall elements H11 to H14 are arranged at the four corners of the die pad DP, and a signal processing chip IC1 is arranged at the center of the die pad DP.
The signal processing chip IC1 is wire-bonded to the drive terminals and output terminals of the respective Hall elements by using the wire WB1, and is wire-bonded to the lead terminals R2 to R11.

なお、リード端子R2〜R11は、例えば、電源端子、グランド端子、デジタルインターフェース端子×4、クロック端子、リセット端子、予備端子×2として用いることができる。
さらに、ホール素子H11〜H14および信号処理チップIC1が配置されたダイパッドDPおよびリード端子R1〜R12のインナーリード部は、モールド樹脂MPで封止される。
The lead terminals R2 to R11 can be used as, for example, a power supply terminal, a ground terminal, a digital interface terminal × 4, a clock terminal, a reset terminal, and a spare terminal × 2.
Further, the die pad DP on which the Hall elements H11 to H14 and the signal processing chip IC1 are arranged and the inner lead portions of the lead terminals R1 to R12 are sealed with the mold resin MP.

そして、リードフレーム面に対する外部磁場の垂直成分は、ダイパッドDPを介してホール素子H11〜H14を貫通し、各ホール素子H11〜H14からは、絶対値および符号の等しい感磁部電気出力を得ることができる。
一方、リードフレーム面に対する外部磁場の平行成分は、ダイパッドDPで収束され、ダイパッドDPの端部で垂直方向に曲げられて、ホール素子H11〜H14を貫通する。
The vertical component of the external magnetic field with respect to the lead frame surface passes through the Hall elements H11 to H14 via the die pad DP, and the magnetic sensor electrical outputs having the same absolute value and sign are obtained from the Hall elements H11 to H14. Can do.
On the other hand, the parallel component of the external magnetic field with respect to the lead frame surface is converged by the die pad DP, bent in the vertical direction at the end of the die pad DP, and penetrates the Hall elements H11 to H14.

このため、検出磁界Bが対角配置されたホール素子H12とH13を結ぶ方向から角度θだけずれている場合、ホール素子H12とH13の差分として、B・cosθに比例した出力、ホール素子H11とH14の差分として、B・sinθに比例した出力を得ることができる。
この結果、4個のホール素子H11〜H14の加算出力ならびに対角配置された2個のホール素子H11〜H14の差分出力をそれぞれ算出することにより、3次元の磁気を測定することが可能となる。
Therefore, when the detected magnetic field B is deviated by an angle θ from the direction connecting the diagonally arranged Hall elements H12 and H13, the difference between the Hall elements H12 and H13 is an output proportional to B · cos θ, and the Hall element H11 As the difference of H14, an output proportional to B · sin θ can be obtained.
As a result, the three-dimensional magnetism can be measured by calculating the addition output of the four Hall elements H11 to H14 and the difference output of the two Hall elements H11 to H14 arranged diagonally. .

従って、ホール素子H11〜H14を同一ダイパッドDP上に配置することで、3次元の磁気を測定することが可能となるとともに、信号処理チップIC1も同一モールド樹脂MP内に封入することが可能となり、3次元磁気センサの小型・軽量化が可能となるとともに、生産性および組立性を向上させてコストを抑えることが可能となることから、車載用コンパスや携帯用ナビゲーションシステムなどの多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。   Therefore, by arranging the Hall elements H11 to H14 on the same die pad DP, it becomes possible to measure three-dimensional magnetism, and the signal processing chip IC1 can be enclosed in the same mold resin MP. It is possible to reduce the size and weight of the 3D magnetic sensor, and to improve productivity and assemblability, thereby reducing costs. For various applications such as in-vehicle compass and portable navigation system It is possible to respond conveniently.

ここで、ホール素子H11〜H14では、地磁気のような低磁場での出力は小さいが、信号処理チップIC1を用いて、オフセット電圧のキャンセルを行うとともに、出力を増幅することにより、実用レベルの出力を得ることができる。
なお、オフセット電圧のキャンセルを行なう方法としては、例えば、90°チョッパ駆動や360°チョッパ駆動などを用いることができる。
Here, in the Hall elements H11 to H14, the output in a low magnetic field such as geomagnetism is small, but the offset voltage is canceled and the output is amplified by using the signal processing chip IC1 to output at a practical level. Can be obtained.
As a method for canceling the offset voltage, for example, 90 ° chopper driving or 360 ° chopper driving can be used.

図5(a)は、本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図5(b)は、本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。
図5において、磁性基板21の四隅には、感磁部22a〜22dがそれぞれ配置されるとともに、磁性基板21の中央には、信号処理チップIC2が配置されている。ここで、磁性基板21としては、例えば、フェライト基板を用いることができ、感磁部22a〜22dとしては、InSbを用いることができる。
FIG. 5A is a plan view showing a schematic configuration of a three-dimensional magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a schematic diagram of the three-dimensional magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure.
In FIG. 5, magnetic sensitive portions 22 a to 22 d are arranged at the four corners of the magnetic substrate 21, and the signal processing chip IC <b> 2 is arranged at the center of the magnetic substrate 21. Here, for example, a ferrite substrate can be used as the magnetic substrate 21, and InSb can be used as the magnetic sensitive portions 22a to 22d.

また、磁性基板21上の両端には、外部出力用のパッドP1〜P8が形成されるとともに、磁性基板21上には、信号処理チップIC2と感磁部22a〜22dとの間ならびに信号処理チップIC2とパッドP1〜P8との間をそれぞれ接続する配線H1が設けられている。
ここで、信号処理チップIC2を磁性基板21上に配置する場合、信号処理チップIC2をフェースダウンで配置して、配線H1とフリップチップ接続するようにしてもよいし、信号処理チップIC2をフェースアップで配置して、配線H1とワイヤボンド接続するようにしてもよい。
Further, pads P1 to P8 for external output are formed at both ends on the magnetic substrate 21, and on the magnetic substrate 21, between the signal processing chip IC2 and the magnetic sensitive portions 22a to 22d and the signal processing chip. A wiring H1 for connecting between the IC2 and the pads P1 to P8 is provided.
Here, when the signal processing chip IC2 is arranged on the magnetic substrate 21, the signal processing chip IC2 may be arranged face down so as to be flip-chip connected to the wiring H1, or the signal processing chip IC2 may be face up. May be arranged so as to be wire-bonded to the wiring H1.

さらに、感磁部22a〜22dが配置された磁性基板21の四隅には、磁気収束チップ23a〜23dが配置されている。ここで、磁気収束チップ23a〜23dとしては、例えば、フェライトチップを用いることができる。
そして、磁性基板21に対する外部磁場の垂直成分は、各感磁部22a〜22dから、絶対値および符号の等しい感磁部電気出力として得ることができる。
Furthermore, magnetic convergence chips 23a to 23d are arranged at the four corners of the magnetic substrate 21 on which the magnetic sensitive parts 22a to 22d are arranged. Here, as the magnetic focusing chips 23a to 23d, for example, ferrite chips can be used.
And the perpendicular | vertical component of the external magnetic field with respect to the magnetic board | substrate 21 can be obtained from each magnetic sensing part 22a-22d as a magnetic sensing part electric output with the same absolute value and code | symbol.

一方、磁性基板21に対する外部磁場の平行成分は、磁性基板21で収束され、磁性基板21で曲げられて、磁気収束チップ23a〜23dでさらに収束されながら、感磁部22a〜22dを貫通する。
このため、検出磁界Bが対角配置された感磁部22bと22cを結ぶ方向から角度θだけずれている場合、感磁部22bと22cの差分として、B・cosθに比例した出力、および感磁部22aと22dの差分として、B・sinθに比例した出力を得ることができる。
On the other hand, the parallel component of the external magnetic field with respect to the magnetic substrate 21 is converged by the magnetic substrate 21, bent by the magnetic substrate 21, and further converged by the magnetic focusing chips 23 a to 23 d, and penetrates the magnetic sensitive portions 22 a to 22 d.
Therefore, when the detected magnetic field B is deviated by an angle θ from the direction connecting the magnetically sensitive parts 22b and 22c arranged diagonally, the output proportional to B · cos θ and the As a difference between the magnetic parts 22a and 22d, an output proportional to B · sin θ can be obtained.

図6は、図5の3次元磁気センサの動作を示す平面図である。
図6において、検出磁界Bが感磁部22bと感磁部22cと結ぶ対角線から角度θだけずれている場合、対角配置された感磁部22bと感磁部22cの差分として、B・cosθに比例した出力を得ることができ、対角配置された感磁部22aと感磁部22dの差分として、B・sinθに比例した出力を得ることができる。
この結果、感磁部22a〜22dを同一磁性基板21上に配置することで、3次元の磁気を測定することが可能となるとともに、信号処理チップIC2も同一磁性基板21上に搭載して、感磁部22a〜22dと信号処理チップIC2とを接続する配線H1を磁性基板21上に形成することが可能となり、3次元磁気センサの小型化が可能となるとともに、生産性および組立性を向上させてコストを抑えることが可能となる。
FIG. 6 is a plan view showing the operation of the three-dimensional magnetic sensor of FIG.
In FIG. 6, when the detected magnetic field B is deviated by an angle θ from the diagonal line connecting the magnetic sensing part 22b and the magnetic sensing part 22c, the difference between the diagonally arranged magnetic sensing part 22b and the magnetic sensing part 22c is expressed as B · cos θ. An output proportional to B · sin θ can be obtained as a difference between the magnetically sensitive portions 22a and 22d arranged diagonally.
As a result, it is possible to measure the three-dimensional magnetism by arranging the magnetic sensitive portions 22a to 22d on the same magnetic substrate 21, and the signal processing chip IC2 is also mounted on the same magnetic substrate 21, The wiring H1 connecting the magnetic sensitive portions 22a to 22d and the signal processing chip IC2 can be formed on the magnetic substrate 21, and the three-dimensional magnetic sensor can be reduced in size, and the productivity and assemblability can be improved. This makes it possible to reduce costs.

図7は、本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。
図7(a)において、例えば、転写、蒸着またはスパッタなどにより、フェライト基板31上にInSb膜を形成する。
そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、InSb膜をパターニングすることにより、フェライト基板31上に感磁部32a、32bを形成する。
次に、図7(b)に示すように、例えば、メッキ、スパッタまたは蒸着などにより、CuまたはAlなどの導電層をフェライト基板31上に形成する。
そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、導電層をパターニングすることにより、フェライト基板31上に配線層H2を形成する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 7A, an InSb film is formed on the ferrite substrate 31 by, for example, transfer, vapor deposition, or sputtering.
Then, by using the lithography technique and the etching technique, the InSb film is patterned to form the magnetic sensitive parts 32 a and 32 b on the ferrite substrate 31.
Next, as shown in FIG. 7B, a conductive layer such as Cu or Al is formed on the ferrite substrate 31 by, for example, plating, sputtering, or vapor deposition.
Then, the wiring layer H2 is formed on the ferrite substrate 31 by patterning the conductive layer using the lithography technique and the etching technique.

図8は、図7(b)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図8において、フェライト基板31は、個々の3次元磁気センサに対応して区画に分けられ、各区画領域の四隅には感磁部32が配置され、各区画領域の両端には、外部出力用のパッドP11aが形成されている。
そして、各感磁部32およびパッドP11aからは、各区画領域の中央に向かって配線H2が形成され、各配線H2の先端には、信号処理チップIC3をフリップチップ接続するためのパッドP11bが形成されている。
次に、図7(c)において、バンプBP1が設けられた信号処理チップIC3を感磁部32a、32bの間に配置し、フェライト基板31上に形成された配線層H2とフリップチップ接続する。
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 8, the ferrite substrate 31 is divided into sections corresponding to the individual three-dimensional magnetic sensors, and the magnetic sensing portions 32 are arranged at the four corners of each divided area, and external outputs are provided at both ends of each divided area. The pad P11a is formed.
A wiring H2 is formed from each magnetic sensing portion 32 and the pad P11a toward the center of each partition region, and a pad P11b for flip-chip connection of the signal processing chip IC3 is formed at the tip of each wiring H2. Has been.
Next, in FIG. 7C, the signal processing chip IC3 provided with the bumps BP1 is disposed between the magnetic sensitive portions 32a and 32b, and is flip-chip connected to the wiring layer H2 formed on the ferrite substrate 31.

図9は、図7(c)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図9において、信号処理チップIC3に設けられたバンプBP1がパッドP11bの位置に対応するように、フェライト基板31上の各区画領域ごとに信号処理チップIC3が配置される。
次に、図7(d)において、磁気収束用のフェライトチップ33a、33bを各感磁部32a、32b上に配置する。
FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 9, the signal processing chip IC3 is arranged for each partition region on the ferrite substrate 31 so that the bump BP1 provided on the signal processing chip IC3 corresponds to the position of the pad P11b.
Next, in FIG. 7D, magnetic focusing ferrite chips 33a and 33b are arranged on the magnetic sensitive portions 32a and 32b.

図10は、図7(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図10において、互いに隣接する4つの区画領域の感磁部32に跨るように、フェライトチップ33がフェライト基板31上に配置される。
そして、ダイシングラインD1〜D5に沿ってフェライト基板31を切断する。
これにより、1枚のフェライト基板31上に形成された複数の3次元磁気センサを個々のチップに分離することが可能となるとともに、1個のフェライトチップ33を4分割して、フェライトチップ33の配置回数をほぼ1/4に減らすことができ、3次元磁気センサの組立工程を短縮化することができる。
FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 10, the ferrite chip 33 is disposed on the ferrite substrate 31 so as to straddle the magnetic sensitive parts 32 of the four partitioned regions adjacent to each other.
Then, the ferrite substrate 31 is cut along the dicing lines D1 to D5.
As a result, a plurality of three-dimensional magnetic sensors formed on one ferrite substrate 31 can be separated into individual chips, and one ferrite chip 33 can be divided into four parts. The number of arrangements can be reduced to almost ¼, and the assembly process of the three-dimensional magnetic sensor can be shortened.

図11(a)は、本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図11(b)は、本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。
図11において、絶縁性基板41上には、アモルファス金属層42および絶縁層43が順次形成され、絶縁性基板41の四隅には、感磁部44a〜44dがそれぞれ配置されるとともに、絶縁性基板41の中央には、信号処理チップIC4が配置されている。ここで、絶縁性基板41としては、例えば、セラミック基板またはガラスエポキシ基板などを用いることができ、感磁部44a〜44dとしては、InSbを用いることができ、アモルファス金属層42の厚みは、例えば、20〜30μmに設定することができる。
FIG. 11A is a plan view showing a schematic configuration of the three-dimensional magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a schematic of the three-dimensional magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure.
In FIG. 11, an amorphous metal layer 42 and an insulating layer 43 are sequentially formed on an insulating substrate 41, and magnetic sensitive portions 44 a to 44 d are disposed at four corners of the insulating substrate 41, respectively. In the center of 41, a signal processing chip IC4 is arranged. Here, as the insulating substrate 41, for example, a ceramic substrate or a glass epoxy substrate can be used, and as the magnetic sensitive portions 44a to 44d, InSb can be used, and the thickness of the amorphous metal layer 42 is, for example, It can be set to 20-30 μm.

また、絶縁性基板41上の両端には、外部出力用のパッドP21〜P28が形成されるとともに、絶縁性基板41上には、信号処理チップIC4と感磁部44a〜44dとの間ならびに信号処理チップIC4とパッドP21〜P28との間をそれぞれ接続する配線H3が設けられている。
さらに、絶縁性基板41の中央に配置された信号処理チップIC4は、ワイヤWB2を用いることにより、配線H3とワイヤボンド接続されている。
Further, external output pads P21 to P28 are formed at both ends on the insulating substrate 41, and between the signal processing chip IC4 and the magnetic sensing portions 44a to 44d and signals on the insulating substrate 41. A wiring H3 for connecting the processing chip IC4 and the pads P21 to P28, respectively, is provided.
Further, the signal processing chip IC4 arranged at the center of the insulating substrate 41 is wire-bonded to the wiring H3 by using the wire WB2.

そして、絶縁性基板41に対する外部磁場の垂直成分は、アモルファス金属層42を介して感磁部44a〜44dを貫通し、各感磁部44a〜44dからは、絶対値および符号の等しい感磁部電気出力を得ることができる。
一方、絶縁性基板41に対する外部磁場の平行成分は、アモルファス金属層42で収束され、アモルファス金属層42で曲げられて、感磁部44a〜44dを貫通する。
このため、検出磁界Bが対角配置された感磁部44bと44cを結ぶ方向から角度θだけずれている場合、感磁部44bと44cの差分として、B・cosθに比例した出力、および感磁部44aと44dの差分として、B・sinθに比例した出力を得ることができる。
And the perpendicular | vertical component of the external magnetic field with respect to the insulating substrate 41 penetrates the magnetic sensing parts 44a-44d through the amorphous metal layer 42, and from each magnetic sensing part 44a-44d, the absolute value and the magnetic sensing part where a code | symbol is equal. Electrical output can be obtained.
On the other hand, the parallel component of the external magnetic field with respect to the insulating substrate 41 is converged by the amorphous metal layer 42, bent by the amorphous metal layer 42, and penetrates the magnetic sensitive portions 44 a to 44 d.
Therefore, when the detected magnetic field B is deviated by an angle θ from the direction connecting the magnetically sensitive parts 44b and 44c arranged diagonally, the output proportional to B · cos θ and the As a difference between the magnetic parts 44a and 44d, an output proportional to B · sin θ can be obtained.

この結果、シート状のアモルファス金属層42を用いた場合においても、感磁部44a〜44dを同一面上に配置することを可能として、磁性体のヒステリシスおよび着磁オフセットの影響を軽減しつつ、3次元磁気センサの小型化を図ることが可能となる。
また、信号処理チップIC4も同一絶縁性基板41上に搭載して、感磁部44a〜44dと信号処理チップIC4との配線H3を絶縁性基板41上に形成することが可能となり、3次元磁気センサの小型化・低コスト化を可能としつつ、メンテナンス作業を軽減することが可能となる。
As a result, even when the sheet-like amorphous metal layer 42 is used, it is possible to arrange the magnetic sensitive portions 44a to 44d on the same plane, while reducing the influence of the hysteresis of the magnetic material and the magnetization offset, It is possible to reduce the size of the three-dimensional magnetic sensor.
Further, the signal processing chip IC4 is also mounted on the same insulating substrate 41, and the wiring H3 between the magnetic sensitive portions 44a to 44d and the signal processing chip IC4 can be formed on the insulating substrate 41. It is possible to reduce the maintenance work while reducing the size and cost of the sensor.

図12は、本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。
図12(a)において、例えば、アモルファス金属箔を貼り付けることにより、セラミック基板51上にアモルファス金属層52を形成し、CVDなどにより、アモルファス金属層52上に絶縁層53を形成する。
次に、図12(b)に示すように、例えば、転写、蒸着またはスパッタなどにより、絶縁層53上にInSb膜を形成する。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 12A, for example, an amorphous metal foil is attached to form an amorphous metal layer 52 on the ceramic substrate 51, and an insulating layer 53 is formed on the amorphous metal layer 52 by CVD or the like.
Next, as shown in FIG. 12B, an InSb film is formed on the insulating layer 53 by, for example, transfer, vapor deposition, or sputtering.

そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、InSb膜をパターニングすることにより、セラミック基板51上に感磁部54a、54bを形成する。
次に、図12(c)に示すように、例えば、メッキ、スパッタまたは蒸着などにより、CuまたはAlなどの導電層を、感磁部54a、54bが配置された絶縁層53上に形成する。
そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、導電層をパターニングすることにより、絶縁層53上に配線層H4を形成する。
Then, by using the lithography technique and the etching technique, the InSb film is patterned to form the magnetic sensitive parts 54a and 54b on the ceramic substrate 51.
Next, as shown in FIG. 12C, a conductive layer such as Cu or Al is formed on the insulating layer 53 on which the magnetically sensitive portions 54a and 54b are disposed, for example, by plating, sputtering, or vapor deposition.
Then, the wiring layer H4 is formed on the insulating layer 53 by patterning the conductive layer using a lithography technique and an etching technique.

図13は、図12(c)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図13において、セラミック基板51は、個々の3次元磁気センサに対応して区画分けられ、各区画領域の四隅には、アモルファス金属層52および絶縁層53を介して感磁部54が配置され、各区画領域の両端には、外部出力用のパッドP31aが形成されている。
そして、各感磁部54およびパッドP31aからは、各区画領域の中央に向かって配線H4が形成され、各配線H4の先端には、信号処理チップIC5をワイヤボンド接続するためのパッドP31bが形成されている。
次に、図12(d)において、信号処理チップIC5を感磁部54a、54bの間に配置し、ワイヤWBを用いることにより、セラミック基板51上に形成された配線層H4とワイヤボンド接続する。
FIG. 13 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 13, the ceramic substrate 51 is partitioned corresponding to each three-dimensional magnetic sensor, and the magnetic sensitive parts 54 are arranged at the four corners of each partitioned region via the amorphous metal layer 52 and the insulating layer 53. External output pads P31a are formed at both ends of each partition region.
And from each magnetic sensing part 54 and pad P31a, wiring H4 is formed toward the center of each division area, and pad P31b for wire-bonding signal processing chip IC5 is formed in the tip of each wiring H4. Has been.
Next, in FIG. 12D, the signal processing chip IC5 is disposed between the magnetic sensing portions 54a and 54b, and the wire WB is used to wire-connect the wiring layer H4 formed on the ceramic substrate 51. .

図14は、図12(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図14において、セラミック基板51上の各区画領域ごとに信号処理チップIC5が配置される。そして、ダイシングラインD11〜D14に沿ってセラミック基板51を切断することより、1枚のセラミック基板51上に形成された複数の3次元磁気センサを、個々のチップに分離する。
FIG. 14 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 14, the signal processing chip IC <b> 5 is arranged for each partition region on the ceramic substrate 51. Then, by cutting the ceramic substrate 51 along the dicing lines D11 to D14, a plurality of three-dimensional magnetic sensors formed on one ceramic substrate 51 are separated into individual chips.

図15(a)は、本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図15(b)は、本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。
図15において、絶縁性基板61上の四隅には、感磁部62a〜62dがそれぞれ配置されるとともに、絶縁性基板61上には、信号処理チップIC6と感磁部62a〜62dとの間をそれぞれ接続する配線H5が設けられている。
また、感磁部62a〜62dが配置された絶縁性基板61上には、接着層63を介してアモルファス金属層64が貼り付けられている。
また、絶縁性基板61の裏面には、信号処理チップIC6が配置されるとともに、絶縁性基板61には、絶縁性基板61の表面と裏面とを接続するスルーホールTH1が形成されている。
FIG. 15A is a plan view showing a schematic configuration of the three-dimensional magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a schematic of the three-dimensional magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure.
In FIG. 15, magnetic sensitive parts 62 a to 62 d are arranged at the four corners on the insulating substrate 61, respectively, and the signal processing chip IC 6 and the magnetic sensitive parts 62 a to 62 d are provided on the insulating substrate 61. A wiring H5 to be connected to each other is provided.
In addition, an amorphous metal layer 64 is attached to the insulating substrate 61 on which the magnetic sensitive portions 62 a to 62 d are disposed via an adhesive layer 63.
Further, the signal processing chip IC 6 is disposed on the back surface of the insulating substrate 61, and the through hole TH 1 that connects the front surface and the back surface of the insulating substrate 61 is formed in the insulating substrate 61.

ここで、絶縁性基板61としては、例えば、セラミック基板またはガラスエポキシ基板などを用いることができ、感磁部62a〜62dとしては、InSbを用いることができ、アモルファス金属層64の厚みは、例えば、20〜30μmに設定することができる。
さらに、絶縁性基板61の裏面に配置された信号処理チップIC6は、フリップチップ接続またはワイヤボンド接続により、配線H5と接続されている。
Here, as the insulating substrate 61, for example, a ceramic substrate or a glass epoxy substrate can be used, and as the magnetic sensitive parts 62a to 62d, InSb can be used, and the thickness of the amorphous metal layer 64 is, for example, It can be set to 20-30 μm.
Further, the signal processing chip IC6 arranged on the back surface of the insulating substrate 61 is connected to the wiring H5 by flip chip connection or wire bond connection.

そして、絶縁性基板61に対する外部磁場の垂直成分は、アモルファス金属層64を介して感磁部62a〜62dを貫通し、各感磁部62a〜62dからは、絶対値および符号の等しい感磁部電気出力を得ることができる。
一方、絶縁性基板61に対する外部磁場の平行成分は、アモルファス金属層64で収束され、アモルファス金属層64で曲げられて、感磁部62a〜62dを貫通する。
このため、検出磁界Bが対角配置された感磁部62bと62cを結ぶ方向から角度θだけずれている場合、感磁部62bと42cの差分として、B・cosθに比例した出力、および感磁部62aと62dの差分として、B・sinθに比例した出力を得ることができる。
And the perpendicular | vertical component of the external magnetic field with respect to the insulating substrate 61 penetrates the magnetic sensitive parts 62a-62d through the amorphous metal layer 64, and each magnetic sensitive part 62a-62d has a magnetic sensitive part with the same absolute value and code | symbol. Electrical output can be obtained.
On the other hand, the parallel component of the external magnetic field with respect to the insulating substrate 61 is converged by the amorphous metal layer 64, bent by the amorphous metal layer 64, and penetrates the magnetic sensitive parts 62 a to 62 d.
Therefore, when the detected magnetic field B is deviated by an angle θ from the direction connecting the magnetically sensitive parts 62b and 62c arranged diagonally, the difference between the magnetically sensitive parts 62b and 42c is an output proportional to B · cos θ, and the As a difference between the magnetic parts 62a and 62d, an output proportional to B · sin θ can be obtained.

この結果、シート状のアモルファス金属層64を用いた場合においても、感磁部62a〜62dを同一面上に配置することを可能として、磁性体のヒステリシスおよび着磁オフセットの影響を軽減しつつ、3次元の磁気を測定することが可能となる。
また、信号処理チップI6も同一絶縁性基板61上に搭載して、感磁部62a〜62dと信号処理チップIC6との配線H5を絶縁性基板61上に形成することが可能となり、3次元磁気センサの小型化・低コスト化が可能となるとともに、メンテナンス作業を軽減することが可能となる。
As a result, even when the sheet-like amorphous metal layer 64 is used, it is possible to arrange the magnetic sensitive portions 62a to 62d on the same plane, while reducing the influence of hysteresis and magnetization offset of the magnetic body, It becomes possible to measure three-dimensional magnetism.
Further, the signal processing chip I6 is also mounted on the same insulating substrate 61, so that the wiring H5 between the magnetic sensitive portions 62a to 62d and the signal processing chip IC6 can be formed on the insulating substrate 61, and three-dimensional magnetic The sensor can be reduced in size and cost, and maintenance work can be reduced.

図16は、本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。
図16(a)において、例えば、転写、蒸着またはスパッタなどにより、セラミック基板71上にInSb膜を形成する。
そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、InSb膜をパターニングすることにより、セラミック基板71上に感磁部72a、72bを形成する。
次に、図16(b)に示すように、セラミック基板71にスルーホールTH1を形成し、例えば、メッキなどにより、Cuなどの導電層をセラミック基板71の両面およびスルーホールTH1側壁に形成する。
そして、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、導電層をパターニングすることにより、セラミック基板71上に配線層H5を形成する。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor according to the fifth embodiment of the invention.
In FIG. 16A, an InSb film is formed on the ceramic substrate 71 by, for example, transfer, vapor deposition, or sputtering.
Then, by using the lithography technique and the etching technique, the InSb film is patterned to form the magnetic sensitive parts 72a and 72b on the ceramic substrate 71.
Next, as shown in FIG. 16B, through holes TH1 are formed in the ceramic substrate 71, and a conductive layer such as Cu is formed on both surfaces of the ceramic substrate 71 and the side walls of the through holes TH1, for example, by plating.
Then, the wiring layer H5 is formed on the ceramic substrate 71 by patterning the conductive layer using a lithography technique and an etching technique.

図17は、16(b)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図、図18(a)は、図17(b)を裏面から見た場合の構成を示す平面図である。
図17(a)において、セラミック基板71は、個々の3次元磁気センサに対応して区画分けられ、各区画領域の四隅には感磁部72が配置され、各感磁部72からは、各区画領域の中央に向かって配線H5がセラミック基板71上に形成されている。
FIG. 17 is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage 16 (b), and FIG. 18 (a) is a plan view showing the configuration when FIG. 17 (b) is viewed from the back.
In FIG. 17A, the ceramic substrate 71 is partitioned corresponding to each three-dimensional magnetic sensor, and the magnetic sensing portions 72 are arranged at the four corners of each partitioned region. A wiring H5 is formed on the ceramic substrate 71 toward the center of the partition region.

そして、図17(b)および図18(a)において、セラミック基板71には、セラミック基板71の両面を接続するためのスルーホールTH1が形成され、スルーホールTH1側壁には、セラミック基板71の両面を接続する導電層が形成されている。
次に、図16(c)において、例えば、接着層73を介してアモルファス金属箔をセラミック基板71上に貼り付けることにより、セラミック基板71上にアモルファス金属層74を形成する。
次に、図16(d)に示すように、バンプBP2が設けられた信号処理チップIC7をセラミック基板71の裏面に配置し、セラミック基板71上に形成された配線層H5とフリップチップ接続する。
17B and 18A, the ceramic substrate 71 is formed with through holes TH1 for connecting both surfaces of the ceramic substrate 71, and both sides of the ceramic substrate 71 are formed on the sidewalls of the through hole TH1. Is formed.
Next, in FIG. 16C, the amorphous metal layer 74 is formed on the ceramic substrate 71 by, for example, attaching an amorphous metal foil on the ceramic substrate 71 via the adhesive layer 73.
Next, as shown in FIG. 16D, the signal processing chip IC7 provided with the bumps BP2 is disposed on the back surface of the ceramic substrate 71, and is flip-chip connected to the wiring layer H5 formed on the ceramic substrate 71.

図18(b)は、図16(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。
図18(b)において、セラミック基板71上の各区画領域に対応させて、セラミック基板71の裏面に信号処理チップIC7が配置される。
次に、図16(e)において、信号処理チップIC7が配置されたセラミック基板71を、信号処理チップIC7が上に向くように、リードフレームのダイパッド81a上に配置する。そして、ワイヤWB4を用いることにより、信号処理チップIC7の外部出力端子に接続されたパッドを、リードフレームのリード端子にワイヤボンド接続する。
FIG. 18B is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG.
In FIG. 18B, the signal processing chip IC 7 is disposed on the back surface of the ceramic substrate 71 so as to correspond to each partitioned region on the ceramic substrate 71.
Next, in FIG. 16E, the ceramic substrate 71 on which the signal processing chip IC7 is arranged is arranged on the die pad 81a of the lead frame so that the signal processing chip IC7 faces upward. Then, by using the wire WB4, the pad connected to the external output terminal of the signal processing chip IC7 is wire-bonded to the lead terminal of the lead frame.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した実施形態では、InSb系ホール素子を例にとって説明したが、InAsやGaAsなどの他の化合物半導体系ホール素子を用いるようにしてもよい。
なお、感磁部としては、ホール効果を利用したもの以外にも、磁気抵抗効果を利用したものなど様々な感磁部の適用が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, an InSb-based Hall element has been described as an example, but other compound semiconductor Hall elements such as InAs and GaAs may be used.
As the magnetic sensing part, various magnetic sensing parts such as those utilizing the magnetoresistive effect can be applied in addition to those utilizing the Hall effect.

本発明の第1実施形態に係る磁気センサの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the magnetic sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図2(a)は、図1の磁気センサに対し垂直方向に地磁気が向いている場合の磁気シミュレーション結果を示す図、図2(b)は、図1の磁気センサに対し平行方向に地磁気が向いている場合の磁気シミュレーション結果を示す図である。2A shows a magnetic simulation result when the geomagnetism is perpendicular to the magnetic sensor of FIG. 1, and FIG. 2B shows the geomagnetism parallel to the magnetic sensor of FIG. It is a figure which shows the magnetic simulation result in the case of facing. 磁気センサに対し平行方向に地磁気が向いている場合における磁性基板の長さを変化させた時の磁気シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the magnetic simulation result when changing the length of the magnetic board | substrate in case the geomagnetism has faced the parallel direction with respect to the magnetic sensor. 本発明の第2実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the three-dimensional magnetic sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図5(a)は、本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図5(b)は、本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。FIG. 5A is a plan view showing a schematic configuration of a three-dimensional magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a schematic diagram of the three-dimensional magnetic sensor according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure. 図5の3次元磁気センサの動作を示す平面図である。It is a top view which shows operation | movement of the three-dimensional magnetic sensor of FIG. 本発明の第3実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図7(b)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.7 (b). 図7(c)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.7 (c). 図7(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.7 (d). 図11(a)は、本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図11(b)は、本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。FIG. 11A is a plan view showing a schematic configuration of the three-dimensional magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a schematic of the three-dimensional magnetic sensor according to the fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure. 本発明の第4実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 図12(c)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.12 (c). 図12(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.12 (d). 図15(a)は、本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す平面図、図15(b)は、本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの概略構成を示す断面図である。FIG. 15A is a plan view showing a schematic configuration of the three-dimensional magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a schematic of the three-dimensional magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a structure. 本発明の第5実施形態に係る3次元磁気センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the three-dimensional magnetic sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention. 図16(b)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacture stage of FIG.16 (b). 図18(a)は、図17(b)を裏面から見た場合の構成を示す平面図、図18(b)は、図16(d)の製造段階における3次元磁気センサの構成を示す平面図である。18A is a plan view showing the configuration when FIG. 17B is viewed from the back side, and FIG. 18B is a plan view showing the configuration of the three-dimensional magnetic sensor in the manufacturing stage of FIG. 16D. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、11〜13、21 磁性基板
31 フェライト基板
41、61 絶縁性基板
51、71 セラミック基板
2a、2b、4a、4b、23a〜23d、33a、33b 磁気収束チップ
3a、3b、22a〜22d、32a、32b、44a〜44d、54a、54b、62a、62b、62 感磁部
H1a、H1b、H2a〜H2c、H3a〜H3d、H11〜H14 ホール素子
IC1〜IC8 信号処理チップ
R1〜R12、81b、81c リード端子
DP、81a ダイパッド
WB1〜WB4 ワイヤ
H1〜H5 配線
P1〜P8、P11a、P11b、P21〜P28、P31a、P31b パッド
BP1、BP2 バンプ
42、52、64、74 アモルファス金属層
43、53 絶縁層
D1〜D5、D11〜D14 ダイシングライン
TH1 スルーホール
63 接着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11-13, 21 Magnetic substrate 31 Ferrite substrate 41, 61 Insulating substrate 51, 71 Ceramic substrate 2a, 2b, 4a, 4b, 23a-23d, 33a, 33b Magnetic convergence chip | tip 3a, 3b, 22a-22d, 32a , 32b, 44a to 44d, 54a, 54b, 62a, 62b, 62 Magnetosensitive part H1a, H1b, H2a to H2c, H3a to H3d, H11 to H14 Hall element IC1 to IC8 Signal processing chip R1 to R12, 81b, 81c Lead Terminal DP, 81a Die pad WB1-WB4 Wire H1-H5 Wiring P1-P8, P11a, P11b, P21-P28, P31a, P31b Pad BP1, BP2 Bump 42, 52, 64, 74 Amorphous metal layer 43, 53 Insulating layer D1- D5, D11-D14 dicing line TH1 Through hole 63 Adhesive layer

Claims (6)

平板形状を有する一体成型された磁性体と、
前記磁性体上の、前記磁性体の端部近傍にそれぞれ配置され且つ所定間隔だけ隔てられて2次元的に配置された2箇所以上の感磁部と、を備え、
前記各感磁部は、前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁束を検出し、
前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と前記磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる2又は3次元方向の磁気を検出することを特徴とする磁気センサ。
An integrally molded magnetic body having a flat plate shape;
Two or more magnetic sensitive portions arranged two-dimensionally on the magnetic material and arranged in the vicinity of the end of the magnetic material and spaced apart by a predetermined distance,
Each of the magnetic sensing portions detects a magnetic flux in a direction perpendicular to the plane of the magnetic body,
A magnetic sensor for detecting magnetism in a two- or three-dimensional direction comprising magnetism in a direction perpendicular to the plane of the magnetic body and magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic body.
3箇所以上の前記感磁部を有し且つ何れか3箇所の前記感磁部は三角形の頂点となる位置に配置され、
前記磁性体の平面に対して垂直な方向の磁気と前記磁性体の平面に対して水平な方向の磁気とからなる3次元方向の磁気を検出することを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。
There are three or more magnetic sensing portions, and any three magnetic sensing portions are arranged at positions that are the apexes of a triangle,
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor detects a three-dimensional magnetism comprising a magnetism in a direction perpendicular to the plane of the magnetic body and a magnetism in a direction horizontal to the plane of the magnetic body. .
前記磁性体は略矩形平板形状を有し、前記感磁部は前記磁性体の四隅に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic body has a substantially rectangular flat plate shape, and the magnetic sensitive portions are arranged at four corners of the magnetic body. 前記各感磁部を挟んで、前記磁性体と反対側に、磁束収束チップが配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic flux converging chip is disposed on the opposite side of the magnetic body with the magnetic sensing portions interposed therebetween. 前記磁性体は、磁性リードフレーム、磁性基板または磁性プリント配線板であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic body is a magnetic lead frame, a magnetic substrate, or a magnetic printed wiring board. 前記各感磁部を結んでなる領域の中央に配置された信号処理チップと、
前記磁性体上に形成され、前記感磁部と前記信号処理チップとを接続するための配線層とを備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の磁気センサ。
A signal processing chip disposed in the center of the region formed by connecting the magnetic sensing parts;
6. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising: a wiring layer formed on the magnetic body and connecting the magnetically sensitive portion and the signal processing chip.
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