JP3182905B2

JP3182905B2 - 磁気センサの製造方法

Info

Publication number: JP3182905B2
Application number: JP23550692A
Authority: JP
Inventors: 昇増田; 哲夫大澤; 健治戸蒔
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH0685348A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗素子の抵抗値
変化により磁性パタン等を検出する磁気センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗素子はＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、Ｇ
ａＡｓ等の半導体から形成される素子であり、加わる磁
界の変化に伴いその電気抵抗値が変化する素子である。
従って、磁気抵抗素子の抵抗値の変化を検出することに
より、磁性パタン等を検出することができる。図４に
は、第１従来例に係る磁気センサの概略構成が示されて
いる。

【０００３】このセンサは、基板１０上に平行配置され
た磁気抵抗素子１２を備えている。磁気抵抗素子１２は
基板１０を介してケース１４上に固着されており、ケー
ス１４内部には永久磁石１６が収納されている。この永
久磁石１６は磁気抵抗素子１２を磁気バイアスし、検出
感度を高める機能を有している。磁気抵抗素子１２はケ
ース１４に埋め込まれたピン１８に電気的に接続されて
おり、このピン１８を介して、磁気抵抗素子１２への直
流電圧の印加や検出結果を示す電圧が出力される。ま
た、ケース１４の磁気抵抗素子１２配置面は非磁性の金
属から形成されるカバー２０によって覆われており、検
出対象となる磁性パタンが表面に形成された紙幣等の紙
葉状媒体２２は、このカバー２０の外表面に沿って走行
する。

【０００４】従って、この従来例では、紙葉状媒体２２
の表面に形成された磁性パタンが磁気抵抗素子１２の抵
抗値変化として検出され、磁性パタンに対応した出力電
圧がピン１８から出力される。また、磁気抵抗素子１２
に機械振動が加わると圧電効果によって雑音（ピエゾ雑
音）が生じることがあるが、紙葉状媒体２２と磁気抵抗
素子１２の間にカバー２０及びこのカバー２０と磁気抵
抗素子１２の間に空隙を介在させ、ピエゾ雑音を抑制し
ている。この場合、基板１０とケース１４の間に緩衝材
を配置すれば、ピエゾ雑音をさらに低減できる。カバー
２０の厚み及び空隙２４により磁気抵抗素子１２と紙葉
状媒体２２との距離が一定化になり、出力電圧特性が向
上する。

【０００５】しかし、このような構成は、空隙２４等を
設けているため小型化に限界がある。近年、この種のセ
ンサの小型化が強く要求されているが、第１従来例の構
成では、小型化の要求を満たしつつピエゾ雑音を抑制す
るのは困難である。また、磁気抵抗素子１２と紙葉状媒
体２２表面の間や永久磁石１６と磁気抵抗素子１２の間
の平行度を確保しにくいため、中性点ドリフト（出力電
圧の直流成分の変動）や感度低下が生じることがある。

【０００６】本願出願人は、第１従来例に比べより小型
化が可能な構成を先に提案している（特公平３−６６６
２６号）。図５には、この提案に係る装置の要部構成が
示されている。

【０００７】この第２従来例では、孔２６が形成された
基板２８が用いられる。半導体チップ３０はこの孔２６
内部に収納され、その電極３２は基板２８上を配線され
る導体パタン３４の端部に電気的に接続される。このた
め、導体パタン３４の端部は孔２６上に引き出されてい
る。半導体チップ３０は、導体パタン３４との接続の後
樹脂モールドされ、基板２８に固定されると共に図示し
ないカバーと電気的に絶縁される。

【０００８】このような構成を磁気抵抗素子による磁気
センサに適用すれば、基板２８上での導体パタン３４の
引き回しのみで（リード線等を用いることなく）入力や
出力の電気的な結線を容易に行うことができ、平面化に
よってカバーとの空隙を低減可能になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では製造時に熱プロセスとして、例えば導体パタン
の端部と磁気抵抗素子の電極との接続プロセス（半田付
け、ボンディング等）や素子モールドのプロセス等、複
数のプロセスが必要になり、また、ピエゾ雑音の処理も
必要になる。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、ピエゾ雑音や特性ばらつき、
中性点ドリフトを抑制しかつ感度が高く小型な構成を維
持しつつ、製造に必要な熱プロセスを少なくして、製造
が容易で且つ製造コストを低減した磁気センサの製造方
法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る磁気センサの製造方法は、所定
温度で溶融する接続導体が電極表面に被着形成された磁
気抵抗素子チップを薄膜状のスペーサの孔内に収容する
工程と、スペーサとの間に接続導体の融点以上で接着す
る接着層を介在させつつ、その先端部が磁気抵抗素子チ
ップの電極と当接するよう前記先端部を孔内に突出させ
て配線導体をスペーサ上に積層配置する工程と、検知対
象物と接触乃至近接する非磁性金属層を電気絶縁層を介
して配線導体上に積層する工程と、このようにして得ら
れる積層体に接着層の接着温度以上の熱を加えつつ厚み
方向に圧力を加えることにより、配線導体の先端部と磁
気抵抗素子チップの電極を電気的に接続しかつ接着層に
より層間を接着させる工程と、を含み、少なくともスペ
ーサ、配線導体、電気絶縁層及び非磁性金属層が積層一
体化された基板を構成すると共に、前記先端部を突出し
たスペーサの孔部分に空隙を形成したことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】本発明においては、まず磁気抵抗素子チップが
薄膜状のスペーサの孔内に収容される。磁気抵抗素子チ
ップの電極表面には、所定温度で溶融する接続導体が被
着形成されている。次に、配線導体がスペーサ上に積層
配置されその先端部は磁気抵抗素子チップの電極と当接
するよう孔内に突出して設けられる。また、その際、ス
ペーサと配線導体との間には接続導体の融点以上で接着
する接着層を介在させる。さらに、検知対象物と接触乃
至近接する非磁性金属層が、電気絶縁層を介して配線導
体上に積層される。そして、熱圧着に係る熱プロセスが
実行される。すなわち、少なくともスペーサ、接続導
体、電気絶縁層及び非磁性金属層から構成される積層体
に、接着層の接着温度以上の熱を加えつつ厚み方向に圧
力を加えることにより、一方で配線導体の先端部と磁気
抵抗素子チップの電極が電気的に接続され、他方で接着
層によって層間が接着される。接続導体、電気絶縁層及
び非磁性金属層は両面ＰＣ板等としても構成できるが、
上述の配線導体及びスペーサと同様に、接着の対象とし
てもよい。このような工程を経ることにより、本発明に
おいては、少なくともスペーサ、配線導体、電気絶縁層
及び非磁性金属層が積層一体化された基板が構成され、
さらに配線導体の先端部を突出したスペーサの孔部分に
空隙が形成される。従って、本発明においては、良好な
特性、小型形状を維持しつつ、製造に必要な熱プロセス
が熱圧着に係る１回で足りることとなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１４】図１には、本発明の一実施例に係る磁気セ
ンサの外観が示されている。この磁気センサは、ケース
３６内部に永久磁石３８を配置し、この永久磁石３８に
より可撓性プリント基板（以下ＦＰＣという）４０に内
蔵される磁気抵抗素子を磁気バイアスする構成である。
ＦＰＣ４０は、非磁性の金属板であるカバー４２内に収
容されるか、あるいはこのカバー４２に覆われつつ、ケ
ース３６背面に引き出される。ＦＰＣ４０の一端にはコ
ネクタ４３が必要に応じて設けられるが、これにより、
ＦＰＣ４０に内蔵される磁気抵抗素子と図示しない制御
回路とが接続される。

【００１５】図２には、本実施例におけるＦＰＣ４０の
内部構造、特に磁気抵抗素子を含む部分断面が示されて
おり、図３には図２における配線導体部分の平面が示さ
れている。

【００１６】この実施例においては、磁気抵抗素子４４
として、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＧａＡｓ等の金属間化合
物半導体材料で移動度の大きいものが用いられる。磁気
抵抗素子４４は例えばサブストレートを含む厚みが０．
３ｍｍのチップであり、これよりやや薄いスペーサ４６
の孔４８内に装填されている。すなわち、スペーサ４６
は孔４８によって磁気抵抗素子４４を所定位置に保持す
る機能を有している。なお、スペーサ４６に対して磁気
抵抗素子４４が厚いのは、後述する熱圧着を好適に行う
ためである。

【００１７】スペーサ４６の背面はカバーレイ５０によ
り覆われており、永久磁石３８は、このカバーレイ５０
上に配置され当該カバーレイ５０を介して磁気抵抗素子
４４を磁気バイアスする。従って、カバーレイ５０は、
磁気抵抗素子４４を保護すると共に、磁気抵抗素子４４
と永久磁石３８の間を電気的に絶縁する機能を有してい
る。また、有機フィルムによって構成することによりカ
バーレイ５０の厚みを薄くかつ均一にすることができる
から、カバーレイ５０によって、両者の間隔を微小かつ
均一に保つことができる。これは、検出距離の短縮によ
る感度の向上、永久磁石３８と磁気抵抗素子４４の平行
度の向上による中性点ドリフトの抑制につながる。さら
に、カバーレイ５０によって機械振動に対する緩衝作用
を得ることができるから、ピエゾ雑音の抑制にもつなが
る。

【００１８】スペーサ４６の表面には、厚み３５μｍ程
度の配線導体５２が被着形成されている。この配線導体
５２はＦＰＣ４０の回路配線として機能し、磁気抵抗素
子４４とコネクタ４３を直接電気的に接続する。そのた
め、配線導体５２は、ＦＰＣ４０中を必要なパタンで引
き回される一方で、磁気抵抗素子４４が装填された孔４
８内にその先端部５２ａが引き出されている。磁気抵抗
素子４４の電極５４にはハンダメッキ、蒸着、バンプ形
成等の処理が施されており、図３に示されるように、所
定温度に加熱することによって、ハンダメッキ等が施さ
れた配線導体５２の先端部５２ａに電気的に接続され
る。例えば電極５４に融点１５５℃程度の低融点ハンダ
をメッキしておけば、後述する接着層Ａ及びＢの熱接着
温度まで加熱することにより、同時に電極５４と配線導
体５２の先端部５２ａとの接続も行うことができる。

【００１９】また、配線導体５２は電気絶縁層５６によ
って覆われている。さらに、電気絶縁層５６は、非磁性
金属板５８によって覆われている。すなわち、本実施例
におけるＦＰＣ４０は、カバーレイ５０、磁気抵抗素子
４４が装填されたスペーサ４６、配線導体５２、電気絶
縁層５６及び非磁性金属板５８を積層した構成である。
電気絶縁層５６は配線導体５２と非磁性金属板５８とを
電気的に絶縁するための層であり、後述する熱圧着に耐
える必要から、ポリイミド等の耐熱性の高い材料から形
成されている。また、非磁性金属板５８は、検知対象た
る磁性パタンが形成された紙葉状媒体による磨耗を防ぐ
ために用いられる金属板であり、そのため、対磨耗性の
高いチタン（Ｔｉ），リン青銅等の金属材料を用いる。
非磁性金属板５８は、さらに、電気ノイズを遮蔽する機
能を有している。非磁性であるのは、磁性パタンの検出
を阻害しないようにするためである。非磁性金属板５８
は、カバー４２の一部として構成しても良い。

【００２０】ここに、配線導体５２の先端部５２ａは磁
気抵抗素子４４の電極５４との接続のために孔４８内に
引き出されているから、磁気抵抗素子４４の前面には配
線導体５２の厚みによって定まる空隙６０が生じる。こ
の空隙６０は、ピエゾ雑音を低減する緩衝部を構成し、
機械振動を吸収する。また、磁気抵抗素子４４は、この
空隙６０と、電気絶縁層５６、非磁性金属板５８及び接
着層Ａを介して、紙葉状媒体と面することとなる。従っ
て、磁気抵抗素子４４と紙葉状媒体の間隔及び平行度は
これらの厚み及びその精度によって、特に電気絶縁層５
６によって定まる。電気絶縁層５６の厚みは、薄くかつ
精度よいものとすることが容易であるから、磁気抵抗素
子４４と紙葉状媒体の間隔を微小かつ均一にすることが
でる。さらに、間隔が均一であるから特性のばらつきが
抑制され、磁気抵抗素子４４と紙葉状媒体の平行度の向
上により中性点ドリフトが抑制される。

【００２１】このような構成のＦＰＣ４０を製造する際
には、熱プロセスとしては熱圧着が用いられる。この実
施例では、接着層としてＡ及びＢが用いられており、そ
のうちＢはカバーレイ５０とスペーサ４６及び磁気抵抗
素子４４との間の接着の、Ａはスペーサ４６と電気銅板
５２との間、電気銅板５２と電気絶縁層５６との間、及
び電気絶縁層５６と非磁性金属板５８との間の接着のた
めに用いられる。

【００２２】接着層Ａ及びＢは、いずれも乾式熱接着剤
から形成される。接着層Ｂの熱接着温度は１２０〜１５
０℃程度であり、接着層Ａの熱接着温度は接着層Ｂのそ
れより高い温度、例えば１６０〜１８０℃程度である。
接着層Ａの熱接着温度は、電極５４の固溶に係る温度
（具体的にはハンダの融点）と等しいか、僅かに高く設
定する。従って、本実施例においては、各層を積層した
状態から接着層Ａの熱接着温度で熱圧着を行うことによ
り、図２に示されるようにＦＰＣ４０化した構成が実現
される。なお、接着層Ａとしては、エチレン・メタクリ
ル酸共重合体の金属イオン架橋ポリマー、いわゆるアイ
オノマを用いることができる。このような材質を用いる
ことにより、接着層Ａに機械振動の緩衝機能を与えるこ
とができ、ピエゾ雑音が低減する。

【００２３】このように、本実施例においては、１回の
熱プロセス（熱圧着）のみでＦＰＣ４０を製造でき、自
動化が容易で製造コストが低く低価格で小型の磁気セン
サが得られる。また、ピエゾ雑音低減、磁気抵抗素子４
４と紙葉状媒体の間隔の微小均一化、特性ばらつきの低
減及び感度向上といった効果が得られる。特に、ピエゾ
雑音低減のために必要な容積が従来の１／２０程度に、
磁気抵抗素子４４と紙葉状媒体の間隔は１／４０程度に
なる。

【００２４】なお、電気絶縁層５６の両面に非磁性金属
板５８、配線導体５２を設けた両面ＰＣ（Print Circui
t ）板として構成しても構わない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スペーサ、配線導体、電気絶縁層及び非自性金属層を積
層し、磁気抵抗素子チップの電極と配線導体の先端部の
接続及び層間接着を、接着温度以上での接着層の熱圧着
により行うようにしたため、必要な熱プロセスが１回と
なる。この結果、自動化が容易で製造コストの低い小型
平板形状の磁気センサが得られる。また、積層する層の
選択により、ピエゾ雑音や特性ばらつき、中性点ドリフ
トの抑制や、感度向上、小型構成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る磁気センサの外観を示
す図であり、図１（ａ）はＡ−Ａ断面図、図１（ｂ）は
下面図である。

【図２】本実施例におけるＦＰＣの構造を示す部分断面
図である。

【図３】本実施例における導体形状を示す平面図であ
る。

【図４】第１従来例に係る磁気センサの断面図である。

【図５】第２従来例に係るホールセンサの要部平面図で
ある。

【符号の説明】

３８永久磁石４０ＦＰＣ４４磁気抵抗素子４６スペーサ４８孔５０カバーレイ５２配線導体５４電極５６電気絶縁層５８非磁性金属板６０空隙Ａ，Ｂ接着層

フロントページの続き (56)参考文献特開平３−82358（ＪＰ，Ａ) 特開平１−124273（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−171683（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−118742（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 43/12 G01R 33/09 H01L 43/02 H05K 1/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定温度で溶融する接続導体が電極表面
に被着形成された磁気抵抗素子チップを薄膜状のスペー
サの孔内に収容する工程と、スペーサとの間に接続導体の融点以上で接着する接着層
を介在させつつ、その先端部が磁気抵抗素子チップの電
極と当接するよう前記先端部を孔内に突出させて配線導
体をスペーサ上に積層配置する工程と、検知対象物と接触乃至近接する非磁性金属層を電気絶縁
層を介して配線導体上に積層する工程と、このようにして得られる積層体に接着層の接着温度以上
の熱を加えつつ厚み方向に圧力を加えることにより、配
線導体の先端部と磁気抵抗素子チップの電極を電気的に
接続しかつ接着層により層間を接着させる工程と、を含み、少なくともスペーサ、配線導体、電気絶縁層及び非磁性
金属層が積層一体化された基板を構成すると共に、前記
先端部を突出したスペーサの孔部分に空隙を形成したこ
とを特徴とする磁気センサの製造方法。