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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-215311(P2019-215311A)
(43)【公開日】2019年12月19日
(54)【発明の名称】磁気センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20191122BHJP
G01R 33/09 20060101ALN20191122BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 V
G01R33/09
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2018-215374(P2018-215374)
(22)【出願日】2018年11月16日
(31)【優先権主張番号】特願2018-109798(P2018-109798)
(32)【優先日】2018年6月7日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115738
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲頭 光宏
(74)【代理人】
【識別番号】100121681
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 和文
(72)【発明者】
【氏名】田邊 圭
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AA02
2G017AC07
2G017AD55
2G017BA05
2G017BA08
2G017BA09
2G017CB02
2G017CB15
2G017CB23
(57)【要約】
【課題】集磁部材に加わる外力がセンサチップの素子形成面に伝わりにくい構造を有する磁気センサを提供する。【解決手段】回路基板１０の主面１１に搭載されたセンサチップ２０及び集磁部材３０を備える。センサチップ２０は、感磁素子Ｒ１，Ｒ２が形成された素子形成面２５と、回路基板１０の主面１１に対して垂直な側面２１〜２４とを有し、集磁部材３０は、センサチップの側面２１，２２をそれぞれ覆う第１及び第２の部分３１，３２と、第１の部分３１と第２の部分３２を接続する第３の部分３３とを有する。本発明によれば、集磁部材３０がセンサチップ２０の素子形成面２５と接しない構造を有していることから、仮に集磁部材３０に外力が加わったとしても、これがセンサチップ２０の素子形成面２５に伝わることがない。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路基板と、
前記回路基板の主面に搭載されたセンサチップ及び集磁部材と、を備え、
前記センサチップは、感磁素子が形成され、前記回路基板の前記主面と平行な素子形成面を有し、
前記集磁部材は、前記センサチップの前記素子形成面と接することなく前記回路基板の前記主面に搭載されているとともに、前記回路基板の前記主面に対して垂直な方向から見て、前記センサチップを基準として互いに反対側に位置する第１及び第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分を接続する第３の部分とを有することを特徴とする磁気センサ。
前記回路基板の主面に搭載されたセンサチップ及び集磁部材と、を備え、
前記センサチップは、感磁素子が形成され、前記回路基板の前記主面と平行な素子形成面を有し、
前記集磁部材は、前記センサチップの前記素子形成面と接することなく前記回路基板の前記主面に搭載されているとともに、前記回路基板の前記主面に対して垂直な方向から見て、前記センサチップを基準として互いに反対側に位置する第１及び第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分を接続する第３の部分とを有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項2】
前記センサチップは、前記回路基板の前記主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項3】
前記センサチップは、前記回路基板の前記主面に対して垂直であり、前記第１及び第２の側面に対して垂直な第３の側面をさらに有し、
前記集磁部材の前記第３の部分は、前記センサチップの前記第３の側面を覆うことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
前記集磁部材の前記第３の部分は、前記センサチップの前記第３の側面を覆うことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項4】
前記集磁部材の前記第３の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面に対して垂直な方向における長さよりも、前記センサチップの前記第１及び第２の側面と平行な方向における長さの方が長いことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項5】
前記集磁部材の前記第３の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面と平行な方向における長さよりも、前記センサチップの前記第１及び第２の側面に対して垂直な方向における長さの方が長いことを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項6】
前記集磁部材は、単一の磁性材料からなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項7】
前記回路基板の前記主面を基準とした前記集磁部材の厚さは、前記回路基板の前記主面を基準とした前記センサチップの厚さよりも厚いことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項8】
前記集磁部材は、磁性材料からなる磁性部と非磁性材料からなる非磁性部とを含み、
前記非磁性部は、前記回路基板の前記主面と前記磁性部の間に位置し、
前記回路基板の前記主面を基準とした前記感磁素子の高さは、前記回路基板の前記主面を基準とした前記磁性部の下面の高さと上面の高さの間に位置することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
前記非磁性部は、前記回路基板の前記主面と前記磁性部の間に位置し、
前記回路基板の前記主面を基準とした前記感磁素子の高さは、前記回路基板の前記主面を基準とした前記磁性部の下面の高さと上面の高さの間に位置することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項9】
前記センサチップは、前記素子形成面が前記回路基板の前記主面と向かい合うように搭載されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項10】
前記回路基板の前記主面を基準とした前記集磁部材の厚さは、前記回路基板の前記主面を基準とした前記センサチップの厚さよりも薄いことを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項11】
前記集磁部材の前記第３の部分は、前記センサチップの前記素子形成面を覆うことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項12】
前記センサチップは、前記回路基板の前記主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆い、
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分の間隔は、前記第３の部分に近い根元部分において狭くなる段差形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆い、
前記集磁部材の前記第１及び第２の部分の間隔は、前記第３の部分に近い根元部分において狭くなる段差形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項13】
前記センサチップは、前記回路基板の前記主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、
前記集磁部材は、磁性材料からなる磁性部と非磁性材料からなる第１及び第２の非磁性部とを含み、
前記集磁部材の前記第１及び第２の非磁性部は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
前記集磁部材は、磁性材料からなる磁性部と非磁性材料からなる第１及び第２の非磁性部とを含み、
前記集磁部材の前記第１及び第２の非磁性部は、前記センサチップの前記第１及び第２の側面をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項14】
前記集磁部材は、単一の磁性材料からなり、
前記センサチップは、前記素子形成面が前記回路基板の前記主面と向かい合うように搭載されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
前記センサチップは、前記素子形成面が前記回路基板の前記主面と向かい合うように搭載されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気センサ。
【請求項15】
前記センサチップの前記素子形成面上には、前記感磁素子に隣接する磁性体層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項16】
前記集磁部材の前記第３の部分に巻回された補償コイルをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は磁気センサに関し、特に、センサチップに磁束を集めるための集磁部材を備えた磁気センサに関する。
【背景技術】
【0002】
磁気センサの中には、センサチップに磁束を集めるための集磁部材を備えた磁気センサが存在する。例えば、特許文献１の図５には、基板に搭載されたセンサチップと、センサチップの素子形成面上に配置された集磁部材を備えた磁気センサが開示されている。特許文献１に記載された集磁部材は、基板に対して垂直な方向の磁束を集めるとともに、磁束の向きを変えて磁束に水平方向成分を持たせ、磁束の水平方向成分を感磁素子によって検出することにより、基板に対して垂直な方向の磁束を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５５００７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサは、集磁部材がセンサチップの素子形成面上に配置されていることから、集磁部材に外力が加わると、センサチップの素子形成面にストレスがかかる可能性があった。
【0005】
したがって、集磁部材に加わる外力がセンサチップの素子形成面に伝わりにくい構造を有する磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明による磁気センサは、回路基板と、回路基板の主面に搭載されたセンサチップ及び集磁部材とを備え、センサチップは、感磁素子が形成され、回路基板の主面と平行な素子形成面を有し、集磁部材は、センサチップの素子形成面と接することなく回路基板の主面に搭載されているとともに、回路基板の主面に対して垂直な方向から見て、センサチップを基準として互いに反対側に位置する第１及び第２の部分と、第１の部分と第２の部分を接続する第３の部分とを有することを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、集磁部材がセンサチップの素子形成面と接しない構造を有していることから、仮に集磁部材に外力が加わったとしても、これがセンサチップの素子形成面に伝わることがない。しかも、集磁部材は、第１の部分と第２の部分を接続する第３の部分を有していることから、所定の方向の磁束を集め、これをセンサチップ上の感磁素子に印加することが可能となる。
【0008】
本発明において、センサチップは、回路基板の主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、集磁部材の第１及び第２の部分は、センサチップの第１及び第２の側面をそれぞれ覆っても構わない。これによれば、素子形成面のうち第１の側面に近い部分と第２の側面に近い部分に対し、互いに逆方向の磁界成分を与えることが可能となる。
【0009】
本発明において、センサチップは、回路基板の主面に対して垂直であり、第１及び第２の側面に対して垂直な第３の側面をさらに有し、集磁部材の第３の部分は、センサチップの第３の側面を覆っても構わない。これによれば、回路基板の主面に平行な方向の磁束を集め、これをセンサチップ上の感磁素子に印加することが可能となる。
【0010】
本発明において、集磁部材の第３の部分は、センサチップの第１及び第２の側面に対して垂直な方向における長さよりも、センサチップの第１及び第２の側面と平行な方向における長さの方が長くても構わない。これによれば、センサチップの第１及び第２の側面と平行な方向の磁束に対する検出感度を高めることが可能となる。
【0011】
本発明において、集磁部材の第３の部分は、センサチップの第１及び第２の側面と平行な方向における長さよりも、センサチップの第１及び第２の側面に対して垂直な方向における長さの方が長くても構わない。これによれば、集磁部材による磁束の集磁範囲を拡大することが可能となる。
【0012】
本発明において、センサチップの素子形成面上には、感磁素子に隣接する磁性体層が設けられていても構わない。これによれば、感磁素子に印加される磁束の密度が高まることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。
【0013】
本発明において、集磁部材は、単一の磁性材料からなるものであっても構わない。これによれば、集磁部材の製造コストを削減することが可能となる。この場合、回路基板の主面を基準とした集磁部材の厚さは、回路基板の主面を基準としたセンサチップの厚さよりも厚くても構わない。これによれば、集磁部材によって集めた磁束を効率よく感磁素子に印加することが可能となる。
【0014】
本発明において、集磁部材は、磁性材料からなる磁性部と非磁性材料からなる非磁性部とを含み、非磁性部は、回路基板の主面と磁性部の間に位置し、回路基板の主面を基準とした感磁素子の高さは、回路基板の主面を基準とした磁性部の下面の高さと上面の高さの間に位置するものであっても構わない。これによれば、金属磁性体など薄型の磁性部を用いることが可能となる。
【0015】
本発明において、センサチップは、素子形成面が回路基板の主面と向かい合うように搭載されていても構わない。これによれば、センサチップの素子形成面が露出しないことから、感磁素子を保護することが可能となる。この場合、回路基板の主面を基準とした集磁部材の厚さは、回路基板の主面を基準としたセンサチップの厚さよりも薄くても構わない。これによれば、集磁部材によって集めた磁束を効率よく感磁素子に印加することが可能となる。
【0016】
本発明において、集磁部材の第３の部分は、センサチップの素子形成面を覆っても構わない。これによれば、回路基板の主面に対して垂直な方向の磁束を集め、これをセンサチップ上の感磁素子に印加することが可能となる。
【0017】
本発明において、センサチップは、回路基板の主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、集磁部材の第１及び第２の部分は、センサチップの第１及び第２の側面をそれぞれ覆い、集磁部材の第１及び第２の部分の間隔は、第３の部分に近い根元部分において狭くなる段差形状を有するものであっても構わない。これによれば、集磁部材を単一の磁性材料を用いて作製することが可能となる。
【0018】
本発明において、センサチップは、回路基板の主面に対して垂直であり、互いに平行な第１及び第２の側面をさらに有し、集磁部材は、磁性材料からなる磁性部と非磁性材料からなる第１及び第２の非磁性部とを含み、集磁部材の第１及び第２の非磁性部は、センサチップの第１及び第２の側面をそれぞれ覆うものであっても構わない。これによれば、高さの異なるセンサチップを用いる場合であっても、磁性部の形状を設計変更する必要がなくなる。
【0019】
本発明において、集磁部材は単一の磁性材料からなり、センサチップは、素子形成面が回路基板の主面と向かい合うように搭載されていても構わない。これによれば、センサチップの素子形成面が露出しないことから、感磁素子を保護することが可能となる。
【0020】
本発明による磁気センサは、集磁部材の第３の部分に巻回された補償コイルをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、集磁部材に取り込まれた磁束を補償コイルによって打ち消すことができることから、集磁部材の磁気飽和を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【0021】
このように、本発明によれば、回路基板の主面に平行な方向の磁束を検出する磁気センサにおいて、集磁部材に加わる外力がセンサチップの素子形成面に伝わりにくい構造とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【0025】
図１に示すように、第１の実施形態による磁気センサ１は、ｘｙ面を主面１１とする回路基板１０と、回路基板１０の主面１１に搭載されたセンサチップ２０及び集磁部材３０とを備える。センサチップ２０は、ｙｚ面を構成する側面２１，２２と、ｘｚ面を構成する側面２３，２４と、ｘｙ面を構成する素子形成面２５及び裏面２６とを有しており、裏面２６が回路基板１０の主面１１と向かい合うよう、回路基板１０に搭載されている。センサチップ２０の固定は、回路基板１０とセンサチップ２０の裏面２６の間に接着剤を塗布することにより行うことができる。また、センサチップ２０と回路基板１０の電気的接続は、図示しないボンディングワイヤなどを用いて行うことができる。
【0026】
素子形成面２５には、２つの感磁素子Ｒ１，Ｒ２が形成されている。感磁素子Ｒ１，Ｒ２としては、磁界の向き及び強さに応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いることができる。このうち、感磁素子Ｒ１は側面２１の近傍に配置され、感磁素子Ｒ２は側面２２の近傍に配置されている。
【0027】
集磁部材３０は、フェライトなどの単一の磁性材料からなるブロックであり、センサチップ２０の側面２１，２２をそれぞれ覆う第１及び第２の部分３１，３２と、第１の部分３１と第２の部分３２を接続する第３の部分３３を有している。集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２は、ｙ方向から見て、センサチップ２０を基準として互いに反対側に位置する。図１に示す例では、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２がセンサチップ２０の側面２１，２２の一部をそれぞれ覆っているが、センサチップ２０の側面２１，２２を完全に覆う形状であっても構わない。また、センサチップ２０の側面２３は、集磁部材３０の第３の部分３３によって完全に覆われている。
【0028】
集磁部材３０は、第３の部分３３によってｙ方向の磁束を集め、これを第１及び第２の部分３１，３２に分配する役割を果たす。ｙ方向から見た略側面図である図２に示すように、集磁部材３０のｚ方向における厚さＨ１は、センサチップ２０のｚ方向における厚さＨ２よりも厚く、これにより、ｙ方向から見て感磁素子Ｒ１，Ｒ２と集磁部材３０が重なりを有している。
【0029】
図３は、磁束φの流れを説明するための模式図である。
【0030】
図３に示すように、ｙ方向の磁束は第３の部分３３から集磁部材３０に吸い込まれ、これが第１及び第２の部分３１，３２によってｘ方向に曲げられる。そして、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２のｘ方向における近傍には、感磁素子Ｒ１，Ｒ２が配置されていることから、集磁部材３０を通過する磁束φは、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の近傍においてｙ方向成分だけでなく、ｘ方向成分を持つことになる。
【0031】
ここで、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の固定磁化方向は、図３に示す矢印Ｐが示す方向（ｘ方向）に揃えられている。これに対し、集磁部材３０に吸い込まれた磁束φのｘ方向成分は、感磁素子Ｒ１と感磁素子Ｒ２で互いに逆となることから、磁束φの密度によって感磁素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値に差が生じることになる。かかる抵抗値の差は、図４に示す直列回路から出力信号Ｖｏｕｔとして取り出され、これにより磁束φを検出することが可能となる。
【0032】
そして、本実施形態による磁気センサ１は、センサチップ２０の側面２１〜２３を覆うように集磁部材３０が設けられており、センサチップ２０の素子形成面２５が集磁部材３０によって覆われない構造を有していることから、仮に集磁部材３０に外力が加わったとしても、この外力がセンサチップ２０の素子形成面２５に直接伝わることがない。このため、センサチップ２０の素子形成面２５にストレスが加わりにくく、結果的に磁気センサ１の信頼性を向上させることが可能となる。但し、センサチップ２０の素子形成面２５が集磁部材３０によって部分的に覆われていても構わない。この場合であっても、センサチップ２０の素子形成面２５と集磁部材３０が直接的に、或いは、接着剤などを介して間接的に接していない限り、磁部材３０に外力が加わったとしても、この外力がセンサチップ２０の素子形成面２５に直接伝わることがない。
【0033】
図５は、本実施形態による磁気センサ１を紙幣センサ４０に応用した例を示す模式的な透視斜視図である。
【0034】
図５に示す紙幣センサ４０は、検出ヘッド４１がｘｚ面を構成しており、検出ヘッド４１上を図示しない紙幣が図５に示す矢印Ａ方向（ｚ方向）にスキャンされる。そして、紙幣をスキャンしながら、紙幣に埋め込まれた磁気パターンが磁気センサ１によって検出される。このような構造を有する紙幣センサ４０において検出感度を高めるためには、被測定対象物である紙幣と集磁部材３０のｙ方向におけるギャップをできる限り狭くすることが望ましいが、紙幣と集磁部材３０のｙ方向におけるギャップが狭くなると、紙幣または異物が検出ヘッド４１と接触することにより、集磁部材３０にｙ方向の外力が加わりやすくなる。
【0035】
このような場合であっても、本実施形態による磁気センサ１においては、集磁部材３０に加わるｙ方向の外力がセンサチップ２０の素子形成面２５に直接伝わらないことから、磁気センサ１を長期間使用しても、素子形成面２５がダメージを受けにくい。これにより、本実施形態による磁気センサ１を用いた応用製品（例えば紙幣センサ）の信頼性を高めることが可能となる。
【0036】
図６は、第１の変形例によるセンサチップ２０Ａの素子形成面２５の構造を示す略平面図である。第１の変形例によるセンサチップ２０Ａは、素子形成面２５上に磁性体層５１，５２が形成されている点において、上述したセンサチップ２０と相違している。磁性体層５１，５２は、樹脂材料に磁性フィラーが分散された複合磁性材料からなる膜であっても構わないし、ニッケル又はパーマロイなどの軟磁性材料からなる薄膜もしくは箔であっても構わないし、フェライトなどからなる薄膜又はバルクシートであっても構わない。また、磁性体層５１，５２は、感磁素子Ｒ１，Ｒ２よりも上層に位置していても構わないし、下層に位置していても構わないし、同層に位置していても構わない。
【0037】
そして、第１の変形例においては、磁性体層５１が感磁素子Ｒ１に隣接して側面２１の近傍に配置され、磁性体層５２が感磁素子Ｒ２に隣接して側面２２の近傍に配置されている。これにより、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の近傍における磁気抵抗が低くなることから、より多くの磁束を感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加することが可能となる。
【0038】
図７は、第２の変形例によるセンサチップ２０Ｂの素子形成面２５の構造を示す略平面図である。第２の変形例によるセンサチップ２０Ｂは、素子形成面２５上に磁性体層５３がさらに追加されている点において、第１の変形例によるセンサチップ２０Ａと相違している。磁性体層５３は、磁性体層５１，５２と同じ磁性材料からなるものであっても構わない。磁性体層５３についても、感磁素子Ｒ１，Ｒ２よりも上層に位置していても構わないし、下層に位置していても構わないし、同層に位置していても構わない。
【0039】
そして、第２の変形例においては、磁性体層５３が感磁素子Ｒ１と感磁素子Ｒ２によってｘ方向から挟まれるように配置されていることから、磁性体層５１，５２と磁性体層５３の間で磁束が流れやすくなる。これにより、感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加される磁束のｘ方向成分が高められることから、より高い検出感度を得ることが可能となる。
【0040】
図８は、第１の変形例による集磁部材３０Ａの形状を示す平面図である。第１の変形例による集磁部材３０Ａは、第１及び第２の部分３１，３２のｘ方向における幅が先端に向かうほど細くなるよう、両側面がテーパー状にカットされている点において、上述した集磁部材３０と相違している。これによれば、第３の部分３３から取り込まれた磁束φがテーパー状である第１及び第２の部分３１，３２によって感磁素子Ｒ１，Ｒ２に集められることから、感磁素子Ｒ１，Ｒ２にｘ方向成分の磁束φを印加することが可能となる。
【0041】
図９は、第２の変形例による集磁部材３０Ｂの形状を示す平面図である。第２の変形例による集磁部材３０Ｂは、平面視で略Ｃ字型であり、第３の部分３３がセンサチップ２０の側面２３と大きく離れている点において、上述した集磁部材３０と相違している。このように、本発明において、センサチップ２０の側面２１〜２３と集磁部材３０の第１〜第３の部分３１〜３３がそれぞれ近接している点は必須でなく、少なくとも、所定の方向から見て、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２がセンサチップ２０を基準として互いに反対側に位置していれば足り、センサチップ２０の側面２３と集磁部材３０Ｂの第３の部分３３が離間していても構わない。このような構造においても、第３の部分３３から取り込まれた磁束φが第１及び第２の部分３１，３２を介して感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加されるとともに、感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加される磁束φのｘ方向成分を高めることが可能となる。
【0043】
図１０に示すように、第２の実施形態による磁気センサ２は、集磁部材３０のｙ方向における長さＬ２がｘ方向における幅Ｗ２よりも十分に長い点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0044】
第２の実施形態による磁気センサ２は、集磁部材３０のｙ方向における長さＬ２がｘ方向における幅Ｗ２よりも長いことから、ｙ方向の磁束に対する検出感度が向上するという特徴を有している。特に、集磁部材３０のｙ方向における長さＬ２をｘ方向における幅Ｗ２の２倍以上、例えば、３倍程度に設定すれば、検出感度の向上効果を顕著に得ることが可能となる。
【0046】
図１１に示すように、第３の実施形態による磁気センサ３は、集磁部材３０のｘ方向における幅Ｗ３がｙ方向における長さＬ３よりも十分に長い点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0047】
第３の実施形態による磁気センサ３は、集磁部材３０のｘ方向における幅Ｗ３がｙ方向における長さＬ３よりも長いことから、集磁部材３０による磁束のｘ方向における集磁範囲を拡大することが可能となる。
【0049】
図１２に示すように、第４の実施形態による磁気センサ４は、集磁部材３０が磁性材料からなる磁性部３０Ｍと非磁性材料からなる非磁性部３０Ｎからなる点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0050】
集磁部材３０の磁性部３０Ｍは、ｙ方向の磁束を集め、これをセンサチップ２０の感磁素子Ｒ１，Ｒ２に印加する役割を果たす部分である。これに対し、集磁部材３０の非磁性部３０Ｎは、回路基板１０の主面１１と磁性部３０Ｍの間に位置し、磁性部３０Ｍのｚ方向における高さを感磁素子Ｒ１，Ｒ２の高さまで嵩上げする役割を果たす部分である。つまり、ｙ方向から見た略側面図である図１３に示すように、磁性部３０Ｍの下部に存在する非磁性部３０Ｎによって、回路基板１０の主面１１を基準とした磁性部３０Ｍの下面の高さＨ３と上面の高さＨ４の間に感磁素子Ｒ１，Ｒ２が位置するよう、磁性部３０Ｍの高さが維持される。好ましくは、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の高さ位置が下面の高さＨ３と上面の高さＨ４のほぼ中間となるよう、非磁性部３０Ｎの高さを設定すれば良い。
【0051】
これにより、磁束が磁性部３０Ｍにより集中することから、感磁素子Ｒ１，Ｒ２に与えられる磁束の密度をより高めることが可能となる。一例として、磁性部３０Ｍをパーマロイなどの金属磁性材料によって構成し、非磁性部３０Ｎを非磁性の樹脂によって構成することができる。この場合、パーマロイなどからなる金属磁性板を打ち抜き工法によって所定の形状に加工し、これを樹脂に貼り付けることによって図１２に示す集磁部材３０を作製することができる。パーマロイなどの金属磁性板を打ち抜くことによって磁性部３０Ｍを作製する場合、磁性部３０Ｍの厚さについては一定となるのに対し、センサチップ２０の厚みについては、製品によって異なる場合がある。このような場合であっても、非磁性部３０Ｎの厚みを変えることにより、磁性部３０Ｍの高さを所望の高さに維持することが可能となる。
【0053】
図１４に示すように、第５の実施形態による磁気センサ５は、集磁部材３０が磁性材料からなる磁性部３０Ｍと非磁性材料からなる非磁性部３０Ｎからなる点において、図１０に示した第２の実施形態による磁気センサ２と相違している。その他の基本的な構成は、第２の実施形態による磁気センサ２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0054】
このように、集磁部材３０が縦長形状を有している場合においても、集磁部材３０を磁性部３０Ｍと非磁性部３０Ｎの組み合わせによって構成することが可能である。
【0056】
図１５に示すように、第６の実施形態による磁気センサ６は、集磁部材３０が磁性材料からなる磁性部３０Ｍと非磁性材料からなる非磁性部３０Ｎからなる点において、図１１に示した第３の実施形態による磁気センサ３と相違している。その他の基本的な構成は、第３の実施形態による磁気センサ３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0057】
このように、集磁部材３０が横長形状を有している場合においても、集磁部材３０を磁性部３０Ｍと非磁性部３０Ｎの組み合わせによって構成することが可能である。
【0059】
図１６に示すように、第７の実施形態による磁気センサ７は、センサチップ２０が回路基板１０に上下反転して搭載されているとともに、集磁部材３０の厚みがセンサチップ２０よりも薄い点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0060】
本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５が回路基板１０の主面１１と向かい合うよう、上下反転して搭載されている。その結果、回路基板１０の主面１１を基準とした感磁素子Ｒ１，Ｒ２の高さは、第１の実施形態よりも低く、回路基板１０の主面１１の直上に位置している。これに合わせ、本実施形態では集磁部材３０の厚さを十分に薄くしている。つまり、ｙ方向から見た略側面図である図１７に示すように、回路基板１０の主面１１と集磁部材３０上面の高さＨ５の間に感磁素子Ｒ１，Ｒ２が位置するよう、集磁部材３０の厚さが設定される。好ましくは、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の高さ位置が回路基板１０の主面１１と集磁部材３０上面の高さＨ５のほぼ中間となるよう、集磁部材３０の厚さを設定すれば良い。
【0061】
これにより、第４の実施形態と同様、パーマロイなどからなる金属磁性板を打ち抜き工法によって所定の形状に加工することにより、集磁部材３０を作製することが可能となる。また、本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５が回路基板１０の主面１１で覆われる構造となることから、センサチップ２０の素子形成面２５が物理的に保護されるという利点も得られる。
【0063】
図１８及び図１９に示すように、第８の実施形態による磁気センサ６８においては、集磁部材３０の第３の部分３３がセンサチップ２０の素子形成面２５を覆うよう、集磁部材３０が立てて回路基板１０の主面１１に搭載されているとともに、集磁部材３０が磁性材料からなる磁性部３０Ｍと非磁性材料からなる非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２によって構成されている点において、図１に示した第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0064】
集磁部材３０の非磁性部３０Ｎ１は、回路基板１０の主面１１と集磁部材３０の第１の部分３１の間に位置し、集磁部材３０の非磁性部３０Ｎ２は、回路基板１０の主面１１と集磁部材３０の第２の部分３２の間に位置する。これにより、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２は、ｚ方向から見て、センサチップ２０を基準として互いに反対側に位置する。集磁部材３０の非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２のｚ方向における高さは、センサチップ２０のｚ方向における高さとほぼ同じか、センサチップ２０のｚ方向における高さよりもやや高い。これにより、集磁部材３０の第１及び第２の部分のｚ方向における先端は、センサチップ２０の素子形成面２５とほぼ同じ平面位置か、或いは、センサチップ２０の素子形成面２５よりもやや高い平面位置に保持される。
【0065】
本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５が集磁部材３０の第３の部分３３によって覆われているが、両者は接触しておらず、両者は空間を介して向かい合っている。このため、仮に集磁部材３０に外力が加わったとしても、センサチップ２０の素子形成面２５に外力が加わることがない。
【0066】
このような構成により、本実施形態による磁気センサ６８は、ｚ方向の磁束を検出することが可能となる。つまり、ｚ方向の磁束が第３の部分３３から集磁部材３０に取り込まれると、これが第１及び第２の部分３１，３２によってｘ方向に曲げられる。そして、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２のｘ方向における近傍には、感磁素子Ｒ１，Ｒ２が配置されていることから、集磁部材３０を通過する磁束φは、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の近傍においてｚ方向成分だけでなく、ｘ方向成分を持つことになる。
【0067】
これにより、本実施形態による磁気センサ６８は、ｚ方向の磁束を選択的に検出することが可能となる。本実施形態においては、集磁部材３０が非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２を有していることから、高さの異なるセンサチップ２０を用いる場合、磁性部３０Ｍの形状を変えることなく、非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２の高さを変えることによって、適切な特性を得ることが可能となる。
【0069】
図２０及び図２１に示すように、第９の実施形態による磁気センサ６９は、集磁部材３０に非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２が設けられていないとともに、第１及び第２の部分３１，３２のｘ方向における幅が一定ではなく、第３の部分３３に近い根元部分において第１及び第２の部分３１，３２のｘ方向における幅が拡大されている点において、図１８及び図１９に示した第８の実施形態による磁気センサ６８と相違している。その他の基本的な構成は、第８の実施形態による磁気センサ６８と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0070】
集磁部材３０の第１の部分３１は、根元部分３１ａと先端部分３１ｂを有しており、根元部分３１ａの方が先端部分３１ｂよりもｘ方向における幅が太い。同様に、集磁部材３０の第２の部分３２は、根元部分３２ａと先端部分３２ｂを有しており、根元部分３２ａの方が先端部分３２ｂよりもｘ方向における幅が太い。これにより、第１の部分３１と第２の部分３２のｘ方向における間隔は、第３の部分３３に近い根元部分において狭くなる段差形状となる。つまり、根元部分３１ａと根元部分３２ａのｘ方向における間隔Ｓａは、先端部分３１ｂと先端部分３２ｂのｘ方向における間隔Ｓｂよりも狭い。根元部分３１ａ，３２ａと先端部分３１ｂ，３２ｂのｚ方向における境界位置は、センサチップ２０のｚ方向における高さとほぼ同じか、センサチップ２０のｚ方向における高さよりもやや高い位置に設計することが好ましい。
【0071】
このような構成により、本実施形態による磁気センサ６９は、ｚ方向の磁束を検出することが可能となる。つまり、ｚ方向の磁束が第３の部分３３から集磁部材３０に吸い込まれると、これが第１及び第２の部分３１，３２によってｘ方向に曲げられ、その一部が根元部分３１ａ，３２ａと先端部分３１ｂ，３２ｂの境界に位置する段差部分から放出される。そして、段差部分のｘ方向における近傍には、感磁素子Ｒ１，Ｒ２が配置されていることから、集磁部材３０を通過する磁束φは、感磁素子Ｒ１，Ｒ２の近傍においてｚ方向成分だけでなく、ｘ方向成分を持つことになる。
【0072】
これにより、本実施形態による磁気センサ６９は、ｚ方向の磁束を選択的に検出することが可能となる。本実施形態においては、集磁部材３０が非磁性部３０Ｎ１，３０Ｎ２を有していないことから、単一の磁性材料によって集磁部材３０を作製することが可能である。
【0074】
図２２及び図２３に示すように、第１０の実施形態による磁気センサ７０は、センサチップ２０が回路基板１０に上下反転して搭載されているとともに、集磁部材３０の第１及び第２の部分３１，３２が段差形状を有していない点において、第９の実施形態による磁気センサ６９と相違している。その他の基本的な構成は、第９の実施形態による磁気センサ６９と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0075】
本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５が回路基板１０の主面１１と向かい合うよう、上下反転して搭載されているため、回路基板１０の主面１１を基準とした感磁素子Ｒ１，Ｒ２の高さは、第９の実施形態よりも低く、回路基板１０の主面１１の直上に位置している。これにより、集磁部材３０の第１及び第２の部分のｚ方向における先端は、センサチップ２０の素子形成面２５とほぼ同じ平面位置に保持される。
【0076】
このような構成を有する磁気センサ７０も、ｚ方向の磁束を選択的に検出することが可能となる。本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５が回路基板１０の主面１１と向かい合うことから、両者をフリップチップ接続することができ、ボンディングワイヤを省略することが可能となる。
【0078】
図２４に示すように、第１１の実施形態による磁気センサ７１は、集磁部材３０の第３の部分３３に補償コイルＣが巻回されている点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0079】
補償コイルＣは、ｙ方向が軸方向となるよう集磁部材３０の第３の部分３３に巻回されたワイヤ（被服導電）からなる。補償コイルＣは、集磁部材３０に直接巻回しても構わないし、樹脂などからなるボビンを介して集磁部材３０に巻回しても構わない。また、巻崩れを防止するために、集磁部材３０に巻回した補償コイルＣを接着剤で固めても構わない。本実施形態において用いる集磁部材３０は、第３の部分３３がボビン形状を有している。これにより、補償コイルＣを構成するワイヤの巻回作業が容易となるだけでなく、集磁部材３０に巻回された補償コイルＣの脱落が防止される。尚、図２４に示す例では、第３の部分３３のｙ方向における両端に鍔部を設けているが、いずれか一方の端部にのみ鍔部を設けても構わない。
【0080】
補償コイルＣを構成するワイヤのターン数については特に限定されず、目的とするキャンセル磁界の発生に必要なターン数とすれば良い。本実施形態においては、補償コイルＣを集磁部材３０に巻回していることから、センサチップ２０に補償コイルを集積する方式と比べて、ターン数を大幅に増やすことが可能であるとともに、より大きな電流を流すことが可能である。また、回路基板１０の主面１１上に補償コイルを別途配置する方式のように、磁気センサ全体のサイズが大型化することもない。
【0081】
特に限定されるものではないが、本実施形態においては、センサチップ２０の素子形成面２５に４つの感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。このうち、感磁素子Ｒ１，Ｒ４は側面２１側にオフセットして配置され、感磁素子Ｒ２，Ｒ３は側面２２側にオフセットして配置されている。感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は、全て同一の磁化固定方向を有している。
【0082】
図２５は、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４と補償コイルＣの接続関係を説明するための回路図である。
【0083】
図２５に示すように、感磁素子Ｒ１は端子電極８１，８３間に接続され、感磁素子Ｒ２は端子電極８２，８３間に接続され、感磁素子Ｒ３は端子電極８１，８４間に接続され、感磁素子Ｒ４は端子電極８２，８４間に接続されている。端子電極８１には電源電位Ｖｃｃが与えられ、端子電極８２には接地電位ＧＮＤが与えられる。そして、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は全て同一の磁化固定方向を有していることから、集磁部材３０の第１の部分３１に近い感磁素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗変化量と、集磁部材３０の第２の部分３２に近い感磁素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗変化量との間には差が生じる。これにより、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は差動ブリッジ回路を構成し、磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の電気抵抗の変化が端子電極８３，８４に現れることになる。
【0084】
端子電極８３，８４から出力される差動信号は、回路基板１０又はセンサチップ２０に設けられた差動アンプ９１に入力される。差動アンプ９１の出力信号は、端子電極８５にフィードバックされる。図２５に示すように、端子電極８５と端子電極８６との間には補償コイルＣが接続されており、これにより、補償コイルＣは差動アンプ９１の出力信号に応じたキャンセル磁界を発生させる。かかる構成により、外部磁束の磁束密度に応じた感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の電気抵抗の変化が端子電極８３，８４に現れると、これに応じた電流が補償コイルＣに流れ、逆方向のキャンセル磁界を発生させる。これにより、外部磁束が打ち消される。そして、差動アンプ９１から出力される電流を検出回路９２によって電流電圧変換すれば、外部磁束の強さを検出することが可能となる。
【0085】
そして、本実施形態においては、補償コイルＣが集磁部材３０に巻回されていることから、十分なターン数を確保することができるとともに、より大きな電流を流すことが可能である。これにより、強いキャンセル磁界を発生させることができるため、測定対象となる磁界が比較的強い場合であっても、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるだけでなく、集磁部材３０の磁気飽和を防止することが可能となる。
【0087】
図２６及び図２７に示すように、第１２の実施形態による磁気センサ７２は、集磁部材３０の第３の部分３３に補償コイルＣが巻回されているとともに、センサチップ２０の素子形成面２５に４つの感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている点において、第８の実施形態による磁気センサ６８と相違している。その他の基本的な構成は、第８の実施形態による磁気センサ６８と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0088】
本実施形態においては、集磁部材３０の第３の部分３３がセンサチップ２０の素子形成面２５を覆うよう、集磁部材３０が立てて回路基板１０の主面１１に搭載されていることから、補償コイルＣは、ｚ方向が軸方向となるよう集磁部材３０の第３の部分３３に巻回されている。これにより、集磁部材３０の第３の部分３３に取り込まれるｚ方向の磁束を打ち消すことができる。これにより、第１１の実施形態による磁気センサ７１と同様、測定対象となる磁界が比較的強い場合であっても、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるだけでなく、集磁部材３０の磁気飽和を防止することが可能となる。
【0090】
図２８及び図２９に示すように、第１３の実施形態による磁気センサ７３は、集磁部材３０の第３の部分３３に補償コイルＣが巻回されているとともに、センサチップ２０の素子形成面２５に４つの感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている点において、第１０の実施形態による磁気センサ７０と相違している。その他の基本的な構成は、第１０の実施形態による磁気センサ７０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0091】
本実施形態においても、集磁部材３０の第３の部分３３に取り込まれるｚ方向の磁束を補償コイルＣによって打ち消すことができる。これにより、第１１及び図１２の実施形態による磁気センサ７１，７２と同様、測定対象となる磁界が比較的強い場合であっても、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される磁界を正しくキャンセルすることができるだけでなく、集磁部材３０の磁気飽和を防止することが可能となる。
【0092】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0093】
１〜７，６８〜７３ 磁気センサ１０ 回路基板
１１ 回路基板の主面
２０，２０Ａ，２０Ｂ センサチップ
２１〜２４ 側面
２５ 素子形成面
２６ 裏面
３０，３０Ａ，３０Ｂ 集磁部材
３０Ｍ 磁性部
３０Ｎ，３０Ｎ１，３０Ｎ２ 非磁性部
３１ 第１の部分
３２ 第２の部分
３３ 第３の部分
３１ａ，３２ａ 根元部分
３１ｂ，３２ｂ 先端部分
４０ 紙幣センサ
４１ 検出ヘッド
８１〜８６ 端子電極
９１ 差動アンプ
９２ 検出回路
５１〜５３ 磁性体層
Ｃ 補償コイル
Ｒ１〜Ｒ４ 感磁素子
φ 磁束