特許 5854920 磁気センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5854920

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月9日

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/16 20060101AFI20160120BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20160120BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20160120BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/16 G

   G01R33/06 R

   H01L43/08 D

   H01L43/08 Z

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-108193(P2012-108193)

(22)【出願日】2012年5月10日

(65)【公開番号】特開2013-234938(P2013-234938A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2014年10月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100121049

【弁理士】

【氏名又は名称】三輪 正義

(72)【発明者】

【氏名】小池 文人

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 晋一

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 一一

(72)【発明者】

【氏名】朝妻 浩太

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−０６３７６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１１６４９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／１６

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面内の所定方向に延出し前記所定方向に対する直交方向に間隔を空けて配列された複数本の延出部が端部間で電気的に接続されてなるミアンダ状素子と、前記間隔を挟んで対向する前記延出部間を電気的に接続する抵抗調整用の導体部と、を有し、
前記ミアンダ状素子は、第１素子と第２素子とを有し、
前記第１素子を構成する前記延出部は、前記平面内の第１の方向に延出し前記第１の方向に対する直交方向に第１の間隔を空けて配列されており、
前記第２素子を構成する前記延出部は、前記第１の方向とは異なる前記平面内の第２の方向に延出し前記第２の方向に対する直交方向に第２の間隔を空けて配列されており、
前記第１素子及び前記第２素子の少なくとも一方が、磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子であり、
前記導体部は、前記第１の方向に対する直交方向に平行な第１の辺及び、前記第２の方向に対する直交方向に平行な第２の辺を有する正多角形状であり、前記第１の辺の長さ寸法は、前記第１の間隔よりも大きく、前記第２の辺の長さ寸法は、前記第２の間隔よりも大きいことを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】

前記第１素子、前記第２素子及び第３素子を備え、前記第３素子を構成する前記延出部は、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記平面内の第３の方向に延出し前記第３の方向に対する直交方向に第３の間隔を空けて配列されており、
前記導体部は、前記第１の辺と、前記第２の辺と、前記第３の方向に対する直交方向に平行な第３の辺を有する正多角形状であり、前記第１の辺の長さ寸法は、前記第１の間隔以上であり、前記第２の辺の長さ寸法は、前記第２の間隔以上であり、前記第３の辺の長さ寸法は、前記第３の間隔以上である請求項１記載の磁気センサ。

【請求項3】

前記導体部は六角形である請求項２記載の磁気センサ。

【請求項4】

前記第１の延出部、前記第２の延出部及び前記第３の延出部の幅寸法は略同一であり、前記第１の間隔、前記第２の間隔及び前記第３の間隔は略同一であり、
頂点を二つ置きにして引いた各対角線の長さ寸法は、（前記延出部の幅寸法×２＋前記間隔の大きさ）以上の寸法で形成される請求項３記載の磁気センサ。

【請求項5】

前記第１の方向を０°としたとき、前記第２の方向は前記第１の方向に対して１２０°、前記第３の方向は前記第１の方向に対して２４０°傾いており、
前記第１の延出部、前記第２の延出部及び前記第３の延出部の幅寸法は略同一であり、前記第１の間隔、前記第２の間隔及び前記第３の間隔は略同一であり、
前記導体部は、正六角形である請求項３又は４に記載の磁気センサ。

【請求項6】

前記磁気抵抗効果素子は、前記延出部の延出方向に対して直交する方向に感度軸方向を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気センサ。

【請求項7】

前記磁気抵抗効果素子は、セルフピン止め型のＧＭＲ素子である請求項６記載の磁気センサ。

【請求項8】

前記磁気抵抗効果素子は、延出方向が前記感度軸方向と直交する前記延出部を備えたミアンダ部分と、延出方向が前記感度軸方向と平行な前記延出部を備えたミアンダ部分とを有するＧＭＲ素子である請求項６又は７に記載の磁気センサ。

【請求項9】

ブリッジ回路にて同じ感度軸方向を備える前記ミアンダ状素子同士が素子形成面の中心を対称点とする点対称で配置されている請求項１ないし８のいずれか１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、延出方向が異なる複数のミアンダ状素子及び抵抗調整用の導体部を備えた磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ハイブリッド回路装置に関する発明が開示されている。特許文献１は磁気センサに関する発明ではないが、特許文献１にはミアンダ状素子の抵抗層間をミアンダループ（導体部）で短絡させて、抵抗調整を行う構成が開示されている。

【0003】

一方、特許文献２には、角度測定用のＡＭＲセンサ素子に関する発明が開示されている。例えば特許文献２の図１には２つのホイートストンブリッジ１１，１２が設けられ、各ホイートストンブリッジは夫々、４つのミアンダリング抵抗体１３で構成される。４つのミアンダリング抵抗体１３の延出方向（抵抗体の延びる方向）は４５度ずつ変化している（特許文献１の［００２２］欄）。

【0004】

特許文献２のセンサ素子に対し、特許文献１に示された抵抗調整用の導体部を使用して、各ミアンダリング抵抗体１３の抵抗がほぼ同じとなるように調整しようとする場合、各ミアンダリング抵抗体１３の延出方向が４５度ずつ異なるため、同じように４５度ずつ傾く導体部を各ミアンダリング抵抗体１３ごとに作製する必要があった。すなわち延出方向が異なるミアンダ状素子が設けられた磁気センサに対し、抵抗調整用の導体部を用いる場合、一種類の導体部では対応できず、各ミアンダ状素子に適した導体部を作製することが必要であった。

【0005】

このように従来では何種類も導体部のパターンを用意しなくてはならず、その結果、製造コストの上昇や製造工程の複雑化の問題が生じた。また特性精度のばらつきが生じやすくなり、安定したセンサ特性を得にくくなる問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２００２−５０７３２９号公報

【特許文献2】特表２００７−５１８０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、延出部の延出方向が異なる複数のミアンダ状素子に対して、一種類の導体部で抵抗調整を行うことができ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】

【0008】

本発明における磁気センサは、
平面内の所定方向に延出し前記所定方向に対する直交方向に間隔を空けて配列された複数本の延出部が端部間で電気的に接続されてなるミアンダ状素子と、前記間隔を挟んで対向する前記延出部間を電気的に接続する抵抗調整用の導体部と、を有し、
前記ミアンダ状素子は、第１素子と第２素子とを有し、
前記第１素子を構成する前記延出部は、前記平面内の第１の方向に延出し前記第１の方向に対する直交方向に第１の間隔を空けて配列されており、
前記第２素子を構成する前記延出部は、前記第１の方向とは異なる前記平面内の第２の方向に延出し前記第２の方向に対する直交方向に第２の間隔を空けて配列されており、
前記第１素子及び前記第２素子の少なくとも一方が、磁性層と非磁性層とが積層されて成る磁気抵抗効果を発揮する磁気抵抗効果素子であり、
前記導体部は、前記第１の方向に対する直交方向に平行な第１の辺及び、前記第２の方向に対する直交方向に平行な第２の辺を有する正多角形状であり、前記第１の辺の長さ寸法は、前記第１の間隔よりも大きく、前記第２の辺の長さ寸法は、前記第２の間隔よりも大きいことを特徴とするものである。これにより、延出部の延出方向が異なる第１素子及び第２素子に対して一種類の導体部により抵抗調整を行うことができる。また本発明では、導体部により、延出部間を、延出方向とは直交する方向にて短絡でき、抵抗調整を高精度に行うことができる。

【0009】

以上により本発明では製造コストを低減できるとともに、製造プロセスを容易化でき、しかも高精度なセンサ特性を得ることができる。

【0010】

また本発明では、前記第１素子、前記第２素子及び第３素子を備え、前記第３素子を構成する前記延出部は、前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記平面内の第３の方向に延出し前記第３の方向に対する直交方向に第３の間隔を空けて配列されており、
前記導体部は、前記第１の辺と、前記第２の辺と、前記第３の方向に対する直交方向に平行な第３の辺を有する正多角形状であり、前記第１の辺の長さ寸法は、前記第１の間隔以上であり、前記第２の辺の長さ寸法は、前記第２の間隔以上であり、前記第３の辺の長さ寸法は、前記第３の間隔以上であることが好ましい。これにより、一種類の導体部により、第１素子、第２素子及び第３素子の各延出部間を延出方向に対する直交方向に短絡できる。
上記において、前記導体部は六角形であることが好ましい。

【0011】

また、前記第１の延出部、前記第２の延出部及び前記第３の延出部の幅寸法は略同一であり、前記第１の間隔、前記第２の間隔及び前記第３の間隔は略同一であり、
頂点を二つ置きにして引いた各対角線の長さ寸法は、（前記延出部の幅寸法×２＋前記間隔の大きさ）以上の寸法で形成されることが好ましい。これにより、より高精度に抵抗調整を行うことができる。

【0012】

また本発明では、前記第１の方向を０°としたとき、前記第２の方向は前記第１の方向に対して１２０°、前記第３の方向は前記第１の方向に対して２４０°傾いており、
前記第１の延出部、前記第２の延出部及び前記第３の延出部の幅寸法は略同一であり、前記第１の間隔、前記第２の間隔及び前記第３の間隔は略同一であり、
前記導体部は、正六角形であることがより好適である。

【0013】

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、前記延出部の延出方向に対して直交する方向に感度軸方向を備えることが好ましい。

【0014】

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、セルフピン止め型のＧＭＲ素子であることが好ましい。これにより、ＧＭＲ素子からなる複数のミアンダ状素子を同一基板上に形成できる。

【0015】

また本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、延出方向が前記感度軸方向と直交する前記延出部を備えたミアンダ部分と、延出方向が前記感度軸方向と平行な前記延出部を備えたミアンダ部分とを有するＧＭＲ素子であることが好ましい。これにより、ＡＭＲ効果をキャンセルでき、センサ特性の向上を図ることができる。

【0016】

また本発明では、ブリッジ回路にて同じ感度軸方向を備える前記ミアンダ状素子同士が素子形成面の中心を対称点とする点対称で配置されていることが好ましい。これにより、ブリッジ回路の中点電位のばらつきを小さくでき、安定したセサ特性を得ることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、製造コストを低減できるとともに、製造プロセスを容易化でき、しかも高精度なセンサ特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、第１の実施形態の磁気センサに搭載される第１素子及び第２素子の一例を示す平面図である。

【図2(a)】図２（ａ）は、第２の実施形態の磁気センサに搭載される複数のミアンダ素子の構成と、磁石とを有する３相エンコーダの模式図である。

【図2(b)】図２（ｂ）は、３相エンコーダのＵ相ブリッジ回路図、Ｖ相ブリッジ回路図、Ｗ相ブリッジ回路図を示す。

【図3】図３は、第２の実施形態の磁気センサに搭載される複数のミアンダ素子の平面図である。

【図4】図４は、図３に示すミアンダ素子（第１素子）２１の拡大平面図である。

【図5】図５は、図３に示す点対称に配置された複数のミアンダ素子の拡大平面図である。

【図6】図６は、第２の実施形態における磁気センサと磁石とを備える３相エンコーダのＵ相、Ｖ相及びＷ相の波形図である。

【図7】図７は、第３の実施形態における磁気センサの平面図を示す。

【図8】図８は、本実施形態におけるミアンダ素子の部分拡大縦断面図である。

【図9】図９は、磁気センサと磁石との配置を示す平面図である。

【図10】図１０は、ミアンダ素子のミアンダ形状の具体例を示す部分平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、第１の実施形態の磁気センサに搭載される第１素子及び第２素子の一例を示す平面図である。

【0020】

ここで図１に示す第１の実施形態では、Ｙ方向を第１の方向とし、Ｙ方向に対し直交するＸ方向を第２の方向とする。Ｘ方向及びＹ方向は平面内にて直交する２方向を示している。一方、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向の双方に対して直交する高さ方向（厚さ方向）を示している。

【0021】

磁気センサＳ１には、同じ基板上に複数のミアンダ状素子１１，１２が形成されている。

【0022】

ミアンダ状素子１１は、第１素子であり、以下、第１素子１１と称する場合がある。またミアンダ状素子１２は、第２素子であり、以下、第２素子１２と称する場合がある。

【0023】

図１に示すように第１素子１１は、第１の方向であるＹ方向に延出しＸ方向に第１の間隔Ｔ１を空けて配列された複数本の第１延出部１１ａがミアンダ状となるようにＹ側端部間で接続されて一体化したミアンダ状素子である。

【0024】

また図１に示すように第２素子１２は、Ｘ方向に延出しＹ方向に第２の間隔Ｔ２を空けて配列された複数本の第２延出部１２ａがミアンダ状となるようにＸ側端部間で接続されて一体化したミアンダ状素子である。

【0025】

本実施形態では第２素子１２は、第１素子１１を平面内にて９０°回転させた形状に同一である。よって、第１素子１１及び第２素子１２を構成する各延出部１１ａ，１２ａの幅寸法は同寸法であり、また第１の間隔Ｔ１及び第２の間隔Ｔ２も同寸法である。

【0026】

図８は、第１素子１１を図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大縦断面図である。

【0027】

第１素子１１は、基板１表面にて、下から、シード層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５及び保護層６の順に積層されて成膜されたセルフピン止め型のＧＭＲ素子である。第１素子１１を構成する各層は、例えばスパッタにて成膜される。

【0028】

シード層２は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等で形成される。シード層２と、基板１との間に、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ等からなる下地層が形成されていてもよい。

【0029】

固定磁性層３は、第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃと、第１磁性層３ａ及び第２磁性層３ｃ間に介在する非磁性中間層３ｂとの、人工反強磁性（ＡＡＦ（Artificial-AntiFerro magnetic））構造からなる。

【0030】

図８に示すように矢印方向は、第１磁性層３ａ及び第２磁性層３ｃの固定磁化方向を示す。図８に示すように、第１磁性層３ａの固定磁化方向と、第２磁性層３ｃの固定磁化方向は反平行となっている。各磁性層３ａ，３ｃはＣｏＦｅ合金などの軟磁性材料で形成されている。また非磁性中間層３ｂはＲｕやＲｈ等である。非磁性材料層４はＣｕなどの非磁性材料で形成される。フリー磁性層５は、ＮｉＦｅ合金などの軟磁性材料で形成されている。この実施形態では、フリー磁性層５は、ＣｏＦｅ合金層５ａとＮｉＦｅ合金層５ｂとの積層構造で形成されるが、フリー磁性層５の構造は限定されるものでない。保護層６はＴａなどである。

【0031】

本実施形態では固定磁性層３をＡＡＦ構造として、第１磁性層３ａと第２磁性層３ｃとが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型である。すなわち図８に示すセルフピン止め型では、反強磁性層を用いず、よって磁場中熱処理を施すことなく固定磁性層３を構成する各磁性層３ａ，３ｃを磁化固定している。少なくとも第１磁性層３ａの成膜時に、磁場中成膜することによりこれを実現する。なお、各磁性層３ａ，３ｃの磁化固定力は、外部磁界が作用したときでも磁化揺らぎが生じない程度の大きさであれば足りる。

【0032】

ただし図８の第１素子１１の積層構造は一例である。下からシード層２、フリー磁性層５、非磁性材料層４、固定磁性層３、及び保護層６の順に積層された積層構造とされてもよい。また固定磁性層３は、第１の磁性層３ａと第２の磁性層３ｃとの磁化量の大きさが同じで磁化方向が反平行である構成にできる。

【0033】

第１素子１１ａを構成する第２磁性層３ｃの固定磁化方向（Ｐ；感度軸方向）が固定磁性層３の固定磁化方向である。

【0034】

第２素子１２も図７と同じ積層構造のセルフピン止め型のＧＭＲ素子である。第２素子１２の固定磁性層の固定磁化方向（感度軸方向）は、第１素子１１の感度軸方向Ｐに対して９０°傾いた方向である。

【0035】

図１には、第１素子１１の感度軸方向をＰ１で示し、第２素子１２の感度軸方向をＰ２で示した。第１素子１１及び第２素子１２の感度軸方向Ｐ１，Ｐ２は夫々、各延出部１１ａ，１２ａの延出方向に対して直交方向を向いている。

【0036】

上記したように、セルフピン止め型のＧＭＲ素子で第１素子１１及び第２素子１２を形成することで磁場中熱処理が必要でなく、したがって感度軸方向Ｐ１，Ｐ２が異なる第１素子１１及び第２素子１２と同じ基板１上に成膜することができる。

【0037】

ただし別々の基板への成膜となるが、反強磁性層を用いたＧＭＲ素子で第１素子１１と第２素子１２とを形成することも可能である。

【0038】

図１に示す感度軸方向Ｐ１，Ｐ２が異なる第１素子１１と第２素子１２とを用いてブリッジ回路を構成できる。

【0039】

図１に示す磁気センサＳ１は例えば回転センサやエンコーダに適用されるが、用途を限定するものでなく、地磁気センサや磁気スイッチ等としても使用可能である。

【0040】

また第１素子１１及び第２素子１２のうち、少なくとも一方が磁性層と非磁性層とが積層されてなる磁気抵抗効果を発揮するＧＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子で形成されればよく、例えば第１素子１１が磁気抵抗効果素子で、第２素子１２が固定抵抗素子である構成にもできる。

【0041】

図１に示すように、第１素子１１の表面には抵抗調整用の導体部１４が、第１の間隔Ｔ１を挟んで対向する第１延出部１１ａ，１１ａ間に電気的に接続されている。導体部１４の電気抵抗率は、第１素子１１の電気抵抗率（特に導体部１４が接触する第１素子１１の表面層（図８では保護層６）の電気抵抗率）よりも低い。導体部１４はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ等で形成されてもよい。導体部１４は、磁気センサＳ１を構成する全てのミアンダ状素子の素子抵抗が同じとなるように調整するために設けられたものである。

【0042】

このように電気抵抗率の低い導体部１４が、第１延出部１１ａ，１１ａ間に電気的に接続されたことで、導体部１４を介して第１延出部１１ａ，１１ａ間が短絡した状態になり、第１素子１１の抵抗値を、初期状態（導体部１４を接続していない状態）に比べて小さくできる。

【0043】

図１では、第２素子１２にも導体部１４が接続されているが、導体部１４を、初期状態において抵抗値が高いミアンダ状素子側だけに設けて抵抗調整を行うことが可能である。よって導体部１４は第１素子１１及び第２素子１２の少なくともいずれか１箇所に設けられていればよい。

【0044】

図８に示すように導体部１４は、第１延出部１１ａ間の第１の間隔Ｔ１内を埋める絶縁層１５の表面から保護層６の表面にかけて形成されている。このとき、多少、保護層６の表面をエッチングしたうえで、導体部１４を形成する。

【0045】

図１に示す導体部１４は、第１の方向であるＹ方向と直交するＸ方向に延出する第１の辺１４ａ、及び第２の方向であるＸ方向と直交する方向に直交するＹ方向に延出する第２の辺１４ｂを備える正方形である。このため図１に示すように、第１素子１１の第１延出部１１ａ間を、導体部１４の第１の辺１４ａにより、第１延出部１１ａ間の延出方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）に短絡でき、第１の辺１４ａの位置に応じて第１素子１１の抵抗計算を容易化できる。したがって本実施形態の導体部１４を用いることで、第１素子１１に対する抵抗調整を高精度に行うことができる。例えば導体部１４の第１の辺１４ａがＸ方向に対して斜めに延びていたり、あるいは、導体部１４が円形状等、外周が曲面状であると、導体部１４の短絡位置に応じた第１素子１１の抵抗計算が複雑化し、また抵抗ばらつきが大きくなりやすい。これに対して第１延出部１１ａ間に、延出方向（Ｘ方向）に対して直交する方向にて導体部１４を交わらせることで抵抗計算が簡単になり、また調整抵抗のばらつきを小さくでき、第１素子１１を所定の抵抗値に簡単且つ高精度に調整することが可能になる。

【0046】

図１に示すように導体部１４の第１の辺１４ａのＸ方向への長さ寸法Ｌ１は、第１の間隔Ｔ１よりも大きい。また図１では、第１の辺１４ａの長さ寸法Ｌ１は、（第１の間隔Ｔ１＋第１延出部１１ａの幅寸法（Ｘ方向への寸法）×２）よりも大きい寸法となっている。ただし、３本の第１延出部１１ａが同時に導体部１４により短絡しないように、導体部１４の長さ寸法Ｌ１は、（第１の間隔Ｔ１×２＋第１延出部１１ａの幅寸法（Ｙ方向への寸法）×２）よりも小さい寸法となっている。

【0047】

上記したように導体部１４の第１の辺１４ａの長さ寸法Ｌ１が第１の間隔Ｔ１よりも大きく設定されることで、導体部１４の位置がＸ方向に多少ずれたとしても、第１の間隔Ｔ１を挟んで対向する第１延出部１１ａ，１１ａ間を適切に導体部１４により短絡でき、高精度な抵抗調整を行うことが可能になる。

【0048】

上記したように導体部１４には、Ｙ方向と平行な方向に延出する第２の辺１４ｂが設けられ、第２の辺１４ｂの長さ寸法Ｌ２は、第２の間隔Ｔ２よりも大きい。このため第２素子１２に対して抵抗調整を行う場合にも第１素子１１と同形状の導体部１４を用いて抵抗調整が可能になる。すなわち図１に示すように、導体部１４の第２の辺１４ｂにより、第２の間隔Ｔ２を挟んで対向しＸ方向に延出する第２延出部１２ａ，１２ａ間を、延出方向に対して直交するＹ方向にて短絡でき、第２素子１２の抵抗を簡単且つ高精度に調整できる。

【0049】

このように本実施形態では、一種類の導体部１４のパターンを用いて、第１素子１１及び第２素子１２の各延出部間を延出方向に対する直交方向に短絡できる。よって一種類の導体部１４により、第１素子１１及び第２素子１２の抵抗調整を小さいばらつきで高精度に行うことができ、第１素子１１と第２素子１２とを用いてブリッジ回路を構成したときの中点電位等のセンサ特性を高精度に調整できる。

【0050】

以上により本実施形態では、一種類の導体部１４により、延出方向の異なる第１素子１１及び第２素子１２に対して抵抗調整が可能であり、製造コストを低減できるとともに、製造プロセスを容易化でき、しかも高精度なセンサ特性を得ることが可能になる。

【0051】

図２（ａ）は、第２の実施形態の磁気センサに搭載される複数のミアンダ素子の構成と、磁石とを有する３相エンコーダの模式図である。図２（ｂ）は、３相エンコーダのＵ相ブリッジ回路図、Ｖ相ブリッジ回路図、Ｗ相ブリッジ回路図を示す。図３は、第２の実施形態の磁気センサに搭載される複数のミアンダ素子の平面図である。図４は、図３に示すミアンダ素子（第１素子）２１の拡大平面図である。図５は、図３に示す点対称に配置された複数のミアンダ素子の拡大平面図である。図６は、第２の実施形態における磁気センサと磁石とを備える３相エンコーダのＵ相、Ｖ相及びＷ相の波形図である。

【0052】

図２（ａ）に示す実施形態では、平面内にて互いに１２０°ずつ角度差のある３方向を第１の方向、第２の方向及び第３の方向とする。どの方向を第１の方向、第２の方向及び第３の方向と規定するかは任意に決定できるが、本実施形態では、第１の方向をＹ１方向とし、第１の方向から１２０°反時計回りに傾いた方向を第２の方向とし、第１の方向から２４０°反時計回りに傾いた方向を第３の方向とした。

【0053】

図２（ａ）に示すように、磁気センサＳ２には平面内に、１２個のミアンダ状素子２１〜３２が配置されている。

【0054】

図２（ａ）に示す矢印は各ミアンダ状素子２１〜３２の感度軸方向Ｐである。各ミアンダ状素子２１〜３２は例えば図８に示すセルフピン止め型のＧＭＲ素子であり、全てのミアンダ状素子２１〜３２が同じ基板１上に配置される。セルフピン止め型のＧＭＲ素子であるため、磁場中熱処理が必要なく、同じ基板１上に配置された各ミアンダ状素子２１〜３２を図２（ａ）に示す各感度軸方向Ｐに適切に向けることができる。

【0055】

図２（ａ），図３に示すように延出部が第１の方向であるＹ方向に延びており、感度軸方向ＰがＸ方向と平行な方向であるミアンダ状素子２１〜２４が第１素子（以下、第１素子２１〜２４と称する場合がある）を構成している。

【0056】

図２（ｂ）に示すように、各第１素子２１〜２４によりＵ相ブリッジ回路が構成される。第１素子２１と第１素子２２の感度軸方向Ｐは同方向（Ｘ１）であるが、第１素子２３と第１素子２４の感度軸方向Ｐは、第１素子２１，２２の感度軸方向Ｐに対して反対方向（Ｘ２）を向いている。

【0057】

また、図２（ａ），図３に示すように延出部が第２の方向（第１の方向から半時計回りに１２０°の傾き方向）に延びており、感度軸方向Ｐが第２の方向に対して直交方向であるミアンダ状素子２５〜２８が第２素子（以下、第２素子２５〜２８と称する場合がある）を構成している。

【0058】

図２（ｂ）に示すように、各第２素子２５〜２８によりＶ相ブリッジ回路が構成される。第２素子２５と第２素子２６の感度軸方向Ｐは同方向であるが、第２素子２７と第２素子２８の感度軸方向Ｐは、第２素子２５，２６の感度軸方向Ｐに対して反対方向を向いている。

【0059】

また、図２（ａ），図３に示すように延出部が第３の方向（第１の方向から反時計回りに２４０°の傾き方向）に延びており、感度軸方向Ｐが第３の方向に対して直交方向であるミアンダ状素子２９〜３２が第３素子（以下、第３素子２９〜３２と称する場合がある）を構成している。

【0060】

図２（ｂ）に示すように、各第３素子２９〜３２によりＷ相ブリッジ回路が構成される。第３素子２９と第３素子３０の感度軸方向Ｐは同方向であるが、第３素子３１と第３素子３２の感度軸方向Ｐは、第３素子２９，３０の感度軸方向Ｐに対して反対方向を向いている。

【0061】

図４は第１素子２１の拡大平面図である。図４に示すように第１素子２１は、第１の方向であるＹ方向（Ｙ１−Ｙ２）に延出しＸ方向（Ｘ１−Ｘ２）に第１の間隔Ｔ１を空けて配置された複数本の第１延出部２１ａがＹ側端部間でミアンダ状となるように接続されて一体化したミアンダ状素子である。他の第１素子２２〜２４も図４と同様の幅寸法からなる第１延出部２１ａ及び第１の間隔Ｔ１を備えている。

【0062】

第２素子２５〜２８は、第２の方向に延出し第２の方向に対する直交方向に第２の間隔Ｔ２を空けた複数本の第２延出部がミアンダ状となるように端部間で接続されて一体化されたミアンダ状素子である。図５には第２素子２５が図示されており、第２延出部２５ａ及び第２の間隔Ｔ２が示されている。

【0063】

第３素子２９〜３２は、第３の方向に延出し第３の方向に対する直交方向に第３の間隔Ｔ３を空けた複数本の第２延出部がミアンダ状となるように端部間で接続されて一体化されたミアンダ状素子である。図５には第３素子３０が図示されており、第３延出部３０ａ及び第３の間隔Ｔ３が示されている。

【0064】

第１素子２１〜２４、第２素子２５〜２８及び第３素子２９〜３２は、延出部の傾き方向が異なるだけで図４に示すミアンダ形状と同形状である。したがって、第１素子２１〜２４、第２素子２５〜２８及び第３素子２９〜３２を構成する各延出部の幅寸法は同寸法であり、また各間隔Ｔ１〜Ｔ３も同寸法である。

【0065】

図４に示すように抵抗調整用の導体部４０が第１の間隔Ｔ１を空けて対向する第１素子部２１ａ間に電気的に接続されている。

【0066】

導体部４０には、第１の方向であるＹ方向に直交するＸ方向と平行な第１の辺４０ａ、第２の方向に対する直交方向に平行な第２の辺４０ｂ、及び第３の方向に対する直交方向に平行な第３の辺４０ｃを備えて構成される。

【0067】

Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３の場合、図４に示すように導体部４０は正六角形で形成される。
図４に示すように、第１の辺４０ａの長さ寸法Ｌ１は、第１の間隔Ｔ１よりも大きい寸法で形成される。また、導体部４０の頂点を二つ置きにして引いた対角線Ｄ１の長さ寸法Ｌ４は、（第１延出部２１ａの幅寸法×２＋第１の間隔Ｔ１）以上の寸法で形成される。対角線Ｄ１の長さ寸法Ｌ４は、（第１延出部２１ａの幅寸法×２＋第１の間隔Ｔ１）よりも大きい寸法で形成されることが好ましい。また、対角線Ｄ１の長さ寸法Ｌ４は、（第１延出部２１ａの幅寸法×２＋第１の間隔Ｔ１×２）よりも小さい寸法で形成される。あと二本、同じように対角線を引くことができるが、導体部４０は正六角形であるため、いずれの対角線も同寸法である。一例であるが、各第１延出部２１ａの幅寸法を７μｍ、第１の間隔Ｔ１を５μｍとし、第１の辺４０ａの長さ寸法Ｌを１０μｍ、対角線Ｄ１の長さ寸法Ｌ４を２０μｍに設定した。

【0068】

また導体部４０は正六角形であるため、第２の辺４０ｂ及び第３の辺４０ｃの長さ寸法Ｌ２，Ｌ３は、いずれも第１の辺４０ａの長さ寸法Ｌ１と同寸法である。

【0069】

図４に示すように、第１の間隔Ｔ１を挟んで対向する第１延出部２１ａ，２１ａ間を、導体部４０の第１の辺４０ａにより延出方向（Ｙ方向）に対する直交方向（Ｘ方向）にて短絡させることができ、第１の辺４０ａの位置（短絡位置）に応じて第１素子２１の抵抗計算を容易化できる。したがって本実施形態の導体部４０を用いることで、第１素子２１に対する抵抗調整を高精度に行うことができる。図４では第１素子２１を用いて説明したが、他の第１素子２２〜２４を導体部４０により抵抗調整する場合も同じ効果が得られる。

【0070】

図４に示すように導体部４０の第１の辺４０ａのＸ方向への長さ寸法Ｌ１が、第１の間隔Ｔ１よりも大きく設定されることで、導体部４０の位置がＸ方向に多少ずれたとしても、第１の辺４０ａの直線部分が第１延出部２１ａ、２１ａ間を短絡でき、第１の間隔Ｔ１を挟んで対向する第１延出部２１ａ，２１ａ間を適切に導体部４０により短絡でき、高精度な抵抗調整を行うことが可能になる。

【0071】

図４に示す導体部４０は、第２の辺４０ｂ及び第３の辺４０ｃを備えている。第２の辺４０ｂは、第２の方向に対する直交方向と平行であるから、図５に示すように、図４と同じ導体部４０を用いて、第２素子２５に対する抵抗調整を適切に行うことができる。すなわち図５に示すように、第２の間隔Ｔ２を挟んで対向する第２延出部２５ａ，２５ａ間を、導体部４０の第２の辺４０ｂにより延出方向（第２の方向）に対する直交方向にて短絡させることができ、第２の辺４０ｂの位置（短絡位置）に応じて第２素子２５の抵抗計算を容易化できる。したがって本実施形態の導体部４０を用いることで、第２素子２５に対する抵抗調整を高精度に行うことができる。図５では第２素子２５を用いて説明したが、他の第２素子２６〜２８を導体部４０により抵抗調整する場合も同様の効果が得られる。

【0072】

図５に示すように導体部４０の第２の辺４０ｂの長さ寸法Ｌ２が、第２の間隔Ｔ２よりも大きく設定されることで、導体部４０の位置が、第２の方向に対する直交方向に多少ずれたとしても、第２の間隔Ｔ２を挟んで対向する第２延出部２５ａ，２５ａ間を適切に導体部４０により短絡でき、高精度な抵抗調整を行うことが可能になる。

【0073】

また導体部４０の第３の辺４０ｃは、第３の方向に対する直交方向と平行であるから、図５に示すように、図４と同じ導体部４０を用いて、第３素子３０に対する抵抗調整を適切に行うことができる。すなわち図５に示すように、第３の間隔Ｔ３を挟んで対向する第３延出部３０ａ，３０ａ間を、導体部４０の第３の辺４０ｃにより延出方向（第３の方向）に対する直交方向にて短絡させることができ、第３の辺４０ｃの位置（短絡位置）に応じて第３素子３０の抵抗計算を容易化できる。したがって本実施形態の導体部４０を用いることで、第３素子３０に対する抵抗調整を高精度に行うことができる。図５では第３素子３０を用いて説明したが、他の第３素子２９，３１，３２を導体部４０により抵抗調整する場合も同様の効果が得られる。

【0074】

図５に示すように導体部４０の第３の辺４０ｃの長さ寸法Ｌ３が、第２の間隔Ｔ３よりも大きく設定されることで、導体部４０の位置が、第３の方向に対する直交方向に多少ずれたとしても、第２の間隔Ｔ３を挟んで対向する第３延出部３０ａ，３０ａ間を適切に導体部４０により短絡でき、高精度な抵抗調整を行うことが可能になる。

【0075】

このように本実施形態では、一種類の導体部４０のパターンを用いて、第１素子、第２素子、及び第３素子の各延出部間を延出方向に対する直交方向に短絡できる。よって一種類の導体部４０により、第１素子、第２素子及び第３素子の抵抗調整を小さいばらつきで高精度に行うことができ、図２（ｂ）に示すＵ相ブリッジ回路、Ｖ相ブリッジ回路及びＷ相ブリッジ回路の中点電位等のセンサ特性を高精度に調整できる。

【0076】

以上により本実施形態では、一種類の導体部４０により、延出方向の異なる第１素子、第２素子及び第３素子に対して抵抗調整が可能であり、製造コストを低減できるとともに、製造プロセスを容易化でき、しかも高精度なセンサ特性を得ることが可能になる。

【0077】

なお導体部４０は、全てのミアンダ状素子２１〜３２に設けられていなくてもよい。導体部４０が接続されたミアンダ状素子が１つであってもよい。いずれにしても、本実施形態では、一種類の導体部４０を設けることで、第１素子、第２素子及び第３素子のどの素子に対しても適切に抵抗調整を行うことができる。

【0078】

図２（ａ）に示すように３相エンコーダは、磁気センサＳ２と磁石（磁界発生部材）Ｍとを有して構成される。磁石Ｍはリング状であり、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁されている。図２（ａ）に示すように磁石Ｍが中心Ｏ２を回転軸として回転すると、磁気センサＳ２に磁石Ｍからの外部磁界が与えられる。

【0079】

各ミアンダ状素子２１〜３２は、外部磁界によりフリー磁性層５の磁化方向（図８参照）が変化して抵抗変化する。フリー磁性層５の磁化方向が固定磁性層３の固定磁化方向（感度軸方向Ｐ）と同方向となったら電気抵抗値は最小になり、フリー磁性層５の磁化方向が固定磁性層３の固定磁化方向（感度軸方向Ｐ）と反平行になったら電気抵抗値は最大になる。

【0080】

図２（ａ）（ｂ）に示すＵ相ブリッジ回路を構成する各第１素子２１，２２の感度軸方向ＰはＸ１方向である。よって、各第１素子２１，２２に対し、磁石Ｍからの外部磁界がＸ１方向に作用したら、各第１素子２１，２２の電気抵抗値は最小になり、磁石Ｍからの外部磁界がＸ２方向に作用したら、各第１素子２１，２２の電気抵抗値は最大になる。一方、Ｕ相ブリッジ回路を構成する各第１素子２３，２４の感度軸方向ＰはＸ２方向である。よって、各第１素子２３，２４に対し、磁石Ｍからの外部磁界がＸ２方向に作用したら、各第１素子２３，２４の電気抵抗値は最小になり、磁石Ｍからの外部磁界がＸ１方向に作用したら、各第１素子２３，２４の電気抵抗値は最大になる。

【0081】

外部磁界の作用により、図２（ｂ）に示すＵ相ブリッジ回路から第１の出力（中点電位；ＯＵＴ１）を得ることができる。この第１の出力に基づいてＵ相の波形を整形して矩形波とした（図６の実線の波形）。

【0082】

また、図２（ａ）（ｂ）に示すＶ相ブリッジ回路を構成する各第２素子２５，２６の感度軸方向Ｐは、第１素子２１，２２の感度軸方向に対して反時計回りに１２０°傾いている。またＶ相ブリッジ回路を構成する各第２素子２７，２８の感度軸方向Ｐは、第２素子２５，２６の感度軸方向Ｐに対して反対方向である。

【0083】

そして本実施形態では、外部磁界の作用により、図２（ｂ）に示すＶ相ブリッジ回路から第２の出力（中点電位；ＯＵＴ２）を得ることができる。この第２の出力に基づいてＶ相の波形を整形し矩形波とした（図６の点線の波形）。

【0084】

また、図２（ａ）（ｂ）に示すＷ相ブリッジ回路を構成する各第３素子２９，３０の感度軸方向Ｐは、第１素子２１，２２の感度軸方向Ｐに対して反時計回りに２４０°傾いている。またＷ相ブリッジ回路を構成する各第３素子３１，３２の感度軸方向Ｐは、第３素子２９，３０の感度軸方向Ｐに対して反対方向である。

【0085】

そして本実施形態では、外部磁界の作用により、図２（ｂ）に示すＷ相ブリッジ回路から第３の出力（中点電位；ＯＵＴ３）を得ることができる。この第３の出力に基づいてＷ相の波形を整形して矩形波とした（図６に示す一点鎖線の波形）。

【0086】

図６では、各波形のベースラインの位置を紙面上下方向にずらして、各波形を見やすくした。

【0087】

図６に示すように、Ｕ相とＶ相とでは１２０°の位相ずれが生じており、Ｖ相とＷ相とでは１２０°の位相ずれ（Ｕ相とＷ相とでは２４０°の位相ずれ）が生じている。

【0088】

そして、図６に示すＵ相波形、Ｖ相波形及びＷ相波形の取得により、磁石Ｍの回転角度、回転速度、回転方向等の回転情報を得ることができる。

【0089】

本実施形態では、図３に示すように導体部４０を用いて各ミアンダ状素子２１〜３２の電気抵抗値が同一となるように抵抗調整を行っている。

【0090】

ところで導体部４０による抵抗調整は良好なセンサ特性を得るうえで重要であるが、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の位相ずれやデューティ比[ＶＨ／（ＶＬ＋ＶＨ）×１００（％）；図６参照]のばらつきをより小さくして、より安定したセンサ特性を得るには、ミアンダ状素子２１〜３２を次に示す構成とすることが好ましい。

【0091】

図２（ａ），図３に示すＯ１は、素子形成面３３の中心を示す。素子形成面３３は、各ミアンダ状素子２１〜３２を形成するための表面を構成し、例えば、図８に示す基板１の表面を指す。素子形成面３３の中心Ｏ１は、形成面内にて直交するＸ方向及びＹ方向の中央である。図２（ａ）に示す各ミアンダ状素子２１〜３２は、例えば図８に示すセルフピン止め型のＧＭＲ素子であり、全てのミアンダ状素子２１〜３２が同じ基板１（図８参照）上に形成されている。

【0092】

素子形成面３３の中心Ｏ１と、磁石Ｍの回転中心Ｏ２は、Ｙ方向の直線上にて一致している。

【0093】

図３に示すように、素子形成面３３を中心Ｏ１を通るＹ方向の仮想線Ｂによって二分したとき、仮想線Ｂの図示左側に配置された各ミアンダ状素子と、仮想線Ｂの図示右側に配置された各ミアンダ状素子とは、線対称の配置とされる。

【0094】

また図２（ａ）、図３に示すように、同じ感度軸方向Ｐを有するミアンダ状素子同士は、素子形成面３３の中心Ｏ１を対称点とする点対称で配置される。点対称とは、中心Ｏを回転中心として１８０度回転させた形状に一致する状態を指す。

【0095】

すなわち、図２（ａ）、図３に示す第１素子２１と第１素子２２、第１素子２３と第１素子２４、第２素子２５と第２素子２６、第２素子２７と第２素子２８、第３素子２９と第３素子３０、及び、第３素子３１と第３素子３２は、夫々、点対称配置となっている。

【0096】

今、磁石Ｍが、図２（ａ）に示す配置である場合、磁石Ｍからの外部磁界は、図３に示す仮想線Ｂ上で略水平方向（Ｘ１−Ｘ２）に生じており、仮想線Ｂから左右方向に離れるにつれ徐々に水平方向からの角度誤差が大きくなっていく。Ｘ１−Ｘ２方向への外部磁界に抵抗値が最大、あるいは最小になる第１素子２１〜２４について考察すると、同じ感度軸方向Ｐを有する第１素子２１と第１素子２２、及び第１素子２３と第１素子２４とを夫々、点対称で配置することで、外部磁界の角度誤差成分をキャンセルすることができ、図２（ｂ）に示すＵ相ブリッジ回路から得られる第１の出力（中点電位；ＯＵＴ１）を安定したものにできる。第２素子２５〜２８及び第３素子２９〜３２についても同様に点対称配置にすることで、図２（ｂ）に示すＶ相ブリッジ回路から得られる第２の出力（中点電位；ＯＵＴ２）及びＷ相ブリッジ回路から得られる第３の出力（中点電位；ＯＵＴ３）を安定したものにできる。

【0097】

また本実施形態では、図３に示すように、各ミアンダ状素子２１〜３２を各延出部の延出方向（長手方向）が感度軸方向Ｐと直交するように傾けた配置としている。すなわち、全てのミアンダ状素子２１〜３２を、例えば図４に示すミアンダ状素子２１と同じ形状とし、感度軸方向Ｐだけを図２（ａ）に示す方向に夫々、向けることも、セルフピン止め型のＧＭＲ素子を用いれば可能であるが、各ミアンダ状素子２１〜３２の延出部の方向が全て同じとなる構成に比べて、本実施形態のように、各ミアンダ状素子２１〜３２の延出部の延出方向を、Ｕ相、Ｖ相，Ｗ相に応じて１２０°ずつ傾ける構成とすることで、中点電位のばらつきを小さくでき、安定したセンサ特性を得ることができる。

【0098】

以上により、図６に示すＵ相波形、Ｖ相波形及びＷ相波形の位相ずれを小さくでき、またデューティ比のばらつきを小さくでき、高精度な回転情報を得ることができる。

【0099】

さらに本実施形態では図７に示す磁気センサＳ３を構成することで、より安定したセンサ特性を得ることが可能になる。

【0100】

図７は、図３に示す各ミアンダ状素子２１〜３２の夫々に対して直交するミアンダ部分を接続している。

【0101】

例えば図７のミアンダ状素子２１について説明すると、延出部の延出方向（長手方向）がＹ方向とされた第１ミアンダ部分２１ｂと、延出部の延出方向（長手方向）がＸ方向とされた第２ミアンダ部分２１ｃとが一体化した構造となっている。他のミアンダ状素子２２〜３２についても、延出方向が直交するミアンダ部分を備えた構成となっている。図７に示すように各ミアンダ状素子２１〜３２を、直交する第１ミアンダ部分と第２ミアンダ部分とで構成することで、ＡＭＲ効果をキャンセルでき、図６の構成に比べて、より安定したセンサ特性を得ることが可能になる。

【0102】

図１、図３、図７に示す各実施形態では、ミアンダ状素子を構成する各延出部の幅寸法を同じ寸法で形成し、また延出部間の間隔を同じ寸法で形成した。これにより、導体部を正多角形で形成できる。ただし、本実施形態では、ミアンダ状素子を構成する各延出部の幅寸法が異なる寸法であったり、また延出部間の間隔が異なる寸法であってもよい。

【0103】

また、図１では、延出方向が異なる第１素子と第２素子との組み合わせ、図３、図７では、延出方向が異なる第１素子、第２素子及び第３素子の組み合わせであったが、延出方向が異なるミアンダ状素子の種類を限定するものではない。また図１、図３、図７に示す各ミアンダ状素子の延出方向は、一例である。ただし、延出方向を１２０°ずつずらした図３、図７の磁気センサＳ２，Ｓ３であれば、３相エンコーダに適した構成にできる。

【0104】

また本実施形態では、図９（ａ）に示すように、磁気センサＳ４を、磁石（磁界発生部材）Ｍの側面に所定の間隔を空けて配置してもよいし、あるいは磁気センサＳ５を、図９（ｂ）に示すように磁石Ｍの下面あるいは上面に所定の間隔を空けて対向させる形態とすることができる。

【0105】

また図１等に示すように、ミアンダ状素子全体を、磁気抵抗効果を発揮する素子によるミアンダ形状としてもよいし、図１０（ａ）に示すように、ミアンダ状素子を構成する複数の延出部（磁気抵抗効果を発揮する素子部分）４２間を非磁性の導電部４３で電気的に接続してミアンダ状に形成することができる。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、延出部（磁気抵抗効果を発揮する素子部分）４４に所定の間隔を空けてフリー磁性層にバイアス磁界を供給するためのハードバイアス層４５を配置することも可能である。ハードバイアス層４５に代えて非磁性の電極層を配置することもできる。

【符号の説明】

【0106】

Ｍ 磁石
Ｏ１ 素子形成面の中心
Ｐ，Ｐ１、Ｐ２ 感度軸方向
Ｓ１〜Ｓ５ 磁気センサ
Ｔ１ 第１の間隔
Ｔ２ 第２の間隔
Ｔ３ 第３の間隔
１ 基板
３ 固定磁性層
４ 非磁性材料層
５ フリー磁性層
６ 保護層
１１、２１〜２４ 第１素子（ミアンダ状素子）
１１ａ、２１ａ 第１延出部
１２、２５〜２８ 第２素子（ミアンダ状素子）
１２、２５ａ 第２延出部
１４、４０ 導体部
１４ａ、４０ａ 第１の辺
１４ｂ、４０ｂ 第２の辺
１５ 絶縁層
２９〜３１ 第３素子
３０ａ 第３延出部
３３ 素子形成面
４０ｃ 第３の辺

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】