特許 6369527 センサユニット

(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】6369527

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】センサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20180730BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20180730BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20180730BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20180730BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/02 U

   G01D5/12 A

   G01D5/245 N

   G01R33/09

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-241461(P2016-241461)

(22)【出願日】2016年12月13日

(65)【公開番号】特開2018-96840(P2018-96840A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2017年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 国博

(72)【発明者】

【氏名】和田 善光

(72)【発明者】

【氏名】平林 啓

(72)【発明者】

【氏名】山脇 和真

(72)【発明者】

【氏名】梅原 剛

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１００３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０４２９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７４１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２９９９３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２３２２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４３４０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｄ ５／１２

Ｇ０１Ｄ ５／２４５

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に積層され、第１の方向に沿った第１の寸法に対する第２の方向に沿った第２の寸法の比がｎ（ｎは２以上の整数）未満であって実質的に矩形の平面形状を有するセンサ領域を含む回路チップと、
前記センサ領域において前記第２の方向に沿って一列に配列されると共に実質的に矩形の平面形状を各々有するｎ個のセンサと
を備えた
センサユニット。

【請求項2】

前記第１の寸法に対する前記第２の寸法の比が実質的に１である
請求項１記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記基板に設けられた一端を各々有し、前記第１の方向もしくは前記第２の方向へ並び、または前記第１の方向および前記第２の方向の双方に沿って並ぶ複数のリードをさらに備えた
請求項１または請求項２に記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記複数のリードは、前記第１の方向に沿って並んでいる
請求項３記載のセンサユニット。

【請求項5】

前記ｎ個のセンサは、それぞれ、前記第１の方向に沿った第１のセンサ寸法と、前記第２の方向に沿った第２のセンサ寸法とを有し、
前記第１のセンサ寸法が前記第２のセンサ寸法よりも大きい
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項6】

前記ｎ個のセンサは、実質的に等間隔で配列されている
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項7】

前記ｎ個のセンサは、全て、実質的に同一の平面形状および実質的に同一の占有面積を有する
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項8】

前記第２の方向における前記基板の中心位置と、前記第２の方向における前記センサ領域の中心位置とが実質的に一致している
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項9】

前記ｎ個のセンサは、全て実質的に同一の構造を有する
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項10】

前記ｎ個のセンサは、磁気抵抗効果素子を含む
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項11】

前記基板は、前記第１の方向に沿った第１の基板寸法と、前記第２の方向に沿った、前記第１の基板寸法と実質的に等しい第２の基板寸法とを有する
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項12】

前記基板の中心位置は前記回路チップの中心位置と一致している
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基体に複数のセンサが配置されてなるセンサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、基体上に複数のセンサおよび集積回路などが設けられたセンサユニット（センサパッケージ）が知られている（例えば特許文献１参照）。このようなセンサパッケージとしては、例えば車軸などの回転体の回転動作を検出する角度検出センサが提案されている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−６３３８５号公報

【特許文献2】特開２００６−２０８２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、最近、このようなセンサユニットの微小化と検出精度の向上とが強く求められるようになっている。

【0005】

しかしながら、寸法の縮小化が進むにつれ、環境温度変化や集積回路の発熱等による基体の歪みに起因する応力が各センサに印加され、結果として各センサの出力へ悪影響が生じるおそれがある。

【0006】

したがって、熱応力等に起因する検出精度の低下の少ない、信頼性に優れたセンサユニットを提供することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットは、センサ領域を含む基体と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のセンサとを備える。センサ領域は、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ未満であって実質的に矩形の平面形状を有する。ｎ個のセンサは、センサ領域において第２の方向に沿って一列に配列されると共に実質的に矩形の平面形状を各々有する。

【0008】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサが、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ未満の、実質的に矩形の平面形状を有するセンサ領域において第２の方向へ一列に配列される。このため、第１の方向の寸法に対する第２の方向の寸法の比がｎ以上であるセンサ領域にｎ個のセンサを設置した場合と比較して、ｎ個のセンサの全てが、基体の歪みが比較的小さい位置に設置される。

【0009】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサはそれぞれ第１の方向に沿った第１のセンサ寸法と第２の方向に沿った第２のセンサ寸法とを有し、第１のセンサ寸法が第２のセンサ寸法よりも大きいとよい。その場合、ｎ個のセンサが配列されるセンサ領域は、より正方形に近い平面形状となるので好ましい。また、ｎ個のセンサが実質的に等間隔で配列されているとよい。

【0010】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサは、全て、実質的に同一の平面形状および実質的に同一の占有面積を有するとよい。

【0011】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、第２の方向における基体の中心位置と、第２の方向におけるセンサ領域の中心位置とが実質的に一致しているとよい。

【0012】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、ｎ個のセンサは、全て実質的に同一の構造を有していてもよい。例えば、ｎ個のセンサは、磁気抵抗効果素子を含むものであってもよい。

【0013】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、基体は、第１の方向に沿った第１の基体寸法と、第２の方向に沿った、第１の基体寸法と実質的に等しい第２の基体寸法とを有するものでもよい。

【0014】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、基体は、基板と、その基板に積層された回路チップとを有し、基板の中心位置は前記回路チップの中心位置と一致しているとよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットによれば、基体の歪みに伴ってｎ個のセンサに印加される応力が緩和されるので、ｎ個のセンサの出力を安定させることができる。したがって、高い信頼性を有するセンサユニットを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施の形態としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図2】図１に示したセンサユニットの断面構成を表す断面図である。

【図3】図１に示したセンサユニットの回路図である。

【図4】図１に示したセンサの構成を表す斜視図である。

【図5】図１に示したセンサの出力変化を模式的に表す特性図である。

【図6】図３に示した磁気抵抗効果素子の要部構成を模式的に表す分解斜視図である。

【図7】第１の実施の形態の第１の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図8】第１の実施の形態の第２の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図9】第１の実施の形態の第３の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図10】本発明の第２の実施の形態としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図11】第２の実施の形態の第１の変形例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図12】実験例におけるセンサの特性値を表す特性図である。

【図13】第１の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図14】第２の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図15】第３の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図16】第４の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図17】第５の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【図18】第６の参考例としてのセンサユニットの全体構成を表す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態およびその変形例
基体の中心位置とＩＣチップの中心位置とが一致するようにしたセンサユニットの例。
２．第２の実施の形態およびその変形例
基体の中心位置とＩＣチップの中心位置とが異なるようにしたセンサユニットの例。
３．実験例
４．その他の変形例

【0018】

＜１．第１の実施の形態＞
［センサユニット１Ａの構成］
最初に、図１から図３を参照して、本発明における第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａの構成について説明する。図１は、センサユニット１Ａの全体構成例を表す平面図である。図２は、センサユニット１Ａの、図１に示した第１の軸Ｊ１に沿った断面を表すものである。図３は、センサユニット１Ａの概略構成を表す回路図である。このセンサユニット１Ａは、例えば回転体の回転角の検出に用いられる角度検出センサとして用いられるものである。

【0019】

センサユニット１Ａは、基板１０と、その基板１０に積層された集積回路（ＩＣ）チップ２０と、ＩＣチップ２０に積層されたセンサ群３０Ａとを備えたものである。なお、基板１０およびＩＣチップ２０を合わせたものが本発明の「基体」に対応する一具体例である。

【0020】

基板１０は、互いに実質的に直交する第１の辺１１および第２の辺１２を含む、実質的に矩形の平面形状を有するものである。ここで、第１の辺１１の長さと第２の辺１２の長さとが実質的に等しく、基板１０の平面形状は実質的に正方形となっているとよい。実質的に、とは、例えば製造誤差等に起因する程度のずれを許容する意味である。なお本明細書では、第１の辺１１が延伸する方向をＸ軸方向とし、第２の辺１２が延伸する方向をＹ軸方向とし、基板１０の厚さ方向（図１の紙面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。さらに図１では、基板１０の中心位置、すなわち基板１０の、Ｘ軸方向における中心位置を通る第２の軸Ｊ２とＹ軸方向における中心位置を通る第１の軸Ｊ１との交点に、符号１０Ｊを付している。

【0021】

ＩＣチップ２０は、矩形の平面形状を有すると共に基板１０よりも小さな占有面積を有する。センサユニット１Ａでは、ＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊ、すなわちＩＣチップ２０の、Ｘ軸方向における中心位置とＹ軸方向における中心位置との交点は、基板１０の中心位置１０Ｊと実質的に一致している。なお、中心位置２０Ｊと中心位置１０Ｊとが一致する、とは、製造誤差等に起因する±３０μｍ程度の範囲のずれを許容するものである。また、ＩＣチップ２０は、演算回路２１（図３参照）を含んでいる。

【0022】

センサ群３０Ａは、例えば中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を通るＸ軸に平行な第１の軸Ｊ１上に並ぶｎ個（ｎは２以上の整数）のセンサ（本実施の形態では３個のセンサ３１〜３３）を有する。基板１０上の、センサ３１〜３３が配列されたセンサ領域Ｒ３０Ａは、Ｘ軸方向において寸法Ｘ３０Ａを有すると共にＹ軸方向において寸法Ｙ３０Ａを有し、ＩＣチップ２０よりも小さな占有面積を有する。ここで、寸法Ｙ３０Ａに対する寸法Ｘ３０Ａの比、すなわちアスペクト比はｎ（ここでは３）未満である。なお、このアスペクト比は１に近いほど好ましく、実質的に１であることが最も好ましい。また、Ｙ軸方向における基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１と、Ｙ軸方向におけるセンサ領域Ｒ３０Ａの中心位置を通る軸Ｊ３０Ｘとが実質的に一致している。

【0023】

各センサ３１〜３３の平面形状は矩形であり、ＩＣチップ２０の寸法よりも小さな寸法を有する。各センサ３１〜３３の平面形状は、Ｘ軸方向に沿った寸法よりもＹ軸方向に沿った寸法が大きい。特に、センサ３１〜３３は、全て、実質的に同一の平面形状および実質的に同一の占有面積を有するとよい。各センサ３１〜３３は、例えば実質的に同一の構造を有する磁気抵抗効果（ＭＲ）素子を含むものである。第１の軸Ｊ１上において、センサ３１とセンサ３２との距離Ｄ３１２は、センサ３２とセンサ３３との距離Ｄ３２３と実質的に等しいことが望ましい。すなわち、ｎ個のセンサは、実質的に等間隔で配列されていることが望ましい。したがって、センサ３１とセンサ３３とは、中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）に設けられた中心位置センサであるセンサ３２を中心として線対称および点対称をなすように設けられている。

【0024】

センサ３１〜３３は、それぞれ、検出対象である外部磁場の変化（回転）に対して互いに例えば９０°位相の異なる信号を出力する２つのセンサ部を有している。具体的には、図３および図４に示したように、例えば磁気センサ部４１と磁気センサ部４２とを有している。なお、図４は、センサ３１〜３３の構成を表す斜視図である。磁気センサ部４１は、外部磁場Ｈの変化（回転）を検知して差分信号Ｓ１を演算回路２１へ出力する（図３）。同様に、磁気センサ部４２は、外部磁場Ｈの変化（回転）を検知して差分信号Ｓ２を演算回路２１へ出力する（図３）。但し、差分信号Ｓ１の位相と差分信号Ｓ２の位相とは互いに９０°異なっている。例えば図５に示したように、外部磁場Ｈの回転角θに対し、差分信号Ｓ１がｓｉｎθに従う出力（例えば抵抗値）の変化を表すものであるとき、差分信号Ｓ２はｃｏｓθに従う出力（例えば抵抗値）の変化を表すものである。図５は、外部磁場Ｈの回転角θに対する出力の変化を模式的に表す特性図である。

【0025】

磁気センサ部４１は、図３に示したように、４つの磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子４１Ａ〜４１Ｄがブリッジ接続されたブリッジ回路４１１と、差分検出器４１２とを含んでいる。同様に、磁気センサ部４２は、４つのＭＲ素子４２Ａ〜４２Ｄがブリッジ接続されたブリッジ回路４２１と、差分検出器４２２とを含んでいる。ブリッジ回路４１１は、ＭＲ素子４１ＡおよびＭＲ素子４１Ｂの一端同士が接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子４１ＣおよびＭＲ素子４１Ｄの一端同士が接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子４１Ａの他端とＭＲ素子４１Ｄの他端とが接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子４１Ｂの他端とＭＲ素子４１Ｃの他端とが接続点Ｐ４において接続されている。ここで、接続点Ｐ３は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ４は接地されている。接続点Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ差分検出器４１２の入力側端子と接続されている。この差分検出器４１２は、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間の電位差（ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ１として演算回路２１へ向けて出力するものである。

【0026】

同様に、ブリッジ回路４２１は、ＭＲ素子４２ＡおよびＭＲ素子４２Ｂの一端同士が接続点Ｐ５において接続され、ＭＲ素子４２ＣおよびＭＲ素子４２Ｄの一端同士が接続点Ｐ６において接続され、ＭＲ素子４２Ａの他端とＭＲ素子４２Ｄの他端とが接続点Ｐ７において接続され、ＭＲ素子４２Ｂの他端とＭＲ素子４２Ｃの他端とが接続点Ｐ８において接続されている。ここで、接続点Ｐ７は電源Ｖｃｃと接続されており、接続点Ｐ８は接地されている。接続点Ｐ５，Ｐ６は、それぞれ差分検出器４２２の入力側端子と接続されている。この差分検出器４２２は、接続点Ｐ７と接続点Ｐ８との間に電圧が印加されたときの接続点Ｐ５と接続点Ｐ６との間の電位差（ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｄのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）を検出し、差分信号Ｓ２として演算回路２１へ向けて出力するものである。なお、図３において符号ＪＳＳ１を付した矢印は、ＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄの各々における磁化固着層ＳＳ１（後出）の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの各抵抗値は、外部磁場Ｈの変化に応じて互いに同じ向きに変化（増加もしくは減少）し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの各抵抗値は、いずれも、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃとは反対向きに変化（減少もしくは増加）することを表している。また、ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃの各抵抗値の変化は、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄの各抵抗値の変化に対して位相が９０°ずれている。ＭＲ素子４２Ｂ，４２Ｄの各抵抗値は、いずれも、外部磁場Ｈの変化に応じてＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃとは反対向きに変化する。したがって例えば、外部磁場Ｈがθの方向に回転する（図４）と、ある角度範囲ではＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃでは抵抗値が増大し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄでは抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。その際、ＭＲ素子４２Ａ，４２Ｃの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃの抵抗値の変化に例えば９０°だけ遅れて（あるいは進んで）変化し、ＭＲ素子４２Ｂ，４２Ｄの抵抗値は、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄの抵抗値の変化に９０°だけ遅れて（あるいは進んで）変化することとなる。

【0027】

各ＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄは、例えば図６に示したように磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしている。具体的には、一定方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有する磁化固着層ＳＳ１と、特定の磁化方向を発現しない中間層ＳＳ２と、外部磁場Ｈの磁束密度に応じて変化する磁化ＪＳＳ３を有する磁化自由層ＳＳ３とが順にＺ軸方向に積層されてなるものである。磁化固着層ＳＳ１、中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３は、いずれもＸＹ面内に広がる薄膜である。したがって、磁化自由層ＳＳ３の磁化ＪＳＳ３の向きは、ＸＹ面内において回転可能となっている。なお、図６は、外部磁場Ｈが磁化ＪＳＳ３の向きに付与されている負荷状態を示している。また、ＭＲ素子４１Ａ，４１Ｃにおける磁化固着層ＳＳ１は、例えば＋Ｘ方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有し、ＭＲ素子４１Ｂ，４１Ｄにおける磁化固着層ＳＳ１は、−Ｘ方向に固着された磁化ＪＳＳ１を有する。なお、磁化固着層ＳＳ１，中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。また、磁化固着層ＳＳ１，中間層ＳＳ２および磁化自由層ＳＳ３が、上記とは逆の順番に積層されていてもよい。

【0028】

磁化固着層ＳＳ１は、例えばコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などの強磁性材料からなる。なお、磁化固着層ＳＳ１と隣接するように、中間層ＳＳ２と反対側に反強磁性層（図示せず）を設けるようにしてもよい。そのような反強磁性層は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されるものである。反強磁性層は、例えば磁気センサ部４１においては、＋Ｘ方向のスピン磁気モーメントと−Ｘ方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接する磁化固着層ＳＳ１の磁化ＪＳＳ１の向きを、＋Ｘ方向へ固定するように作用する。

【0029】

スピンバルブ構造が磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）膜として機能するものである場合、中間層ＳＳ２は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。ＭｇＯからなるトンネルバリア層は、例えば、ＭｇＯからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム（Ｍｇ）の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、ＭｇＯのほか、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ）の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層ＳＳ２を構成することも可能である。なお中間層ＳＳ２は、例えばルテニウム（Ｒｕ）や金（Ａｕ）などの白金族元素や銅（Ｃｕ）などの非磁性金属により構成されていてもよい。その場合、スピンバルブ構造は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistive effect）膜として機能する。

【0030】

磁化自由層ＳＳ３は軟質強磁性層であり、例えばコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）あるいはコバルト鉄ボロン合金（ＣｏＦｅＢ）などによって構成される。

【0031】

ブリッジ回路４１１を構成するＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ３において分流された電流Ｉ１もしくは電流Ｉ２が供給される。ブリッジ回路４１１の接続点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ取り出された信号ｅ１，ｅ２が差分検出器４１２に流入する。ここで、信号ｅ１は例えば磁化ＪＳＳ１と磁化ＪＳＳ３とのなす角度をγとしたときＡｃｏｓ（＋γ）＋Ｂ（Ａ，Ｂはいずれも定数）に従って変化する出力変化を表し、信号ｅ２はＡｃｏｓ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。

【0032】

一方、ブリッジ回路４２１を構成するＭＲ素子４２Ａ〜４２Ｄには、それぞれ電源Ｖｃｃからの電流Ｉ１０が接続点Ｐ７において分流された電流Ｉ３もしくは電流Ｉ４が供給される。ブリッジ回路４２１の接続点Ｐ５，Ｐ６からそれぞれ取り出された信号ｅ３，ｅ４が差分検出器４２２に流入する。ここで、信号ｅ３はＡｓｉｎ（＋γ）＋Ｂに従って変化する出力変化を表し、信号ｅ４はＡｓｉｎ（γ−１８０°）＋Ｂに従って変化する出力変化を表す。さらに、差分検出器４１２からの差分信号Ｓ１および差分検出器４２２からの差分信号Ｓ２が演算回路２１に流入する。演算回路２１では、ｔａｎγに応じた角度が算出される。ここで、γはセンサ群３０に対する外部磁場Ｈの回転角θに相当するので、回転角θが求められるようになっている。

【0033】

［センサユニット１Ａの動作および作用］
本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、例えばＸＹ面内における外部磁場Ｈの回転角θの大きさを、センサ群３０Ａによって検出することができる。

【0034】

このセンサユニット１Ａでは、センサ群３０Ａに対して外部磁場Ｈが回転すると、いずれもセンサ群３０Ａに及ぶＸ軸方向の磁界成分の変化およびＹ軸方向の磁界成分の変化が磁気センサ部４１，４２におけるＭＲ素子４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄによって検出される。その際、ブリッジ回路４１１，４２１からの出力として、例えば図５に示した変化を示す差分信号Ｓ１，Ｓ２が演算回路２１へ流入する。そののち、演算回路２１において、計算式Ａｒｃｔａｎ（αｓｉｎθ／βｃｏｓθ）に基づいて外部磁場Ｈの回転角θを求めることができる。

【0035】

［センサユニット１Ａの効果］
このセンサユニット１Ａでは、センサ群３０Ａを構成するセンサ３１〜３３における外部磁場Ｈに対する検出特性が向上している。

【0036】

具体的には、各センサ３１〜３３において、温度変化が生じた場合であっても、直交性（orthogonality）の低下が抑制されるようになっている。ここでいう直交性とは、例えば磁気センサ部４１からの出力（差分信号Ｓ１）の位相に対する磁気センサ部４２からの出力（差分信号Ｓ２）の位相の設定値（例えば９０°）からのずれ量を意味する。このずれ量は０に近いほど好ましい。

【0037】

本実施の形態のセンサユニット１Ａにおいて、センサ３１〜３３の直交性の低下が抑制されるのは、センサ３１〜３３がいずれも温度変化に起因する基板１０の歪みが比較的小さい位置に設置されているためと考えられる。すなわち、複数のセンサ３１〜３３が、実質的に矩形の平面形状を有する基板１０の、第１の辺１１に実質的に平行であって中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１上に並ぶようにしたことにより、基板１０の歪みの影響を受けにくいと考えられる。なお、温度変化の原因としては、周囲環境温度の変化のほか、ＩＣチップ２０の発熱が含まれる。

【0038】

特に、本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、複数のリード４０の並び方向と一致する方向（ここではＸ軸方向）に複数のセンサ３１〜３３を並べるようにしたので、センサ３１〜３３の各々におよぶ応力をより緩和できる。複数のリード４０と基板１０との各接続点とセンサ３１〜３３とのＹ軸方向の距離をほぼ一定とすることができるからである。このため、センサ３１〜３３の直交性の低下を回避することができる。

【0039】

また、本実施の形態のセンサユニット１Ａでは、基板１０上の、ｎ個のセンサ（センサ３１〜３３）を、寸法Ｙ３０Ａに対する寸法Ｘ３０Ａの比がｎ未満であるセンサ領域Ｒ３０Ａに配列するようにした。すなわち、センサ３１〜３３の各平面形状を、センサ３１〜３３の並び方向と直交する方向（ここではＹ軸方向）を長手方向とする長方形とした。このため、センサ領域Ｒ３０Ａのアスペクト比を、例えば各センサ３１〜３３の平面形状が正方形である場合と比べて１に近づけることができる。したがって、アスペクト比がｎ以上であるセンサ領域にｎ個のセンサを設置した場合と比較して、各センサ３１〜３３の振幅比の向上が実現できる。ここでいう振幅比とは、例えば磁気センサ部４１からの出力（差分信号Ｓ１）の振幅に対する磁気センサ部４２からの出力（差分信号Ｓ２）の振幅の比（Ｓ２／Ｓ１）、をいう。この振幅比Ｓ２／Ｓ１は１に近いほど好ましく、実質的に１であることが最も好ましい。

【0040】

［第１の実施の形態の第１変形例（変形例１−１）］
図７は、本実施の形態における第１変形例（変形例１−１）としてのセンサユニット１Ｂの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａでは、ｎ＝３の場合、すなわちセンサ群３０Ａが３個のセンサ３１〜３３を有する場合について説明した。これに対し本変形例のセンサユニット１Ｂは、センサ群３０Ａの代わりに、ｎ＝４に対応する、すなわち４個のセンサ５１〜５４からなるセンサ群５０Ｂを有するようにした。ここで、４個のセンサ５１〜５４は、第１の軸Ｊ１上に並び、寸法Ｙ５０Ｂに対する寸法Ｘ５０Ｂの比が４未満であるセンサ領域Ｒ５０Ｂに配列されている。このようにすることで、本変形例においても、センサ５１〜５４における振幅比の向上が実現できる。なお、基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１と、Ｙ軸方向におけるセンサ領域Ｒ５０Ｂの中心位置を通る軸Ｊ５０Ｘとが実質的に一致している。

【0041】

［第１の実施の形態の第２変形例（変形例１−２）］
図８は、本実施の形態における第２変形例（変形例１−２）としてのセンサユニット１Ｃの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態としてのセンサユニット１Ａでは、複数のリード４０の並び方向（Ｘ軸方向）と実質的に平行の第１の軸Ｊ１上に複数のセンサ３１〜３３を並べるようにした。これに対し、本変形例では、複数のリード４０の並び方向（Ｘ軸方向）と実質的に直交すると共に中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を通る第２の軸Ｊ２上に複数のセンサ３４，３２，３５を順に並べるようにした。すなわち、第２の軸Ｊ２と、Ｘ軸方向におけるセンサ領域Ｒ３０Ｃの中心位置を通る軸Ｊ３０Ｙとが実質的に一致している。センサ３４，３２，３５はセンサ群３０Ｃを構成している。ここで、センサ３４とセンサ３５とは、センサ３２を中心として線対称および点対称をなすように配置されているとよい。すなわち、センサ３４とセンサ３２との距離Ｄ３４２と、センサ３２とセンサ３５との距離Ｄ３２５とが実質的に等しいことが望ましい。また、センサ３４，３２，３５が構成するセンサ群３０Ｃは、短手方向の寸法Ｘ３０Ｃに対する長手方向の寸法Ｙ３０Ｃの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｃを占有している。センサ３４，３２，３５をこのように配置した場合であっても、センサ３４，３２，３５における振幅比の向上を図ることができる。

【0042】

［第１の実施の形態の第３変形例（変形例１−３）］
図９は、本実施の形態における第３変形例（変形例１−３）としてのセンサユニット１Ｄの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態の第２の変形例としてのセンサユニット１Ｃでは、ｎ＝３の場合、すなわちセンサ群３０Ｃが３個のセンサ３１〜３３を有する場合について説明した。これに対し本変形例のセンサユニット１Ｄは、センサ群３０Ｃの代わりに、ｎ＝４に対応する、すなわち４個のセンサ５５〜５８からなるセンサ群５０Ｄを有するようにした。ここで、４個のセンサ５５〜５８は、寸法Ｘ５０Ｄに対する寸法Ｙ５０Ｄの比が４未満であるセンサ領域Ｒ５０Ｄに配列されている。このようにすることで、本変形例においても、センサ５５〜５８における振幅比の向上を図ることができる。なお、Ｘ軸方向におけるセンサ領域Ｒ５０Ｄの中心位置を通る軸Ｊ５０Ｙは、第２の軸Ｊ２と実質的に一致している。

【0043】

＜２．第２の実施の形態＞
［センサユニット２Ａの構成］
図１０は、本発明における第２の実施の形態としてのセンサユニット２Ａの全体構成例を表す平面図である。上記第１の実施の形態のセンサユニット１Ａ〜１Ｄでは、基板１０の中心位置１０Ｊを通る第１の軸Ｊ１または第２の軸Ｊ２と、センサ領域Ｒ３０Ａ，Ｒ５０Ｂの中心を通る軸Ｊ３０Ｘ，Ｊ５０Ｘまたはセンサ領域Ｒ３０Ｃ，Ｒ５０Ｄの中心を通る軸Ｊ３０Ｙ，Ｊ５０Ｙとが実質的に一致するようにした。これに対し、本実施の形態のセンサユニット２Ａでは、第１の軸Ｊ１と平行でありながら、第１の軸Ｊ１と異なる位置にある軸Ｊ３０Ｘ上に並ぶセンサ３１〜３３を有するセンサ群３０Ｅを備えるようにした。

【0044】

本実施の形態のセンサユニット２Ａでは、センサ群３０Ｅにおける３個のセンサ３１〜３３は、寸法Ｙ３０Ｅに対する寸法Ｘ３０Ｅの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｅに配列されている。このため、センサユニット２Ａにおいても、センサ領域Ｒ３０Ｅのアスペクト比を、例えば各センサ３１〜３３の平面形状が正方形である場合と比べて１に近づけることができる。したがって、各センサ３１〜３３における振幅比の向上を図ることができる。

【0045】

［第２の実施の形態の変形例（変形例２−１）］
図１１は、本実施の形態における第１変形例（変形例２−１）としてのセンサユニット２Ｂの全体構成例を表す平面図である。本変形例は、第２の軸Ｊ２に平行でありながら、第２の軸Ｊ２と異なる位置にある軸Ｊ３０Ｙ上に順に並ぶセンサ３４，３２，３５を有するセンサ群３０Ｆを備えるようにした。この点を除き、他は上記センサユニット２Ａと同様の構成を有する。すなわち、センサユニット２Ｂでは、センサ群３０Ｆにおける３個のセンサ３４，３２，３５は、寸法Ｙ３０Ｆに対する寸法Ｘ３０Ｆの比が３未満であるセンサ領域Ｒ３０Ｆに配列されている。センサ３４，３２，３５をこのように配置した場合であっても、センサ３４，３２，３５における振幅比の向上を実現できる。

【0046】

＜３．実験例＞
上記第１および第２の実施の形態ならびにそれらの変形例として挙げた各センサユニット１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂのサンプルを作製し、各々における振幅比（％）および直交性（deg）を測定した。ここで、実験例１Ａは図１のセンサユニット１Ａに対応し、実験例１Ｂは図７のセンサユニット１Ｂに対応し、実験例１Ｃは図８のセンサユニット１Ｃに対応し、実験例１Ｄは図９のセンサユニット１Ｄに対応し、実験例２Ａは図１０のセンサユニット２Ａに対応し、実験例２Ｂは図１１のセンサユニット２Ｂに対応する。これらの実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂでは、基板１０の平面形状を５.０ｍｍ角の正方形とし、ＩＣチップの平面形状を３.５ｍｍ角の正方形とした。また、実験例１Ａ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂでは、センサ領域Ｒ３０Ａ，Ｒ３０Ｃ，Ｒ３０Ｅ，Ｒ３０Ｆをいずれも１.６ｍｍ×０.６ｍｍの矩形とし、センサ３１〜３５の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．６ｍｍの矩形とした。実験例１Ｂ，１Ｄでは、センサ領域Ｒ５０Ｂ，Ｒ５０Ｄをいずれも２.２ｍｍ×０.６ｍｍの矩形とし、センサ５１〜５８の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．６ｍｍの矩形とした。

【0047】

また、実験例３Ａは、図１３に示した第１の参考例としてのセンサユニット３Ａに対応するものである。センサユニット３Ａは、センサ群３０Ａの代わりにセンサ１３１〜１３３を有するセンサ群１３０Ａを備えることを除き、他はセンサユニット１Ａ（図１）と同じ構成である。同様に、実験例３Ｂは図１４に示した第２の参考例としてのセンサユニット３Ｂに対応する。センサユニット３Ｂは、センサ群５０Ｂの代わりにセンサ１５１〜１５４を有するセンサ群１５０Ｂを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｂ（図７）と同じ構成である。実験例３Ｃは図１５に示した第３の参考例としてのセンサユニット３Ｃに対応する。センサユニット３Ｃは、センサ群３０Ｃの代わりにセンサ１３２，１３４，１３５を有するセンサ群１３０Ｃを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｃ（図８）と同じ構成である。実験例３Ｄは図１６に示した第４の参考例としてのセンサユニット３Ｄに対応する。センサユニット３Ｄは、センサ群５０Ｄの代わりにセンサ１５５〜１５８を有するセンサ群１５０Ｄを備えることを除き、他はセンサユニット１Ｄ（図９）と同じ構成である。実験例４Ａは図１７に示した第５の参考例としてのセンサユニット４Ａに対応する。センサユニット４Ａは、センサ群３０Ｅの代わりにセンサ１３１〜１３３を有するセンサ群１３０Ｅを備えることを除き、他はセンサユニット２Ａ（図１０）と同じ構成である。実験例４Ｂは図１８に示した第６の参考例としてのセンサユニット４Ｂに対応する。センサユニット４Ｂは、センサ群３０Ｆの代わりにセンサ１３２，１３４，１３５を有するセンサ群１３０Ｆを備えることを除き、他はセンサユニット２Ｂ（図１１）と同じ構成である。なお、実験例３Ａ，３Ｃ，４Ａ，４Ｂでは、センサ領域Ｒ１３０Ａ，Ｒ１３０Ｃ，Ｒ１３０Ｅ，Ｒ１３０Ｆをいずれも１.６ｍｍ×０.４ｍｍの矩形とし、センサ１３１〜１３５の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形とした。実験例３Ｂ，３Ｄでは、センサ領域Ｒ１５０Ｂ，Ｒ１５０Ｄをいずれも２.２ｍｍ×０.４ｍｍの矩形とし、センサ１５１〜１５８の平面形状をいずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形とした。

【0048】

図１２に、それぞれのサンプルについて、直交性と、基板加熱後の振幅比と基板加熱前の振幅比との差分（以下、単に振幅比の差分という。）とを示す。ここでいう基板加熱後の振幅比とは、基板１０を１２０℃で２４ｈ保持した直後に測定した振幅比をいう。基板加熱前の振幅比は室温（２３℃）で測定した振幅比である。振幅比の差分は、０に近いほど好ましく、実質的に０であることが最も好ましい。図１２は、横軸が直交性［deg］を示し、縦軸が振幅比の差分［％］を示す。なお、図１２では、実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ〜３Ｄ，４Ａ，４Ｂに対応するプロットにそれぞれ符号ＰＬ１Ａ〜ＰＬ１Ｄ，ＰＬ２Ａ，ＰＬ２Ｂ，ＰＬ３Ａ〜ＰＬ３Ｄ，ＰＬ４Ａ，ＰＬ４Ｂを付している。なお、図１２では、実験例１Ａ（図１）はセンサ３３に、実験例１Ｂ（図７）はセンサ５４に、実験例１Ｃ（図８）はセンサ３５に、実験例１Ｄ（図９）はセンサ５８に、実験例２Ａ（図１０）はセンサ３３に、実験例２Ｂ（図１１）はセンサ３５にそれぞれ対応するデータを示している。さらに、図１２では、実験例３Ａ（図１３）はセンサ１３３に、実験例３Ｂ（図１４）はセンサ１５４に、実験例３Ｃ（図１５）はセンサ１３５に、実験例３Ｄ（図１６）はセンサ１５８に、実験例４Ａ（図１７）はセンサ１３３に、実験例４Ｂ（図１８）はセンサ１３５にそれぞれ対応するデータを示している。

【0049】

図１２に示したように、本発明の実験例１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ（プロットＰＬ１Ａ〜ＰＬ１Ｄ，ＰＬ２Ａ，ＰＬ２Ｂ）では、参考例としての実験例３Ａ〜３Ｄ，４Ａ，４Ｂ（プロットＰＬ３Ａ〜ＰＬ３Ｄ，ＰＬ４Ａ，ＰＬ４Ｂ）とそれぞれ比較すると、振幅比の改善が認められた。

【0050】

＜４．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、３または４個のセンサがＸ軸方向またはＹ軸方向に並ぶようにした例を説明したが、本発明では、センサの数はこれに限定されるものではなく、２以上であれば任意に選択可能である。また、１つのセンサユニットに搭載される各センサの形状および寸法は同一の場合に限定されるものではない。

【0051】

また、上記実施の形態等では、回転体の回転角の検出に用いられる角度検出センサとして用いられるセンサユニットについて説明したが、本発明のセンサユニットの用途はそれに限定されない。例えば地磁気を検出する電子コンパスなどにも適用可能である。また、センサは磁気抵抗効果素子以外の検出素子、例えばホール素子等を含むものであってもよい。

【0052】

なお本発明は、磁気抵抗効果素子として、ＧＭＲ膜を有するＧＭＲ素子を採用した場合よりもＭＴＪ膜を有する磁気トンネル接合素子（ＴＭＲ素子）を採用した場合に特に有用である。一般的に、ＴＭＲ素子はＧＭＲ素子よりも感度が高いため、センサに印加される応力の影響を受けやすい（誤差の増大が生じやすい）からである。

【符号の説明】

【0053】

１Ａ〜１Ｄ，２Ａ，２Ｂ…センサユニット、１０…基板、１０Ｊ…中心位置、１１…第１の辺、１２…第２の辺、２０…ＩＣチップ、２０Ｊ…中心位置、２１…演算回路、３０…センサ群、３１〜３３，５１〜５８…センサ、４１，４２…磁気センサ部、４１１，４２１…ブリッジ回路、４１２，４２２…差分検出器、４１Ａ〜４１Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄ…ＭＲ素子、４０…リード、Ｊ１…第１の軸、Ｊ２…第２の軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】