特許 6563564 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】6563564

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】センサユニット

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20190808BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20190808BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20190808BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 110B

   G01R33/02 U

   G01R33/02 N

   G01R33/09

   G01D5/245 R

   H01L43/08 A

   H01L43/08 P

   H01L43/08 Z

【請求項の数】19

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-130642(P2018-130642)

(22)【出願日】2018年7月10日

(62)【分割の表示】特願2017-854(P2017-854)の分割

【原出願日】2017年1月6日

(65)【公開番号】特開2018-185331(P2018-185331A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2018年8月24日

(31)【優先権主張番号】特願2016-140085(P2016-140085)

(32)【優先日】2016年7月15日

(33)【優先権主張国】JP

(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２００５−１４７７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１２６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４６５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５９９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１６６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７４１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６３３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０８２５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２４５

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに実質的に直交する第１の辺および第２の辺を含む、実質的に矩形の平面形状を有する基板と、
前記基板に積層された回路チップと、
前記回路チップに設けられ、前記第１の辺に実質的に平行であって前記基板の中心位置を通る第１の軸上に並ぶ複数の第１のセンサと
を備えた
センサユニット。

【請求項2】

前記基板に設けられた一端を各々有し、前記第１の辺もしくは前記第２の辺に沿って並び、または前記第１の辺および前記第２の辺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記載のセンサユニット。

【請求項3】

前記複数のリードは、前記第１の辺に沿って並んでいる
請求項２記載のセンサユニット。

【請求項4】

前記複数の第１のセンサのうちの１つが、前記基板の前記中心位置に設けられた中心位置センサであり、
前記複数の第１のセンサの前記中心位置センサを除く他の前記第１のセンサは、前記中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられている
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項5】

前記複数の第１のセンサは、前記第１の軸上において互いに第１の距離を隔てるように配置されている
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】

前記複数の第１のセンサは、互いに実質的に等しい平面形状を有し、
前記複数の第１のセンサにおける前記第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、
前記複数の第１のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法は実質的に同一である
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】

前記複数の第１のセンサは、実質的に同一の構造を有する
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】

前記回路チップに設けられ、前記第２の辺に実質的に平行であって前記基板の前記中心位置を通る第２の軸上に並ぶ複数の第２のセンサをさらに備えた
請求項１記載のセンサユニット。

【請求項9】

前記複数の第１のセンサのうちの１つおよび前記複数の第２のセンサのうちの１つが、前記基板の前記中心位置に設けられた中心位置センサであり、
前記複数の第１のセンサの前記中心位置センサを除く他の前記第１のセンサは、前記中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられており、
前記複数の第２のセンサの前記中心位置センサを除く他の前記第２のセンサは、前記中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられている
請求項８記載のセンサユニット。

【請求項10】

前記複数の第１のセンサは、前記第１の軸上において互いに第１の距離を隔てるように配置されており、
前記複数の第２のセンサは、前記第２の軸上において互いに第２の距離を隔てるように配置されている
請求項８または請求項９に記載のセンサユニット。

【請求項11】

前記第１の距離と前記第２の距離とが実質的に等しい
請求項１０記載のセンサユニット。

【請求項12】

前記複数の第１のセンサは、互いに実質的に等しい平面形状を有し、
前記複数の第１のセンサにおける前記第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、
前記複数の第１のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、
前記複数の第２のセンサは、互いに実質的に等しい平面形状を有し、
前記複数の第２のセンサにおける前記第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、
前記複数の第２のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法は実質的に同一である
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項13】

前記第１のセンサにおける前記第１の辺に沿った寸法と前記第２のセンサにおける前記第１の辺に沿った寸法とは実質的に同一であり、
前記第１のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法と前記第２のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法とは実質的に同一である
請求項１２記載のセンサユニット。

【請求項14】

前記複数の第１のセンサは、実質的に同一の構造を有し、
前記複数の第２のセンサは、実質的に同一の構造を有する
請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項15】

前記第１のセンサの構造と前記第２のセンサの構造とは、実質的に同一である
請求項１４記載のセンサユニット。

【請求項16】

前記第１のセンサおよび前記第２のセンサは、磁気抵抗効果素子を含む
請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項17】

前記第１の辺の長さと前記第２の辺の長さとが実質的に等しい
請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項18】

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１７のいずれか１項に記載のセンサユニット。

【請求項19】

互いに実質的に直交する第１の辺および第２の辺を含む、実質的に矩形の平面形状を有する基板と、
前記基板に積層された回路チップと、
前記回路チップに設けられ、前記第１の辺に実質的に平行であって前記回路チップの中心位置を通る第１の軸上に並ぶ複数の第１のセンサと、
前記回路チップに設けられ、前記第２の辺に実質的に平行であって前記回路チップの前記中心位置を通る第２の軸上に並ぶ複数の第２のセンサと
を備えた
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、互いに実質的に直交する第１の辺および第２の辺を含む、実質的に矩形の平面形状を有する基板と、その基板に積層された回路チップと、その回路チップに設けられ、第１の辺に実質的に平行であって基板の中心位置を通る第１の軸上に並ぶ複数の第１のセンサとを備える。

【0008】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、複数の第１のセンサが、基体上の、第１の辺に実質的に平行であって基体の中心位置を通る第１の軸上に並ぶようにした。このため、複数の第１のセンサは、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、基体に設けられた一端を各々有し、第１の辺もしくは第２の辺に沿って並び、または第１の辺および第２の辺の双方に沿って並ぶ複数のリードをさらに備えたものであってもよい。その場合、複数のリードは、第１の辺に沿って並んでいるとよい。さらに、基体に設けられ、第２の辺に実質的に平行であって基体の中心位置を通る第２の軸上に並ぶ複数の第２のセンサを備えていてもよい。その場合、複数の第１のセンサのうちの１つおよび複数の第２のセンサのうちの１つが、基体の中心位置に設けられた中心位置センサであり、複数の第１のセンサの中心位置センサを除く他の第１のセンサは中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられており、複数の第２のセンサの中心位置センサを除く他の第２のセンサは中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられているとよい。また、複数の第１のセンサは、第１の軸上において互いに第１の距離を隔てるように配置されており、複数の第２のセンサは、第２の軸上において互いに第２の距離を隔てるように配置されているとよい。その場合、第１の距離と第２の距離とが実質的に等しいことが望ましい。

【0010】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、複数の第１のセンサのうちの１つが、基体の中心位置に設けられた中心位置センサであり、複数の第１のセンサの中心位置センサを除く他の前記第１のセンサが、中心位置センサを挟むように同数ずつ設けられているようにしてもよい。複数の第１のセンサは、例えば第１の軸上において互いに第１の距離を隔てるように配置されていてもよい。

【0011】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、複数の第１のセンサは互いに実質的に等しい平面形状を有し、複数の第１のセンサにおける第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、複数の第１のセンサにおける前記第２の辺に沿った寸法は実質的に同一であるとよい。複数の第１のセンサは、実質的に同一の構造を有するとよい。

【0012】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、複数の第１のセンサは、互いに実質的に等しい平面形状を有し、複数の第１のセンサにおける第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、複数の第１のセンサにおける第２の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、複数の第２のセンサは、互いに実質的に等しい平面形状を有し、複数の第２のセンサにおける第１の辺に沿った寸法は実質的に同一であり、複数の第２のセンサにおける第２の辺に沿った寸法は実質的に同一であるとよい。その場合、第１のセンサにおける第１の辺に沿った寸法と第２のセンサにおける第１の辺に沿った寸法とは実質的に同一であり、第１のセンサにおける第２の辺に沿った寸法と第２のセンサにおける第２の辺に沿った寸法とは実質的に同一であるとよい。複数の第１のセンサは実質的に同一の構造を有し、複数の第２のセンサは実質的に同一の構造を有するとよい。第１のセンサの構造と第２のセンサの構造とは、実質的に同一であるとよい。

【0013】

本発明の一実施態様としてのセンサユニットでは、第１のセンサおよび第２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。また、第１の辺の長さと第２の辺の長さとが実質的に等しいものであってもよい。基体は、基板と、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】

【0014】

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第１のセンサに印加される応力が緩和されるので、第１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】

【0015】

【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】第１の実施の形態の第４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11】第１の実施の形態の第５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】第１の実施の形態の第６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13】第１の実施の形態の第７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14】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15】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16】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17】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18】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19】実験例におけるセンサの特性値を表す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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

【0017】

＜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。

【0018】

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３０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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

センサ群３０は、例えば中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を通るＸ軸に平行な第１の軸Ｊ１上に並ぶセンサ３１〜３３を有する。センサ３１〜３３は、いずれも矩形の平面形状を有すると共にＩＣチップ２０よりも小さな占有面積を有する。また、センサ３２は、中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）に設けられた中心位置センサである。

【0022】

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、いずれも正方形であってもよい各センサ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。したがって、センサ３１とセンサ３３とは、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。

【0023】

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。

【0024】

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。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，４１Ｃ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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

［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３０によって検出することができる。

【0032】

このセンサユニット１Ａでは、センサ群３０に対して外部磁場Ｈが回転すると、いずれもセンサ群３０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。

【0033】

［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３０に含まれるセンサ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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

［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１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。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。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における直交性の低下を回避することができる。

【0038】

［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。本変形例は、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２上の双方において複数のセンサが並ぶようにしたものである。具体的には、第１の軸Ｊ１上においてセンサ３１，３２，３３が並び、第２の軸Ｊ２上においてセンサ３４，３２，３５が並ぶように構成されている。センサ３１〜３５は、中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を中心として回転対称の位置に配置されているとよい。センサ３１〜３５をこのように配置した場合であっても、センサ３１〜３５における直交性の低下を回避することができる。

【0039】

［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の実施の形態としてのセンサユニット１では、複数のセンサ３１〜３３がいずれも正方形の平面形状を有するようにした。これに対し、本変形例では、各センサ３１〜３３が、それらの並び方向（Ｘ軸方向）の寸法よりも、その並び方向と直交する方向（Ｙ軸方向）の寸法のほうが大きくなるようにした。センサ３１〜３３がこのような形状（長方形）を有するようにした場合、直交性の低減を回避することができ、かつ、振幅比の低減も回避することができる。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）の振幅の比をいう。この振幅比は１に近いほど好ましい。

【0040】

［第１の実施の形態の第４変形例（変形例１−４）］
図１０は、本実施の形態における第４変形例（変形例１−４）としてのセンサユニット１Ｅの全体構成例を表す平面図である。本変形例では、第２の軸Ｊ２上においてセンサ３４，３２，３５が並ぶように構成されると共に、センサ３４，３２，３５が、それらの並び方向（Ｙ軸方向）の寸法よりも、その並び方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の寸法のほうが大きくなるようにした。本変形例であっても、センサ３４，３２，３５における直交性の低減を回避することができ、かつ、振幅比の低減も回避することができる。

【0041】

［第１の実施の形態の第５変形例（変形例１−５）］
図１１は、本実施の形態における第５変形例（変形例１−５）としてのセンサユニット１Ｆの全体構成例を表す平面図である。本変形例は、偶数個のセンサ５１〜５４が第１の軸Ｊ１上に並ぶようにしたものである。本変形例では、第２の軸Ｊ２を対称軸として、センサ５１とセンサ５４とが対称に配置され、センサ５２とセンサ５３とが対称に配置されているとよい。センサ５１〜５４がこのように配置されている場合であっても、センサ５１〜５４における直交性の低減を回避することができる。

【0042】

［第１の実施の形態の第６変形例（変形例１−６）］
図１２は、本実施の形態における第６変形例（変形例１−６）としてのセンサユニット１Ｇの全体構成例を表す平面図である。本変形例は、偶数個のセンサ５５〜５８が第２の軸Ｊ２上に並ぶようにしたものである。本変形例では、第１の軸Ｊ１を対称軸として、センサ５５とセンサ５８とが対称に配置され、センサ５６とセンサ５７とが対称に配置されているとよい。センサ５５〜５８がこのように配置されている場合であっても、センサ５５〜５８における直交性の低減を回避することができる。

【0043】

［第１の実施の形態の第７変形例（変形例１−７）］
図１３は、本実施の形態における第７変形例（変形例１−７）としてのセンサユニット１Ｈの全体構成例を表す平面図である。本変形例は、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２上の双方において複数のセンサが並ぶようにしたものである。具体的には、第１の軸Ｊ１上においてセンサ３１，３３が並び、第２の軸Ｊ２上においてセンサ３４，３５が並ぶように構成されている。センサ３１，３３，３４，３５は、中心位置１０Ｊ（２０Ｊ）を中心として回転対称の位置に配置されているとよい。センサ３１，３３，３４，３５をこのように配置した場合であっても、センサ３１，３３，３４，３５における直交性の低減を回避することができる。

【0044】

＜２．第２の実施の形態＞
［センサユニット２Ａの構成］
図１４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，１Ｂは、ＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊと基板１０の中心位置１０Ｊとが実質的に一致するようにしたものである。これに対し、本実施の形態のセンサユニット２Ａは、ＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊと基板１０の中心位置１０Ｊとが異なるようにしたものである。具体的には、ＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊが基板１０の中心位置１０Ｊよりも＋Ｘ方向に移動した位置となるようにした。また、センサ３１〜３３は、第１の軸Ｊ１と直交すると共にＩＣチップ２０の中心位置２０Ｊを通る第３の軸Ｊ３上に並ぶように配置されている。

【0045】

本実施の形態のセンサユニット２Ａにおいても、センサ３１〜３３における直交性の低減を回避することができる。

【0046】

［第２の実施の形態の変形例（変形例２−１）］
図１５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上においてセンサ３４，３２，３５が順に並ぶようにしたことを除き、他は上記センサユニット２Ａと同様の構成を有する。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における直交性の低減を回避することができる。

【0047】

＜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〜１Ｈ，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１Ｅは図１０のセンサユニット１Ｅに対応し、実験例１Ｆは図１１のセンサユニット１Ｆに対応し、実験例１Ｇは図１２のセンサユニット１Ｇに対応し、実験例１Ｈは図１３のセンサユニット１Ｈに対応し、実験例２Ａは図１４のセンサユニット２Ａに対応し、実験例２Ｂは図１５のセンサユニット２Ｂに対応する。

【0048】

また、実験例３Ａは、図１６に示した参考例としてのセンサユニット３Ａに対応するものであり、実験例３Ｂは、図１７に示した参考例としてのセンサユニット３Ｂに対応するものであり、実験例３Ｃは、図１８に示した参考例としてのセンサユニット３Ｃに対応するものである。図１６のセンサユニット３Ａは、第１の軸Ｊ１から外れた位置においてＸ軸方向に並ぶセンサ１３１〜１３３からなるセンサ群１３０を備えたものである。図１７のセンサユニット３Ｂは、第２の軸Ｊ２から外れた位置においてＹ軸方向に並ぶセンサ１３４，１３２，１３５からなるセンサ群１３０Ａを備えたものである。図１８のセンサユニット３Ｃは、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２の双方に対して斜めの方向に並ぶセンサ１３１〜１３３からなるセンサ群１３０を備えたものである。

【0049】

図１９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。）との関係を示す。ここでいう基板加熱後の振幅比は、基板１０を１２０℃で２４ｈ保持した直後に測定した振幅比である。基板加熱前の振幅比は室温（２３℃）下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１９において、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１９では、実験例１Ａ〜３Ｃに対応するプロットにそれぞれ符号ＰＬ１Ａ〜３Ｃを付している。図１９は、各サンプルにおける周辺部に位置するセンサに対応するデータを示している。具体的には、図１９において、実験例１Ａ（図１）はセンサ３３に、実験例１Ｂ（図７）はセンサ３５に、実験例１Ｃ（図８）はセンサ３３に、実験例１Ｄ（図９）はセンサ３３に、実験例１Ｅ（図１０）はセンサ３５に、実験例１Ｆ（図１１）はセンサ５４に、実験例１Ｇ（図１２）はセンサ５８に、実験例１Ｈ（図１３）はセンサ３３に、実験例２Ａ（図１４）はセンサ３５に、実験例２Ｂ（図１５）はセンサ３５に、実験例３Ａ（図１６）はセンサ１３３に、実験例３Ｂ（図１７）はセンサ１３５に、実験例３Ｃ（図１８）はセンサ１３３にそれぞれ対応するデータを示している。

【0050】

図１９に示したように、参考例としての実験例３Ａ〜３Ｃ（プロットＰＬ３Ａ〜３Ｃ）では、直交性の劣化が見られたが、それ以外の実験例では比較的良好な直交性が得られた。中でも、実験例１Ａ，１Ｂ（図１，図７）ではより良好な振幅比が得られ、実験例１Ｄ，１Ｅ，１Ｈ（図９，図１０，図１３）ではよりいっそう良好な振幅比が得られた。

【0051】

＜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。

【0052】

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。

【0053】

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】

【0054】

１Ａ〜１Ｈ，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…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】

【図19】