本發(fā)明涉及利用磁阻抗元件(Magneto-Impedance element：稱為“MI元件”)檢測磁的磁檢測裝置(包括“MI傳感器”單體)及其制造方法。

背景技術(shù)：

以往為了獲知方位等而進(jìn)行磁測定。例如，在電子羅盤等中，為了獲知正確的方位而測定三維的磁向量。該磁向量的測定通過磁傳感器進(jìn)行。該磁傳感器也包括霍爾元件、MR元件等，但是近年來，與這樣的以往的元件的構(gòu)造、原理截然不同且相差懸殊的高靈敏度的MI元件引起注目。

MI元件是利用了磁阻抗效應(yīng)(稱為“MI效應(yīng)”)的結(jié)構(gòu)，該磁阻抗效應(yīng)是在非晶絲等磁敏線流過高頻的脈沖電流等時，由于趨膚效應(yīng)而其阻抗根據(jù)磁場進(jìn)行變化的效應(yīng)。除了直接測定其阻抗變化之外，通過經(jīng)由卷纏于所述磁敏線的周圍的檢測線圈(捕捉線圈，pick-up coil)間接地測定成為該MI效應(yīng)的起源的磁敏線產(chǎn)生的磁通量的變化，也能夠進(jìn)行外部磁場等的磁檢測。

當(dāng)然，MI元件基本上僅能檢測磁敏線的延伸方向的磁場分量。因此，在以往的MI傳感器中，也如專利文獻(xiàn)1所示那樣，需要按照檢測的磁向量的各分量而個別地設(shè)置MI元件。例如，在計(jì)測外部磁場的三維分量的情況下，需要在基板平面(X-Y平面)上設(shè)置X軸用MI元件和Y軸用MI元件，并且沿著該基板平面的垂直方向設(shè)置Z軸用MI元件。該Z軸用MI元件在其構(gòu)造上與其他的MI元件同樣地沿Z軸方向具有一定程度的長度。因此，在以往的三維磁檢測裝置中，Z軸方向的小型化、薄型化困難。

然而，裝入有MI元件的MI傳感器已經(jīng)被裝入于各種便攜信息終端等，強(qiáng)烈地要求其高性能化(高靈敏度化、高精度化)并且進(jìn)一步的小型化。因此，在專利文獻(xiàn)2中提出了省略Z軸用MI元件而利用X軸用MI元件和Y軸用MI元件能夠計(jì)測Z軸方向的磁分量的方案。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：WO2005/008268號公報

專利文獻(xiàn)2：WO2010/110456號公報

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

專利文獻(xiàn)2提出了例如將相對的一對X軸用MI元件和相對的一對Y軸用MI元件正交配置，并且在它們的中心設(shè)置由軟磁性材料構(gòu)成的磁場變向體，通過運(yùn)算由各MI元件得到的檢測電壓，來求出Z軸方向的磁分量的磁檢測裝置。這種情況下，能夠省略Z軸用MI元件，因此能夠?qū)崿F(xiàn)磁檢測裝置的大幅的小型化。

當(dāng)然，在專利文獻(xiàn)2的磁檢測裝置中，必須將一對X軸用MI元件或Y軸用MI元件進(jìn)行相對配置。而且，必須在這些MI元件的對稱點(diǎn)配置磁場變向體，它們的配置自由度等受到限制。因此，專利文獻(xiàn)2的磁檢測裝置為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的小型化等還存在改善的余地。

本發(fā)明鑒于這樣的情況而作出，其目的在于提供一種與以往相比能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的小型化、薄型化的磁檢測裝置及其制造方法。

用于解決課題的方案

本發(fā)明者為了解決該課題而反復(fù)進(jìn)行了仔細(xì)研究，不斷摸索的結(jié)果是，想到了例如在構(gòu)成X軸用MI元件或Y軸用MI元件的檢測線圈的中間位置的延長線上(與基板交叉的方向上)配置軟磁性體(磁場變向體)，基于由X軸用MI元件或Y軸用MI元件得到的檢測電壓來算出該軟磁性體的延伸方向即Z軸方向的磁分量，由此省略Z軸用MI元件的情況。通過使該成果進(jìn)一步發(fā)展，完成了以后敘述的一連串的本發(fā)明。

《磁檢測裝置》

(1)即，本發(fā)明的磁檢測裝置具備：基板；及第一磁阻抗元件(稱為“MI元件”)，配設(shè)在該基板的一面?zhèn)?，所述第一磁阻抗元件由延伸的對第一軸方向的外部磁場分量進(jìn)行感應(yīng)的第一磁敏線和繞該第一磁敏線卷纏的第一檢測線圈構(gòu)成，所述磁檢測裝置的特征在于，所述第一檢測線圈由沿著所述第一磁敏線并存的左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部構(gòu)成，所述磁檢測裝置還具備由軟磁性材料構(gòu)成的磁場變向體，所述磁場變向體在關(guān)于該左側(cè)線圈部和該右側(cè)線圈部對稱的位置上將至少一部分配設(shè)于所述基板的另一面?zhèn)然蛟摶鍍?nèi)，能夠?qū)⑴c該基板交叉的第三軸方向的外部磁場分量向該第一軸方向的測定磁場分量進(jìn)行變向，基于從該左側(cè)線圈部得到的左側(cè)輸出和從該右側(cè)線圈部得到的右側(cè)輸出能夠檢測該第三軸方向的外部磁場分量。

(2)本發(fā)明的磁場變向體將配設(shè)在基板的一面?zhèn)鹊拇琶艟€本來無法感應(yīng)的與基板交叉的另一軸方向(第三軸方向)的外部磁場分量(適當(dāng)僅稱為“磁分量”)變向?yàn)橛稍摯琶艟€能感應(yīng)的一軸方向(第一軸方向)的測定磁場分量。而且，該磁場變向體在關(guān)于構(gòu)成一個MI元件的檢測線圈的左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部而對稱的位置(例如，左側(cè)線圈部與右側(cè)線圈部的中間或各線圈部的中間等)上，在基板的另一面?zhèn)然蚧鍍?nèi)配設(shè)至少一部分。因此，不用設(shè)置一對MI元件，通過一個MI元件，基于從所述左側(cè)線圈部得到的左側(cè)輸出和從所述右側(cè)線圈部得到的右側(cè)輸出，能夠檢測另一軸方向(第三軸方向)的磁分量。由此，當(dāng)然能夠抑制與磁檢測裝置的基板交叉的方向的高度(第三軸方向的高度)，MI元件的配置自由度、磁檢測裝置的設(shè)計(jì)自由度也提高，容易實(shí)現(xiàn)磁檢測裝置的進(jìn)一步的薄型化、小型化、高性能化等。

(3)本發(fā)明的磁檢測裝置只要具備至少一個MI元件，并通過該MI元件能夠檢測與安裝該MI元件的基板交叉(尤其是正交)的方向的磁分量(另一軸方向的磁分量)即可。因此，該MI元件只要利用于另一軸方向的磁分量的檢測即可，不必利用于其自身延伸的一軸方向的磁分量的檢測。當(dāng)然，考慮到磁檢測裝置的薄型化、小型化、低成本化等時，優(yōu)選通過一個MI元件能夠分別檢測兩軸方向的磁分量。這樣的一個MI元件對兩方向分量的檢測通過切換左側(cè)輸出與右側(cè)輸出的運(yùn)算而能夠容易地進(jìn)行。

例如，在左側(cè)線圈部與右側(cè)線圈部的匝數(shù)相同的情況下，根據(jù)左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部的卷繞方向，切換左側(cè)輸出與右側(cè)輸出之差或之和來進(jìn)行運(yùn)算，由此能夠檢測一軸方向的磁分量，也能夠檢測另一軸方向的磁分量。更具體而言，若左側(cè)線圈部與右側(cè)線圈部的卷繞方向相同，則基于左側(cè)輸出與右側(cè)輸出之差來檢測另一軸方向的磁分量，基于它們之和來檢測一軸方向的磁分量。在各線圈部的卷繞方向(或配線方法)相反的情況下，若相反地進(jìn)行各輸出的運(yùn)算，則能夠得到同樣的結(jié)果。并且，本發(fā)明的磁檢測裝置優(yōu)選具備基于來自這樣的各線圈部的輸出來檢測各方向的磁分量的運(yùn)算電路。進(jìn)而言之，該運(yùn)算電路優(yōu)選包含切換電路，該切換電路對左側(cè)輸出與右側(cè)輸出之差及之和進(jìn)行切換，能夠一并檢測一軸方向(第一軸方向)的磁分量和另一軸方向(第三軸方向)的磁分量。

通過本發(fā)明的磁檢測裝置檢測外部磁場的三維分量(例如，X分量、Y分量、Z分量)的情況下，可以在基板上的一面?zhèn)仍O(shè)置至少一個檢測與第一軸方向不同的第二軸方向的磁分量的MI元件。即，本發(fā)明的磁檢測裝置優(yōu)選還具備第二MI元件，該第二MI元件配設(shè)在基板的一面?zhèn)?，且由向與第一軸方向不同的第二軸方向延伸而對第二軸方向的磁分量進(jìn)行感應(yīng)的第二磁敏線及繞第二磁敏線卷纏的第二檢測線圈。

第二MI元件也可以不必檢測第三軸方向的磁分量。但是，如果第二MI元件也是與第一MI元件一起獨(dú)立地檢測第三軸方向的磁分量的結(jié)構(gòu)，則通過利用兩個檢測結(jié)果，能夠更精確地檢測第三軸方向的磁分量。此外，本發(fā)明的磁檢測裝置也可以將檢測第一軸方向的磁分量的第一MI元件及/或檢測第二軸方向的磁分量的第二MI元件分別在基板的一面?zhèn)扰湓O(shè)多個。在1個難以得到充分的靈敏度的情況下，通過配設(shè)多個，能夠得到更高的輸出，能夠提高靈敏度。并且，更優(yōu)選這些MI元件的全部或一部分經(jīng)由個別或共通的磁場變向體檢測與基板交叉的第三軸方向的磁分量。

在上述的本發(fā)明中，示出了在基板的一面?zhèn)扰湓O(shè)MI元件且在該基板內(nèi)或其另一面?zhèn)扰湓O(shè)磁場變向體的情況作為最適合于薄型化、小型化的磁檢測裝置。但是，只要在至少一個檢測線圈的中間(可以不必為中央)上配設(shè)磁場變向體即可，磁場變向體的具體的個數(shù)、配置方法(組合)等任意。只要在本發(fā)明的延長線上即可，MI元件和磁場變向體例如可以分別配設(shè)在基板的兩面?zhèn)?，也可以配設(shè)在基板的同面?zhèn)?。此外，?yōu)選在檢測線圈的中間上配設(shè)至少一個磁場變向體(主磁場變向體)，并且在檢測線圈的端部(端附近)等也配設(shè)另一磁場變向體(輔助磁場變向體)。由此，利用主磁場變向體聚磁及變向的另一軸方向的外部磁場分量容易向具有檢測線圈的一軸方向的分量的方向變向，從而優(yōu)選。需要說明的是，輔助磁場變向體只要不在與主磁場變向體相同的軸上(第三軸上)(只要在主磁場變向體的兩側(cè))即可，也可以不必是檢測線圈的端部，也可以是檢測線圈的中間(例如檢測線圈的中央部與端部的中間)。但是，若主磁場變向體及/或輔助磁場變向體是配設(shè)(埋設(shè)等)于基板內(nèi)的狀態(tài)，則能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)磁檢測裝置的薄型化、小型化，從而優(yōu)選。

若是將磁場變向體對稱配置的情況，則優(yōu)選將主磁場變向體配置在檢測線圈的中央上并將一對輔助磁場變向體分別配置在右側(cè)線圈的右端側(cè)(右端附近)和左側(cè)線圈的左端側(cè)(左端附近)。需要說明的是，主磁場變向體和輔助磁場變向體可以處于基板內(nèi)，也可以處于基板的同面?zhèn)然虍惷鎮(zhèn)?。在輔助磁場變向體存在一對的情況下，各輔助磁場變向體能夠確保處于基板內(nèi)或其同面?zhèn)鹊膶ΨQ性，從而優(yōu)選。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的磁檢測裝置的進(jìn)一步的小型化(包含薄型化)的情況下，若單純地使磁場變向體小型化，則每一個磁場變向體的磁場集成能力(聚磁能力)會下降。因此，也考慮將小型化的磁場變向體在檢測線圈的中間配設(shè)多個，或者進(jìn)而將與配設(shè)在檢測線圈的中間的磁場變向體不同的磁場變向體配設(shè)在檢測線圈的中間外(例如，檢測線圈的兩端側(cè))的情況。

在檢測線圈的中間配設(shè)多個磁場變向體的情況下，檢測線圈也優(yōu)選對應(yīng)于各磁場變向體而分割成多個。例如，若是配設(shè)n個磁場變向體的情況，則可以將檢測線圈分割成n個(n：正整數(shù))并在各個分割線圈部的中間配設(shè)磁場變向體。需要說明的是，在此所說的各分割線圈部也由左側(cè)線圈部(左側(cè)分割線圈部)和右側(cè)線圈部(右側(cè)分割線圈部)構(gòu)成。換言之，一個檢測線圈被分割成n個左側(cè)分割線圈部和n個右側(cè)分割線圈部。這樣在本說明書中，將左側(cè)分割線圈部和右側(cè)分割線圈部的一對考慮作為1個單元，將該單元數(shù)作為分割數(shù)。

(4)本發(fā)明的磁檢測裝置可以是具備MI元件的MI傳感器，此外也可以是具備該MI傳感器的各種信息終端、計(jì)測裝置等。而且，本發(fā)明的磁檢測裝置優(yōu)選除了具備磁敏線和檢測線圈的MI元件之外，還包含運(yùn)算電路等，所述運(yùn)算電路基于向該磁敏線供給高頻電壓(電流)的脈沖振蕩電路、對于從檢測線圈(尤其是各線圈部)得到的檢測電壓進(jìn)行采樣而輸出的信號處理電路的輸出進(jìn)行運(yùn)算并算出各方向的磁分量。尤其是本發(fā)明的磁檢測裝置是MI傳感器的情況下，這各電路作為集成電路(驅(qū)動電路)而形成在安裝MI元件的基板內(nèi)時，能實(shí)現(xiàn)MI傳感器的薄型化、小型化，從而優(yōu)選。需要說明的是，MI元件的向基板的安裝除了引線接合之外，如果憑借倒裝、尤其是晶圓級CSP(Wafer Level Chip Size Package)，則能實(shí)現(xiàn)MI傳感器的進(jìn)一步的薄型化、小型化，從而優(yōu)選。

《磁檢測裝置的制造方法》

本發(fā)明的磁檢測裝置可以通過各種制造方法得到，但是根據(jù)如下的本發(fā)明的制造方法，能夠有效地生產(chǎn)。即，優(yōu)選使用如下的磁檢測裝置的制造方法，其中，所述磁檢測裝置具備：基板；MI元件，配設(shè)在該基板的一面?zhèn)?，由延伸的對一軸方向的外部磁場分量進(jìn)行感應(yīng)的磁敏線和繞該磁敏線卷纏的檢測線圈構(gòu)成；及由軟磁性材料構(gòu)成的磁場變向體，在該檢測線圈的中間上將至少一部分配設(shè)于該基板的另一面?zhèn)然蛟摶鍍?nèi)，能夠?qū)⑴c該基板交叉的另一軸方向的外部磁場分量向具有該一軸方向的分量的測定磁場進(jìn)行變向，所述磁檢測裝置的制造方法的特征在于，所述磁檢測裝置的制造方法包括將合體基體基板分割成多個所述磁檢測裝置的分割工序，所述合體基體基板由能夠成為多個所述基板的分割前的基體基板、安裝在該基體基板的一面?zhèn)鹊亩鄠€所述MI元件、對應(yīng)于該MI元件的位置而配設(shè)在該基體基板的另一面?zhèn)然蛟摶w基板內(nèi)的多個所述磁場變向體構(gòu)成。

在此，合體基體基板例如是經(jīng)由接合工序而得到的接合基體基板，該接合工序是在安裝基體基板的另一面?zhèn)冉雍献兿蝮w圖案板的工序，所述安裝基體基板是通過在所述分割前的基體基板的一面?zhèn)葘⑺龆鄠€MI元件安裝于規(guī)定位置而形成，所述變向體圖案板在能夠成為所述多個磁場變向體的分割前的軟磁性板上形成有與該MI元件的規(guī)定位置對應(yīng)的變向體圖案。這種情況下，所述分割工序成為將該接合基體基板分割成多個所述磁檢測裝置的工序。

另外，若基體基板是內(nèi)置有所述多個磁場變向體的內(nèi)置基體基板，則合體基體基板例如經(jīng)由在該內(nèi)置基體基板的一面?zhèn)葘⑺龆鄠€MI元件安裝于與該磁場變向體對應(yīng)的規(guī)定位置的安裝工序來得到。需要說明的是，這樣的內(nèi)置基體基板例如經(jīng)由使用光刻等，利用軟磁性材料的鍍敷而形成多個磁場變向體的工序和形成埋設(shè)磁場變向體的樹脂層的工序來得到。

《其他》

(1)本說明書中所說“檢測線圈”可以是實(shí)際卷繞了絲線的結(jié)構(gòu)，但是若為由通過光刻等形成的配線圖案構(gòu)成的話，能實(shí)現(xiàn)磁檢測裝置的進(jìn)一步的薄型化、小型化等，從而優(yōu)選。而且，本發(fā)明的檢測線圈只要具有左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部即可，其他的檢測線圈的有無任意。左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部的匝數(shù)、線圈的卷徑等的影響輸出電壓的大小的規(guī)格也可以不同，但是相同的話，則在將磁場變向體配設(shè)于左側(cè)線圈和右側(cè)線圈的中央的情況下，2個線圈的輸出的絕對值相等，因此上述的運(yùn)算變得容易，從而優(yōu)選。而且，配設(shè)磁場變向體的位置也只要在一個檢測線圈內(nèi)即可，但是若處于左側(cè)線圈部和右側(cè)線圈部的中央且與基板垂直的方向上，則其運(yùn)算變得容易，從而優(yōu)選。

(2)本說明書中所說的“變向”是指將由磁敏線無法感應(yīng)的磁場分量的方向改變?yōu)樵摯琶艟€能感應(yīng)的方向的情況。通過該變向，本來磁敏線無法感應(yīng)的磁場分量的至少一部分能夠由該磁敏線檢測。

(3)本說明書的“外部磁場”是從外部向磁檢測裝置作用的磁場(環(huán)境磁場)，即成為磁檢測裝置的本來的檢測對象的磁場?！皽y定磁場”是因磁場變向體受到影響的外部磁場中的實(shí)際磁敏線感應(yīng)而由MI元件能檢測或測定的磁場。而且，本說明書中所說的“第一”、“第二”、“第三”、“一方”、“另一方”、“一面?zhèn)取薄ⅰ傲硪幻鎮(zhèn)取?、“左?cè)”、“右側(cè)”等只不過是為了便于區(qū)分說明各構(gòu)件或各部，它們自身沒有特別的意義。

附圖說明

圖1A是表示第一實(shí)施例的MI傳感器的俯視圖。

圖1B是該俯視圖中示出的A-A的局部剖視圖。

圖2是表示MI元件的概要的俯視圖。

圖3是MI元件的MI傳感器的電路圖。

圖4A是表示向MI元件施加的脈沖電流波形的波形圖。

圖4B是說明根據(jù)該脈沖電流波形的上升、下降時間來求出頻率的方法的說明圖。

圖5是表示作用于MI傳感器的Z軸方向的磁感應(yīng)線的圖。

圖6是說明安裝基體基板的制造過程的圖。

圖7是說明變向體圖案板的制造過程的圖。

圖8是說明MI傳感器的制造過程的圖。

圖9是表示第二實(shí)施例的MI傳感器的俯視圖。

圖10是表示第三實(shí)施例的MI傳感器的主要部分剖視圖。

圖11A是表示第四實(shí)施例的MI傳感器的主要部分剖視圖。

圖11B是表示其檢測線圈(分割線圈部)的連接方式的圖。

圖12A是表示第五實(shí)施例的MI傳感器的主要部分剖視圖。

圖12B是表示其檢測線圈(分割線圈部)的連接方式的圖。

圖13是表示第六實(shí)施例的MI傳感器的截面及作用于該MI傳感器的Z軸方向的磁感應(yīng)線的圖。

圖14是說明該MI傳感器的制造過程的圖。

具體實(shí)施方式

在上述的本發(fā)明的構(gòu)成要素中可附加從本說明書中任意選擇的一個或兩個以上的構(gòu)成要素。本說明書中說明的內(nèi)容不僅是本發(fā)明的磁檢測裝置，也能相應(yīng)地得到其制造方法。關(guān)于制造方法的構(gòu)成要素若理解作為方法表征的產(chǎn)品權(quán)利要求，則也能成為關(guān)于產(chǎn)品的構(gòu)成要素。任意的實(shí)施方式是否最優(yōu)根據(jù)對象、要求性能等而不同。

《MI元件》

本發(fā)明的MI元件具有：感應(yīng)外部磁場(磁場)等的磁力而產(chǎn)生阻抗變化或磁通量變化的磁敏線；檢測該磁敏線的變化量的作為檢測單元的檢測線圈。磁敏線由例如由軟磁性材料構(gòu)成且具有相應(yīng)的長度的金屬線(線材)或薄膜構(gòu)成。尤其是從靈敏度、成本等的觀點(diǎn)出發(fā)，磁敏線優(yōu)選零磁致伸縮的非晶絲。該非晶絲例如是由Co-Fe-Si-B系合金構(gòu)成的直徑1～30μm的絲，在專利第4650591號公報等中記載有詳情。

磁敏線可以與搭載面相接設(shè)置，也可以經(jīng)由絕緣體等從搭載面浮起設(shè)置，還可以埋設(shè)于槽等。檢測線圈只要是根據(jù)這樣的磁敏線的配設(shè)形態(tài)而卷繞磁敏線的結(jié)構(gòu)即可，但是若為利用光刻形成的話，則能實(shí)現(xiàn)MI元件的薄型化或小型化，故而優(yōu)選。

《磁場變向體》

磁場變向體只要是能夠?qū)⑴c配設(shè)有磁敏線的基板交叉的另一軸方向的磁分量變向?yàn)榇琶艟€的延伸方向(一軸方向)即可，其形態(tài)任意。磁場變向體例如為柱狀(圓柱狀、棱柱狀等)、筒狀、板狀等，可根據(jù)MI元件的個數(shù)、配置采取各種形態(tài)。需要說明的是，在同一基板上安裝多個MI元件的情況下，可以配設(shè)按照各MI元件而分離獨(dú)立的磁場變向體，也可以配設(shè)與各MI元件的配置對應(yīng)的一體化的磁場變向體。

為了通過配設(shè)在基板上的MI元件高靈敏度地檢測與該基板交叉的另一軸方向的磁分量，由磁場變向體產(chǎn)生的外部磁場的聚磁效應(yīng)(透鏡效應(yīng))、變向效應(yīng)越高越優(yōu)選。因此，磁場變向體優(yōu)選在接近(第一)磁敏線的一側(cè)具有縮小部，并且在遠(yuǎn)離該磁敏線的一側(cè)具有擴(kuò)大部。這種情況下，通過擴(kuò)大部的另一軸方向(第三軸方向)的磁分量向縮小部收斂，有效地向MI元件(磁敏線)引導(dǎo)，能夠更高靈敏度地檢測該磁分量。需要說明的是，具有縮小部及擴(kuò)大部的磁場變向體也只要具有上述的聚磁效應(yīng)即可，其具體的形狀變化任意。磁場變向體例如可以是從擴(kuò)大部至縮小部的側(cè)線呈直線性地變化的形狀(圓錐臺狀、棱錐臺等錐臺狀等的錐狀)，也可以是從擴(kuò)大部至縮小部的側(cè)線呈曲線性地變化的形狀(錐狀)。而且，磁場變向體也可以是截面積從擴(kuò)大部向縮小部呈階梯狀地變化的階梯形狀(可以是2級，也可以為3級以上)等。

這樣的磁場變向體可以由各種方法制造，但是MI元件使用的磁場變向體微小(外徑或高度為0.5mm以下)，此外，需要對應(yīng)于MI元件的配置而精確地配設(shè)。因此，磁場變向體優(yōu)選將利用半蝕刻在軟磁性板形成了變向體圖案的變向體圖案板與安裝有多個MI元件的安裝基體基板接合，之后，分別分割而形成。

通過對軟磁性板的一面?zhèn)冗M(jìn)行蝕刻并使另一面?zhèn)葰埓娴陌胛g刻，能夠有效地制造將多個微細(xì)的磁場變向體正確地排列的變向體圖案板。該變向體圖案板成為連結(jié)有多個磁場變向體的狀態(tài)，因此能夠?qū)⑺鼈円徊⑻幚?，與安裝于基體基板的多個MI元件的位置對合也能夠正確且容易地進(jìn)行。而且，由于利用蝕刻，因此磁場變向體的形狀自由度也大，上述的縮小部和擴(kuò)大部的形成也容易。例如，對軟磁性板進(jìn)行半蝕刻，利用樹脂填充蝕刻部分，在其一面?zhèn)刃纬勺鳛榇艌鲎兿蝮w的錐臺狀的島規(guī)則性地散布而成的變向體圖案。對于這樣得到的變向體圖案板從作為擴(kuò)大部側(cè)的面進(jìn)行蝕刻，將成為連結(jié)的狀態(tài)的磁場變向體逐個分割，若利用樹脂填充蝕刻部分，則容易得到具有縮小部和擴(kuò)大部的多個磁場變向體規(guī)則正確地排列的狀態(tài)的變向體圖案板。該變向體圖案板已經(jīng)在前工序中成為與安裝基體基板接合的狀態(tài)時，之后能夠利用分割容易地制造多個磁檢測裝置。而且，也可以在接合前預(yù)先進(jìn)行該變向體的分割。

此外，磁場變向體也可以經(jīng)由基于光刻等的軟磁性材料的鍍敷工序來制造。而且，也可以在利用樹脂圍繞(埋設(shè))這樣形成的多個磁場變向體的內(nèi)置基體基板上安裝(搭載)多個MI元件，來制造合體基體基板(安裝工序)。這種情況下，容易將磁場變向體和MI元件更高精度地進(jìn)行位置對合，而且，也能夠?qū)⒋艌鲎兿蝮w與MI元件更接近地配設(shè)。此外，將這樣的合體基體基板分割(分離)而得到的各個MI傳感器(磁檢測裝置)由于在搭載MI元件的基板內(nèi)存在磁場變向體，因此不僅是薄型化、小型化，而且處理性、通用性非常優(yōu)異。

需要說明的是，構(gòu)成磁場變向體(或變向體圖案板)的軟磁性材料越是高導(dǎo)磁率的材料，聚磁效應(yīng)越大而越優(yōu)選，例如，可以使用坡莫(permalloy)合金、純Ni、純鐵、鐵硅鋁磁合金(Sendust)、坡明德合金(permendure)等。

實(shí)施例

《第一實(shí)施例》

[裝置概要]

本發(fā)明的磁檢測裝置的一實(shí)施例的MI傳感器1的俯視圖如圖1A所示。而且，該圖1A中所示的A-A線的局部剖視圖如圖1B所示。

MI傳感器1具有：檢測地磁等外部磁場的4個MI元件M1～M4；大致圓錐臺狀的聚磁磁軛F1～F4(磁場變向體)；在Si基板上形成有包含脈沖發(fā)信電路(驅(qū)動電路)、信號處理電路、運(yùn)算電路等的集成電路(ASIC：application specific integrated circuit)的電路基板S(相當(dāng)于本發(fā)明中所說的“基板”)；在電路基板S的上下表面上分別形成的絕緣樹脂層R11、R12。需要說明的是，在圖1B中，為了實(shí)現(xiàn)省略了集成電路與MI元件之間的電連接用的引線接合的晶圓級CSP，而在MI元件M1的周圍形成凸塊B11、B12。而且，只要沒有特別說明，各電路等就通過光刻形成。

MI傳感器1為了檢測外部磁場的三維分量，在電路基板S上將MI元件M1～M4通過倒裝而安裝成正方形狀。并且，通過沿X軸方向并行地安裝的MI元件M1、M3能檢測X軸方向的磁分量(僅稱為“X分量”)，通過沿Y軸方向并行地安裝的MI元件M2、M4能檢測Y軸方向的磁分量(僅稱為“Y分量”)。

為了通過上述MI元件M1～M4也能夠進(jìn)行Z軸方向的磁分量(僅稱為“Z分量”)的檢測，而在與MI元件M1～M4的各中央位置對應(yīng)的電路基板S的背側(cè)分別配設(shè)聚磁磁軛F1～F4。需要說明的是，MI元件M1～M4與聚磁磁軛F1～F4分別相同，因此，以下，適當(dāng)代表性地列舉MI元件M1和聚磁磁軛F1進(jìn)行說明，省略關(guān)于其他的MI元件M2～M4和聚磁磁軛F2～F4的說明。

聚磁磁軛F1由高導(dǎo)磁率(μ＝180000)的坡莫合金(78質(zhì)量％Ni-Fe)構(gòu)成，具有大徑圓柱狀的擴(kuò)大部F11和截面從該擴(kuò)大部F11平滑地減少的圓錐臺狀的縮小部F12。由于聚磁磁軛F1的存在，外部磁場的磁感應(yīng)線被變向。尤其是通過擴(kuò)大部F11的外部磁場的Z分量由高導(dǎo)磁率的聚磁磁軛F1聚磁，被引導(dǎo)而向縮小部F12的前端面?zhèn)?電路基板S的另一面?zhèn)?收斂。收斂的外部磁場(尤其是其Z分量)的磁感應(yīng)線從該縮小部F12的前端面通過電路基板S，從MI元件M1的中央呈放射狀地(向左右方向均等地)擴(kuò)散(參照圖5)。此時，關(guān)于電路基板S，若在聚磁磁軛F1的相反側(cè)(圖5的下側(cè))的MI元件M1的兩端附近進(jìn)而設(shè)置另外的磁場變向體(參照后述的圖10)，則能夠使從聚磁磁軛F1的縮小部F12擴(kuò)散的磁感應(yīng)線進(jìn)而向MI元件M1的線軸方向變向。

如圖2所示，MI元件M1由磁敏線W1、卷纏于其周圍的檢測線圈C1、及與磁敏線W1及檢測線圈C1連接的端子組T1構(gòu)成。磁敏線W1由Co-Fe-Si-B系合金制的零磁致伸縮非晶絲構(gòu)成。檢測線圈C1由左側(cè)線圈部C11和右側(cè)線圈部C12構(gòu)成。左側(cè)線圈部C11與右側(cè)線圈部C12的匝數(shù)、卷徑、卷繞方向、間距等影響輸出的大小的規(guī)格全部相同，且關(guān)于聚磁磁軛F1的中心軸通過的中心位置(點(diǎn))而左右對稱地形成。各線圈部C11、C12和端子組T1使用光刻而形成在電路基板S上。端子組T1由用于向磁敏線W1供給脈沖信號的端子T101、T102、輸出由左側(cè)線圈部C11產(chǎn)生的電動勢的端子T111、T112、及輸出由右側(cè)線圈部C12產(chǎn)生的電動勢的端子T121、T122構(gòu)成。

如圖3所示，形成于電路基板S的集成電路(ASIC)由向磁敏線W1供給脈沖信號的脈沖發(fā)信電路(驅(qū)動電路)、得到來自左側(cè)線圈部C11的輸出(電壓)V11和來自右側(cè)線圈部C12的輸出(電壓)V12的信號處理電路、及運(yùn)算電路(包括切換電路)構(gòu)成。

脈沖發(fā)信電路和信號處理電路如下進(jìn)行工作。首先，將由脈沖振蕩電路產(chǎn)生的高頻(例如相當(dāng)于200MHz)的脈沖電流向磁敏線W1供給。利用該脈沖電流在磁敏線W1的線圓周方向產(chǎn)生的磁場和外部磁場發(fā)生作用，在左側(cè)線圈部C11和右側(cè)線圈部C12產(chǎn)生與作用在其軸向上的磁分量對應(yīng)的電壓。需要說明的是，在此所說的頻率是求出圖4A所示的脈沖電流波形脈沖的“上升”或“下降”的時間Δt，并將該Δt如圖4B所示作為相當(dāng)于四分之一周期而求出的值。

接下來，利用信號處理電路中的采樣時刻調(diào)整電路，在上述的脈沖電流上升之后，在規(guī)定的時刻，將模擬開關(guān)進(jìn)行短時間開關(guān)接通-切斷。由此，模擬開關(guān)對于在左側(cè)線圈部C11和右側(cè)線圈部C12分別產(chǎn)生的各電壓進(jìn)行采樣。采樣電壓分別由放大器放大而得到輸出V11、V12。需要說明的是，也可以不是在脈沖電流上升時而在隔斷時(脈沖電流下降時)進(jìn)行處理而得到V11、V12。

運(yùn)算電路交替地運(yùn)算輸出V11與輸出V12之和及之差，基于輸出V11與輸出V12之和進(jìn)行標(biāo)志外部磁場的X分量的輸出，基于輸出V11與輸出V12之差進(jìn)行標(biāo)志外部磁場的Z分量的輸出。需要說明的是，關(guān)于能夠利用和及差進(jìn)行標(biāo)志X分量和Z分量的輸出的理由以下進(jìn)行說明。

[磁場檢測]

在MI元件M1的周圍產(chǎn)生的外部磁場的磁感應(yīng)線(磁力線)能夠利用聚磁磁軛F1向各方向變向。尤其是外部磁場的Z分量(與電路基板S正交的方向分量)的磁感應(yīng)線利用聚磁磁軛F1如圖5所示較大地變向。當(dāng)然，聚磁磁軛F1配置在MI元件M1的對稱的左側(cè)線圈部C11和右側(cè)線圈部C12的中央，因此由于外部磁場的變向而在各線圈部出現(xiàn)的對輸出的影響也對稱。

在此，當(dāng)觀察利用聚磁磁軛F1而變向的外部磁場的Z分量即變向磁分量(測定磁場/磁向量H)時，左側(cè)線圈部C11與右側(cè)線圈部C12如前所述影響輸出的大小的規(guī)格全部相同，因此左側(cè)線圈部C11的輸出V11與右側(cè)線圈部C12的輸出V12的輸出差(V11-V12)將在MI元件M1的周圍產(chǎn)生的原來的外部磁場的X軸方向的分量的影響抵消，從而僅反映反向地作用于左側(cè)線圈部C11和右側(cè)線圈部C12的變向磁分量的進(jìn)一步的X分量(Hx)的影響。需要說明的是，變向磁分量的Z分量(Hz)由于磁敏線W1不感應(yīng)，因此當(dāng)然不會影響上述的輸出差。若將該輸出差乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行運(yùn)算，則能夠根據(jù)該輸出差求出原來的外部磁場的Z分量。

此外，輸出V11與輸出V12的輸出和(V11+V12)將變向磁分量的X分量(Hx)的影響抵消，如上所述也沒有變向磁分量的Z分量(Hz)的影響，從而僅反映原來的外部磁場的X分量利用聚磁磁軛F1變向而產(chǎn)生的磁分量的進(jìn)一步的X分量(向X軸方向的投影分量)的影響。若將該輸出和乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行運(yùn)算，則根據(jù)該輸出和能夠求出原來的外部磁場的X分量。這樣的情況關(guān)于MI元件M3也同樣。而且，按照同樣的考慮方法，能夠利用MI元件M2和MI元件M4檢測Y分量和Z分量。

需要說明的是，外部磁場的各軸方向的分量優(yōu)選不是僅依賴于一個MI元件的輸出而是基于多個MI元件的輸出的平均值(例如相加平均)來算出。此外，當(dāng)然考慮到聚磁磁軛的形狀、MI元件的配置、特性等，可向輸出值加入適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)或修正項(xiàng)。這樣的運(yùn)算處理可以通過上述的運(yùn)算電路進(jìn)行，也可以通過搭載MI傳感器1的信息終端等的程序進(jìn)行。關(guān)于運(yùn)算處理的基本的考慮方法也在WO2010/110456號公報等中詳細(xì)敘述。

[制造方法]

MI傳感器1的各制造工序如圖6～圖8所示。首先，如圖6所示，準(zhǔn)備在硅晶圓上形成有多個上述的由脈沖振蕩電路、信號處理電路、運(yùn)算電路構(gòu)成的集成電路的基體基板SB0(工序P11)。在該基體基板SB0的一面?zhèn)鹊囊?guī)定位置通過倒裝而安裝多個MI元件M(工序P12)。通過光刻，在該基體基板SB0上形成集成電路用電源供給及通信輸入輸出用的Cu后Q(工序P13)，利用絕緣樹脂RB1對其表面進(jìn)行了包覆填充之后(工序P14)，再形成與外部電路連接的連接用凸塊B(工序P15)。最后，對基體基板SB0的另一面?zhèn)冗M(jìn)行研磨(背磨)而得到安裝基體基板SB1(工序P16)。

接下來，如圖7所示，準(zhǔn)備與安裝基體基板SB1的大小對應(yīng)的坡莫合金制的軟磁性板FB(工序P21)。對于該軟磁性板FB，使用光刻，進(jìn)行半蝕刻(工序P22)。在該蝕刻時，侵蝕的軟磁性板FB的表面部分被侵蝕成表面?zhèn)葘挾娇績?nèi)部則越窄的錐狀。因此，排列有多個在其表面?zhèn)刃纬煽s小部F02且在內(nèi)部側(cè)形成擴(kuò)大部F01的圓錐臺狀島F0的變向體圖案自然地形成。這樣，得到通過軟磁性板FB的殘存部F03將多個圓錐臺狀島F0連結(jié)而成的變向體圖案板FP。向該變向體圖案板FP的圖案面?zhèn)忍畛浣^緣樹脂RB2，對該表面進(jìn)行平坦化(工序P23)。得到這樣進(jìn)行了樹脂填充的變向體圖案板FP1。

并且，如圖8所示，將經(jīng)由上述的工序而得到的安裝基體基板SB1的另一面?zhèn)扰c進(jìn)行了樹脂填充的變向體圖案板FP1的圖案面?zhèn)日_地進(jìn)行位置對合并相對配置，經(jīng)由絕緣樹脂RB2進(jìn)行接合(工序P31/接合工序)。在該接合后，利用光刻在變向體圖案板FP1的另一面?zhèn)?圖案面?zhèn)鹊南喾疵鎮(zhèn)?制成抗蝕劑rg(工序P32)。并且，對變向體圖案板FP1的殘存部F03進(jìn)行蝕刻而去除(工序P33/分離工序)。由此，成為在各MI元件的中央配置有具有擴(kuò)大部和縮小部的聚磁磁軛F的狀態(tài)。在其上進(jìn)一步填充絕緣樹脂RB2，對其表面進(jìn)行平坦化(工序P34)。這樣，能得到具有正確地配置有多個MI元件M和聚磁磁軛F的多個MI傳感器的接合基體基板SU(合體基體基板)。通過對該接合基體基板SU進(jìn)行切割，一次性地得到多個MI傳感器1(分割工序)。需要說明的是，在本實(shí)施例中，示出在接合值對殘存部進(jìn)行蝕刻而制造聚磁磁軛F的例子，但是也可以在接合前預(yù)先制造配置有通過同樣的工序分割的聚磁磁軛F的板，然后進(jìn)行接合。

《第二實(shí)施例》

配置有將第一實(shí)施例的聚磁磁軛F1的形狀進(jìn)行了變向的聚磁磁軛FW的MI傳感器2如圖9所示。需要說明的是，對于與第一實(shí)施例的情況同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同標(biāo)號，以下省略關(guān)于其的說明。關(guān)于其他的實(shí)施例也同樣。

MI傳感器2的聚磁磁軛FW呈十字狀，且配置在電路基板S的另一面?zhèn)戎醒?。聚磁磁軛FW的延伸部FW1～FW4位于各MI元件M1～M4的各自的中央位置，聚磁磁軛FW成為它們在中央部FW0連結(jié)而成的一體構(gòu)造。即便是這樣的對稱形狀的聚磁磁軛FW，也能發(fā)揮與聚磁磁軛F1等同樣的功能。

具備該聚磁磁軛FW的MI傳感器2也可以取代前述的變向體圖案板FP1，使用利用半蝕刻在坡莫合金制的軟磁性板FB上形成有多個正方形形狀的凹陷的變向體圖案板FP’(圖示省略)，從而能夠有效地生產(chǎn)。

《第三實(shí)施例》

將聚磁磁軛F1小型化的聚磁磁軛Fs配置在電路基板S的MI元件M1側(cè)的兩端附近的MI傳感器3如圖10所示。這樣，通過配置聚磁磁軛F1(主磁場變向體)和聚磁磁軛Fs(輔助磁場變向體)，能更容易地控制與電路基板S交叉的磁感應(yīng)線的收斂、變向。

《第四實(shí)施例》

將使聚磁磁軛F1小型化后的兩個聚磁磁軛Fs1、Fs2均等地配置在MI元件Md的中間的MI傳感器4如圖11A所示。MI傳感器4的檢測線圈Cd由分割成2單元的分割線圈部Cd1、Cd2構(gòu)成。分割線圈部Cd1由左側(cè)分割線圈部Cd11和右側(cè)分割線圈部Cd12構(gòu)成，分割線圈部Cd2由左側(cè)分割線圈部Cd21和右側(cè)分割線圈部Cd22構(gòu)成。聚磁磁軛Fs1配設(shè)在分割線圈部Cd1的中央，即左側(cè)分割線圈部Cd11與右側(cè)分割線圈部Cd12之間，聚磁磁軛Fs2配設(shè)在分割線圈部Cd2的中央，即左側(cè)分割線圈部Cd21與右側(cè)分割線圈部Cd22之間。根據(jù)MI傳感器4，能夠?qū)崿F(xiàn)其小型化，并且能夠高靈敏度地檢測外部磁場的Z分量。需要說明的是，在本實(shí)施例中，示出左側(cè)分割線圈部Cd11與左側(cè)分割線圈部Cd21、右側(cè)分割線圈部Cd12與右側(cè)分割線圈部Cd22分別以成為同極性(卷繞方向)的方式連接的情況作為一例，但是這4個各線圈部也可以是分別獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。

《第五實(shí)施例》

對于MI傳感器4，將檢測線圈從兩分割設(shè)為七分割的分割線圈部Cd1～Cd7，將聚磁磁軛設(shè)為7個聚磁磁軛Fs1～Fs7，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化/薄型化的MI傳感器5如圖12A及圖12B所示。

《第六實(shí)施例》

(1)將上述的電路基板S變更為內(nèi)置有聚磁磁軛Fi的內(nèi)置電路基板S2(相當(dāng)于本發(fā)明所說的“基板”)的MI傳感器6如圖13所示。聚磁磁軛Fi也與聚磁磁軛F1等同樣地由坡莫合金構(gòu)成，且具有大徑圓板狀的擴(kuò)大部Fi1和從該擴(kuò)大部Fi1延伸的圓柱狀的縮小部Fi2。聚磁磁軛Fi的作用效果及MI傳感器6的工作與MI傳感器1的情況同樣。

當(dāng)然，在如本實(shí)施例那樣內(nèi)置有聚磁磁軛Fi的內(nèi)置電路基板S2中，與圖5所示的MI傳感器1相比，能夠使聚磁磁軛Fi與MI元件M的距離更接近。其結(jié)果是，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)MI傳感器自身的進(jìn)一步的薄型化、小型化，而且也能夠同時實(shí)現(xiàn)其靈敏度的提高。本發(fā)明者確認(rèn)到例如將聚磁磁軛的上端面與磁敏線的距離(間隙)設(shè)為1/5(例如0.1mm至0.02mm)時，MI傳感器的輸出(靈敏度)也成為約3.5倍。

另外，通過采用內(nèi)置有聚磁磁軛的基板，能實(shí)現(xiàn)通用性的提高等。此外，通過使該聚磁磁軛的擴(kuò)大部的面積擴(kuò)張，外部磁場的Z分量的聚磁性提高，也能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)大部的薄型化和外部磁場的Z分量檢測的高靈敏度化這兩者。

(2)內(nèi)置電路基板S2例如經(jīng)由圖14所示的工序來制造。首先，準(zhǔn)備由硅晶圓構(gòu)成的Si基板S0(工序P61)。需要說明的是，該Si基板S0與使用于電路基板S的制造的Si基板同樣。

在Si基板S0上形成作為擴(kuò)大部Fi1的坡莫合金的第一鍍敷層(工序P62)。接下來，在該第一鍍敷層上形成作為縮小部Fi2的坡莫合金的第二鍍敷層(工序P63)。上述鍍敷層的形成工序(鍍敷工序)也通過光刻進(jìn)行。

對這樣層疊形成的擴(kuò)大部Fi1及縮小部Fi2進(jìn)行熱處理(退火)(工序P64)。通過該熱處理，將在各鍍敷工序中導(dǎo)入到擴(kuò)大部Fi1和縮小部Fi2的內(nèi)部應(yīng)力除去，得到軟磁性特性優(yōu)異的由擴(kuò)大部Fi1和縮小部Fi2構(gòu)成的聚磁磁軛Fi。

利用樹脂模形成將在Si基板S0上形成的聚磁磁軛Fi圍繞的絕緣樹脂層Ri(工序P65)。對該絕緣樹脂層Ri的上端面進(jìn)行研磨而使其平坦(工序P66)。需要說明的是，從熱處理工序(工序P64)后至研磨工序(工序P66)前之間，預(yù)先形成MI傳感器6的驅(qū)動所需的電路。這樣能得到內(nèi)置有聚磁磁軛Fi的內(nèi)置基體基板SBi。

在內(nèi)置基體基板SBi上通過倒裝等來安裝MI元件M(工序P67/安裝工序)。在這以后，進(jìn)行圖6所示的各工序，對內(nèi)置基體基板SBi的一面?zhèn)?Si基板S0的另一面?zhèn)?進(jìn)行研磨(背磨)等。這樣能得到合體基體基板SU2。通過對該合體基體基板SU2進(jìn)行切割(分割工序)，能得到多個MI傳感器6。需要說明的是，各MI傳感器也可以通過WO2014/054371號公報等詳細(xì)敘述的方法而形成在內(nèi)置基體基板SBi等的表面。

標(biāo)號說明

1 MI傳感器(磁檢測裝置)

M1 MI元件

W1 磁敏線

C1 檢測線圈

C11 左側(cè)線圈部

C12 右側(cè)線圈部

F1 聚磁磁軛(磁場變向體)

S 電路基板(基板)