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JP4030246B2 - Broadband near-field probe - Google Patents
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JP4030246B2 JP2000101044A JP2000101044A JP4030246B2 JP 4030246 B2 JP4030246 B2 JP 4030246B2 JP 2000101044 A JP2000101044 A JP 2000101044A JP 2000101044 A JP2000101044 A JP 2000101044A JP 4030246 B2 JP4030246 B2 JP 4030246B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、電子式複写機、FAX、印刷機、パソコン等の事務機器、家庭用電気機器、産業機器等、各種電気電子機器からの電磁ノイズを検知し、また装置内に内在させるプリント配線基板等からのノイズを検知し、その対策を検討するために用いられる広帯域近磁界プローブ、殊に対象物に近接させ、ノイズ源になる電流を特定する際に必要な近接磁界検出を行って電流を検知するいわゆる近磁界プローブに関するものであり、各種電子機器のEMC規制対策を検討するための電磁障害対策用検査機器に利用して有効なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、EMC(電磁環境適合性:Electromagnetic Compatibilty)対策、法的規制で定めているオープンサイトや電波暗室内で10m,30m等の遠方での電磁波を定められたアンテナを用いて計測した結果から対策を講じる方法がある。これとは別にこのような認証サイト等での計測の前に近接させたプローブで被検対象からの電磁界を検知し、これにより対象物への対策を講じる方法もある。また、従来のカレントプローブのようにケーブルに巻き付けて使用するタイプや巻き線をループコイルとした比較的大きな対象へ近接して電流検知を行うプローブがある(Credence社プローブ:US5773974)。
また、対称なループコイルとそれに続くシールドボックス内の回路で磁界のみにより生じた信号を検出する「磁界測定プローブ」(特開昭62−106379号公報)、フレキシブル基板上にエッチングで形成したセンサーとエルボーになった先に出力コネクターを備えた「広帯域マイクロ波本来位置テスト装置」(特開平7−191058号公報)、プリント基板で構成し、シールドを設けてある「電磁雑音測定用磁界プローブ、電磁雑音測定用電界プローブ、及び電磁雑音測定装置」(特開平8−248080公報)があり、また、金属線コイルとコネクターと抵抗からなるプローブにおいて、対象に対して、概ね開口を広げたコーン型のシールド板を設けている「EMIプローブ」(実開平4−69771号公報)があり、さらに、電流プローブで通電ケーブルの同相ノイズで測定し、そのデータより遠方界での放射電界ノイズを近似演算して推定する「放射評価装置および方法」(特開平10−307159号公報)、センサー部に高周波電流を流して、その時のインピーダンス変化が磁界強度に比例する素子に負帰還コイルを設け、磁界に対する出力の直線性を向上させるようにした「磁気インピーダンスセンサ」(特開平11−109006号公報)など、様々なものが公知である。
また、薄膜で、近磁界プローブを作製し、その伝送路にシールドを設け、また、伝送路をトリプレート構造とすることで、測定上の誤差を低減させるもので、プローブを並列におき、測定個所の位置決めの精度を高める構成とした「近磁界プローブ及び近磁界プローブユニット及び近磁界プローブシステム」がある(特願平9−59267号)。
【0003】
以上の従来技術で用いられているループコイル型近磁界プローブの構成概要は、基本的には本願図面の図15に示すようなものであり、ループコイル部2、伝送線路部3、パッド部4を導電性金属(アルミ等の非磁性金属)箔1aを切断して検知部を形成するのであるが、このものは、支持部材を兼ねたエポキシ基板等の絶縁シート1bと導電性金属箔1aとを張り合わせたもの((a)図)を上記のように所定形状に加工している。パッド部4にコネクター5の心線部を接続し、このコネクターに同軸ケーブル6を介して信号処理部7に接続している。
このようなループコイル部を備えた近磁界プローブは、ループコイル部が非磁性金属であるから、高周波帯域での感度は高いが、低周波帯域での感度は低い。したがってこのものは低周波帯域での電磁ノイズを検知するには不向きであるので、これらのループコイル型近磁界プローブを使用するについては低周波帯域ノイズ検知のためのループコイル型近磁界プローブを別途使用する必要がある。
【0004】
【解決しようとする課題】
そこで、この発明は、ループコイル部、導電線路及びパッド部、信号処理部を備えたループコイル型近磁界プローブについて、低周波帯域での感度をも向上させるように、その機構を工夫することをその課題とするものである。
【0005】
【課題解決のために講じた手段】
上記課題を解決するために講じた手段は、ループコイル部、導電線路及びパッド部、信号処理部を備えたループコイル型近磁界プローブを前提として、上記ループコイル部の一部を磁性金属部材による磁気抵抗効果素子としたことである。
【0006】
【作用】
アルミ等の非磁性金属のループ基体部と磁性金属部材による磁気抵抗効果素子が一体になってループコイル部を構成しているが、これは例えば、100kHz以上の高周波帯域では一体のループコイルとして機能し、ループコイル内に鎖交した磁束密度の変化に応じて、高周波信号である誘起電圧が発生し、これを信号処理部で検出する。そして、磁性金属部材による磁気抵抗効果素子に流れる電流値が外部磁界の影響によって変化し、当該薄膜の抵抗値が変化する。
例えば100kHz以下の低周波帯域では、磁性金属部材による磁気抵抗効果素子が、十分磁界強度に応じた抵抗変化率を持つので、信号処理回路部から与えた直流電流の変動を基準抵抗で検知することができる。
したがって、高周波帯域、低周波帯域におけるそれぞれの感度域の差を予め決めて、補正した出力を校正しておき、それぞれの出力を合成することで、高周波帯域から低周波帯域の広帯域での近磁界ノイズを検出することができる。なお、発生する電磁波の周波数が予め分かっている対象用には、出力を切り替える方式を採用することもできる。
この近磁界プローブをスペクトラムアナライザーなどの計測器に接続して、実稼動状態のPCP等の電磁波ノイズや電流値を100kHzから1GHzまで、あるいはそれよりも広い帯域を高感度で検知することができる。
【0007】
【実施態様1】
実施態様1は、上記解決手段における磁気抵抗効果素子に、ループコイルの磁気抵抗効果素子以外の部分を使って電流を与えることである。
【作用】
ループコイルの一部の配線とそれに続く伝送線路、およびパッドを設け、このループコイルの一部とそれに続く伝送線路、およびパッド部を、ループコイルの一部が上記磁気抵抗効果素子に電流を与えるのに兼用されるから、構造を簡素化、簡略化することができる。
【0008】
【実施態様2】
実施態様2は、上記解決手段または実施態様1におけるループコイル部分の一部を磁気抵抗効果素子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で構成し、かつ、信号処理回路部を有する半導体基板上に一体で構成したことである。
【作用】
チップ部品でモノリシックに構成することができるから、これによりさらに小型化することができる。
【0009】
【実施態様3】
実施態様3は、上記解決手段、実施態様1または実施態様2の、ループコイルと伝送路よりなる近磁界プローブについて、ループコイルからの信号を積分する回路部を設けたことである。
【作用】
ループコイルで得られる信号は微分波形であるので、ループコイルからの出力を積分することで、磁気抵抗効果素子による検知波形については実時間電流波形が得られ、検知できる全周波数範囲について、実時間電流波形が得られる。
【0010】
【実施例】
次いで、図面を参照しつつ実施例について説明する。
1.実施例1
実施例1は、解決手段(請求項1に対応)の範囲のものである。
ループコイル104は基本的には、図15に示す従来のものと違いはないが、ループの一部をFe20−Ni80の膜による磁気抵抗効果素子101で構成した点において違うものである。
この実施例のループコイル104の作製方法の一例は次のとおりである。
石英、ガラスなどの絶縁基板上にFe20−Ni80膜をスパッタ成膜する。このFe20−Ni80膜は磁気抵抗効果膜であって、薄膜に流れる電流値が外部磁界の影響によって変化し、その結果、薄膜の抵抗値が変化するものである(図1)。
この場合に磁気抵抗効果素子は磁性金属部材であれば、目的とする磁界強度に応じて適宜選択すればよい。なお、Fe20−Ni80膜以外にNi−Fe膜、CuMoパーマロイ膜、CoFeBアモルファス膜、FeSiCoBアモルファス薄膜などでもよい。また、Fe20−Ni80膜に関してはメッキ法によっても作製できる。さなに、今回膜厚を5μmとしたが、感度その他の必要に応じて適宜設定することが可能である。
【0011】
次に半導体製作工程に用いられる一般的なフォトリソグラフィ技術とCF+Hを用いたRIE(Reactive Ion Etching)によりパターンを形成する。このパターンは直線状にループコイル104の先端の一部となるもので、磁気抵抗効果素子として機能できる幅10μm×長さ200μmの形状をしている。磁気抵抗効果素子101の幅、長さの具体的な寸法は目的によって適宜選択できる。また、磁気抵抗効果素子による上記パターンの形成法としては他にエッチング法またはウェットエッチング法を採用することもできる。この場合、エッチング液は王水を用いるとよいが、組成については別の液を採用することもできる(図2)。
上記磁気抵抗効果素子101のパターン形成後、絶縁層102としてのSiO膜をスパッタで成膜する。このSiOの成膜にはEB蒸着法(Electron Beam)やCVD法(Chemical Vapor Deposition)などの他の成膜方法を用いることもできる。同様に一般的なフォトリソグラフィ技術とCFe+Hを用いたRIEにより、磁気抵抗効果素子101上にスルーホール103を開ける(図3)。
絶縁層材料としてはSiなどの他の絶縁材料でもよい。絶縁層のエッチングとしてはウェットエッチングでもよいが、基板もエッチングされる場合には基板の裏面をレジストなどで保護することが必要である。
基板としては石英以外の絶縁基板やポリエチレンテレフタレートやポリイミドなどのフレキシブル絶縁基板を採用することもできる。
フォトリソ工程によっては絶縁層を必要としない工程にすることもできる。また、絶縁層はSi窒化膜などのほかの材料でもよい。
次に、ループコイル104の一部とそれに続く伝送線路105、ループコイル用パッド106と磁気抵抗効果素子101に直流電流を与える磁気抵抗効果素子用ケーブル108および磁気抵抗効果素子用パッド107をスパッタにより成膜し、その後、Fe20−Ni80膜と同様にフォトリソ法により作製する。Alの成膜法は蒸着法などの他の成膜方法でもよい。ループコイル基部を構成する非磁性金属は、上記のAlの他にCu,Ag,Au及びその合金などでもよい(図4,5)。
この実施例における伝送線路部105の構造は、平行線路型であるが、他にマイクロストリップ型、トリプレート型等の伝送路にすることもできる。
以上のようにして形成されたものに、図6に示すようなブロックダイアグラムをもつ信号処理回路部をガラスエポキシ基板上で接続する(図5)。なお、この例の図においては演算回路用のDC電源の配置を省略している。
【0012】
図6に示した信号処理回路部は、磁気抵抗効果素子用ケーブル(磁気抵抗効果素子に電流を与えるケーブル)とループコイル用ケーブルとを別にしたタイプである。ループコイル104に誘起される高周波信号は、同軸ケーブル109、同軸ケーブル用コネクター121を介し、ハイパスフィルタ122により低周波ノイズが除去され、ループコイル感度補正用回路123にて感度が調節される。一方、磁気抵抗効果素子101に誘起される信号は、磁気抵抗効果素子用ケーブル108、磁気抵抗効果素子用ケーブルコネクタ124を介し、インピーダンス変化検知回路125内のローパスフィルタ126にて高周波ノイズが除去され、インピーダンス変化が検出されて低周波信号が取り出される。またこのケーブル108を介して直流電源より磁気抵抗効果素子に直流を印加する(図6では不示)。
その後、低周波信号は磁気抵抗効果素子感度補正用回路128にて感度を調節し、
上記高周波信号と出力合成用回路128にて合成され、合成信号を同軸ケーブル用コネクタ129、同軸ケーブル130を介し計測器へ送出する。
この実施例の近磁界プローブでは、およそ100kHz以上の高周波域ではFe20−Ni80膜による磁気抵抗効果素子部及び及びAlによるループコイル基部が一体のループコイルとして機能し、そのループ内に鎖交した磁束に比例した出力電圧を信号処理部で高周波磁界強度に比例した電圧として検出する。
また、およそ100kHz以下でFe20−Ni80膜は十分磁界強度に応じた抵抗変化率を持つので、信号処理回路部から与えた直流電流の変動を基準抵抗で検知することができる。それぞれの感度域の差を予め決めて補正した出力を校正しておき、それぞれの出力を合成することで高周波帯域から低周波帯域の広帯域での電磁ノイズを検出できる。
なお、発生周波数が予め分かっている対象用には、出力を切り換える方式を採ればよい。
この近磁界プローブをスペクトラムアナライザーなどの計測器に接続することで、実稼動状態のPCP等の電磁ノイズやその電流値を100kHz以下の周波数から11GHz以上まで高感度に検知できる近磁界プローブが実現される。
【0013】
2.実施例2
この実施例2は、実施態様2(請求項2に対応)の具体例であるが、これを図7乃至図9を参照しつつ説明する。
実施例2のプローブの製造方法は、上記のとおりの実施例1におけるそれと同じ方法で成形される。構造を簡素化するために、磁気抵抗効果素子201に直流電流を与えるものとして、ループコイル204の一部の配線とそれに続く伝送線路205、およびパッド206を設けている。このループコイル204の一部とそれに続く伝送線路205、およびパッド部206はループコイル部の一部を兼ねるようにしてあり、実施例1と同様に、低周波信号を磁気抵抗効果素子201によって検知し、高周波信号をループコイル204で検知することができるような信号処理回路部を、図9に示すような構成として設けている。他の構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。
この構成では、直流電流231がスペクトラムアナライザーなどの計測器に流れない可能性があるので、これを回避して十分に所要の機能を奏することができるようにする必要がある。構造を簡素化することで、全体を小型化でき、また、プローブをアレー化することが容易である。
【0014】
3.実施例3
実施例3は実施態様2(請求項3に対応)の具体例であるが、これを図10乃至図12を参照しつつ説明する。
予め、図4に示すものと同様の信号処理回路部320をSi半導体基板上に通常の半導体プロセスにより形成し、さらに絶縁層302及びスルーホール303を形成する。実施例2で作製したプローブ部を、同様にして絶縁層302を形成したSi基板上に形成する。プローブ部とSi基板上に形成した信号処理回路部320の接続を、通常の半導体プロセスにおける配線プロセスで行なう。この場合、検出する電磁ノイズの周波数帯域の如何によってはGaAs半導体基板を用いる必要がある。
この実施例3によれば、実施例2と同様な機能を有する近磁界プローブをさらにコンパクトな構成にすることができる。この実施例3では、アンプ部により信号源の近傍で増幅できるため、さらに、S/N比を向上させることができ、微小信号を測定することが可能となる。
【0015】
4.実施例4
実施例4は上記実施態様3(請求項4に対応するもの)の具体例であるが、これを図13,14を参照しつつ説明する。
この実施例4は、ループコイルで得られる信号が微分波形であるので、ループコイルからの出力だけを積分する構成としている。磁気抵抗効果素子による検知波形については実時間電流波形が得られており、検知できる全周波数範囲について、実時間電流波形が得られる。具体的な積分回路としては図14に示すようなものが考えられる。
したがって、プローブをオシロスコープなどに接続することで、容易に広帯域電流プローブを実現することができる。
【0016】
【効果】
本発明のプローブによれば、高周波帯域から低周波帯域の広い帯域の電磁ノイズを検出する近磁界プローブ及び電流プローブを実現することができ、さらに請求項2、請求項3の構成を採ることでこのプローブを小型化することができる。
また、請求項4の構成を採ることで実時間電流波形検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は実施例1のプローブの作製手順1を示す正面図である。
【図2】(a)は実施例1のプローブの作製手順2を示す正面図、(b)は平面図である。
【図3】(a)は実施例1のプローブの作製手順3を示す正面図、(b)は平面図である。
【図4】(a)は実施例1のプローブの作製手順4を示す正面図、(b)は平面図である。
【図5】は実施例1のプローブの平面図である。
【図6】は実施例1の信号処理回路部のブロック図である。
【図7】(a)は実施例2のプローブ先端部の正面図、(b)は平面図である。
【図8】は実施例2のプローブの平面図である。
【図9】は実施例2の信号処理回路部のブロック図である。
【図10】は実施例3のプローブの製作工程1を示す平面図、(b)は正面図である。
【図11】(a)は実施例3の製作工程2の平面図、(b)は正面図である。
【図12】(a)は実施例3の製作工程3の平面図、(b)は正面図である。
【図13】は実施例4の信号処理回路部のブロック図である。
【図14】は実施例4の積分回路部の等価回路図である。
【図15】(a)はループコイルによる従来のプローブの作成低順1の平面図、(b)は作成手順2の平面図である。
【符号の説明】
1a・・・・・・・導電性金属箔
1b・・・・・・・絶縁層シート
2・・・・・・・・ループコイル
3・・・・・・・・伝送線路部
4・・・・・・・・パット部
5・・・・・・・・コネクター
6・・・・・・・・同軸ケーブル
7・・・・・・・・信号処理部
100・・・・・・・・ガラス基板
101,201・・・・・・・・磁気抵抗効果素子
102,302・・・・・・・・絶縁膜
103,303・・・・・・・・スルーホール
104,204・・・・・・・・ループコイル
105,205・・・・・・・・伝送線路
106,206・・・・・・・・ループコイル用パッド
107・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用パッド
108・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用ケーブル
109,209・・・・・・・・同軸ケーブル
120,220,320・・・・・・・・信号処理回路部
121,221・・・・・・・・同軸ケーブル用コネクタ
122,222・・・・・・・・ハイパスフィルタ
123,223・・・・・・・・ループコイル感度補正用回路
124・・・・・・・・磁気抵抗効果素子用ケーブルコネクタ
125,225・・・・・・・・インピーダンス変化検知回路
126,226・・・・・・・・ローパスフィルタ
127,227・・・・・・・・磁気抵抗効果素子感度補正用回路
128,228・・・・・・・・出力合成用回路
129,229・・・・・・・・同軸ケーブル用コネクタ
130,230・・・・・・・・同軸ケーブル
131,231・・・・・・・・直流電源
400・・・・・・・・積分回路
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is a printed wiring board that detects electromagnetic noise from various electric and electronic devices such as electronic copying machines, facsimiles, printing machines, personal computers, household electrical equipment, industrial equipment, etc., and is embedded in the apparatus. A broadband near-field probe used to detect noise from the etc., and to measure the current. The present invention relates to a so-called near-field probe for detection, and is effective when used in an inspection apparatus for electromagnetic interference countermeasures for examining EMC regulation countermeasures for various electronic devices.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, EMC (Electromagnetic Compatibilty) countermeasures, countermeasures from the results of measurements using electromagnetic antennas at a distance of 10m, 30m, etc. in open sites or anechoic chambers defined by legal regulations There is a way to take. Apart from this, there is also a method of detecting the electromagnetic field from the object to be detected with a probe brought close to the measurement at such an authentication site and taking measures against the object. In addition, there is a probe that performs current detection in the vicinity of a relatively large target in which a coil is wound around a cable and used as a loop coil, such as a conventional current probe (Credence probe: US5773974).
In addition, a “magnetic field measurement probe” (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-106379) for detecting a signal generated only by a magnetic field in a symmetrical loop coil and a circuit in a shield box that follows, a sensor formed by etching on a flexible substrate, “Broadband microwave in-situ test device” (Japanese Patent Laid-Open No. 7-191058) having an output connector at the tip of the elbow, which is composed of a printed circuit board and provided with a shield, “Magnetic probe for electromagnetic noise measurement, electromagnetic There is an electric field probe for noise measurement and an electromagnetic noise measurement device "(Japanese Patent Laid-Open No. 8-248080), and in a probe composed of a metal wire coil, a connector and a resistor, There is an “EMI probe” (Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-67977) provided with a shield plate. “Radiation evaluation apparatus and method” (Japanese Patent Laid-Open No. 10-307159), which measures the in-phase noise of a current-carrying cable with a probe and approximates and estimates the radiated electric field noise in the far field from the data. , A negative feedback coil is provided in an element whose impedance change is proportional to the magnetic field intensity, and the “magnetic impedance sensor” (Japanese Patent Laid-Open No. 11-109006), which improves the linearity of the output with respect to the magnetic field, Various things are known.
Also, a near-field probe is made of a thin film, a shield is provided on the transmission line, and the transmission line is made of a triplate structure to reduce measurement errors. There is a “near magnetic field probe, a near magnetic field probe unit, and a near magnetic field probe system” (Japanese Patent Application No. 9-59267), which is configured to improve the positioning accuracy of the location.
[0003]
The outline of the configuration of the loop coil type near-field probe used in the above prior art is basically as shown in FIG. 15 of the present application drawing. The loop coil part 2, the transmission line part 3, and the pad part 4 The conductive metal (non-magnetic metal such as aluminum) foil 1a is cut to form a detection portion, which is composed of an insulating sheet 1b such as an epoxy substrate that also serves as a support member, and a conductive metal foil 1a. (Fig. (A)) is processed into a predetermined shape as described above. The core portion of the connector 5 is connected to the pad portion 4, and the connector is connected to the signal processing portion 7 via the coaxial cable 6.
The near-field probe provided with such a loop coil portion has a high sensitivity in the high frequency band but a low sensitivity in the low frequency band because the loop coil portion is made of a nonmagnetic metal. Therefore, this is not suitable for detecting electromagnetic noise in the low frequency band. Therefore, when using these loop coil type near magnetic field probes, a separate loop coil type near field probe for detecting low frequency band noise is required. Need to use.
[0004]
[Problems to be solved]
Therefore, the present invention is to devise the mechanism of the loop coil type near magnetic field probe including the loop coil part, the conductive line and the pad part, and the signal processing part so as to improve the sensitivity in the low frequency band. That is the subject.
[0005]
[Measures taken to solve the problem]
The means taken in order to solve the above-mentioned problem is that a part of the loop coil part is made of a magnetic metal member on the premise of a loop coil type near-field probe having a loop coil part, a conductive line and pad part, and a signal processing part. This is a magnetoresistive effect element.
[0006]
[Action]
A loop base portion made of a non-magnetic metal such as aluminum and a magnetoresistive element made of a magnetic metal member are integrated to form a loop coil portion. For example, this functions as an integral loop coil in a high frequency band of 100 kHz or higher. Then, an induced voltage, which is a high-frequency signal, is generated according to the change in the magnetic flux density linked in the loop coil, and this is detected by the signal processing unit. Then, the value of the current flowing in the magnetoresistive effect element by the magnetic metal member changes due to the influence of the external magnetic field, and the resistance value of the thin film changes.
For example, in a low frequency band of 100 kHz or less, a magnetoresistive effect element made of a magnetic metal member has a sufficient resistance change rate corresponding to the magnetic field strength, so that a change in DC current applied from the signal processing circuit unit is detected by a reference resistance. Can do.
Therefore, the difference between the sensitivity ranges in the high frequency band and the low frequency band is determined in advance, the corrected output is calibrated, and the respective outputs are synthesized to generate a near magnetic field in a wide band from the high frequency band to the low frequency band. Noise can be detected. It should be noted that a method of switching the output can be adopted for a target whose frequency of the generated electromagnetic wave is known in advance.
By connecting this near magnetic field probe to a measuring instrument such as a spectrum analyzer, it is possible to detect electromagnetic noise and current values of PCP or the like in an actual operating state from 100 kHz to 1 GHz or a wider band with high sensitivity.
[0007]
Embodiment 1
In the first embodiment, a current is applied to the magnetoresistive effect element in the above solution using a portion other than the magnetoresistive effect element of the loop coil.
[Action]
A part of the loop coil, a subsequent transmission line, and a pad are provided. A part of the loop coil, the subsequent transmission line, and the pad part are provided, and a part of the loop coil supplies a current to the magnetoresistive effect element. Therefore, the structure can be simplified and simplified.
[0008]
Embodiment 2
A second embodiment is a semiconductor having a signal processing circuit unit in which a loop coil, a transmission line unit, and a pad unit are partly made of a thin film as a magnetoresistive effect element in the above solution or the first embodiment. That is, it is integrated on the substrate.
[Action]
Since the chip component can be monolithically configured, this can further reduce the size.
[0009]
Embodiment 3
The third embodiment is that the circuit unit for integrating the signal from the loop coil is provided for the near-field probe comprising the loop coil and the transmission line of the above-described solution means, the first embodiment, or the second embodiment.
[Action]
Since the signal obtained by the loop coil is a differential waveform, by integrating the output from the loop coil, a real-time current waveform is obtained for the detection waveform by the magnetoresistive effect element, and the real-time current waveform is obtained for the entire frequency range that can be detected. A current waveform is obtained.
[0010]
【Example】
Next, examples will be described with reference to the drawings.
1. Example 1
The first embodiment is within the scope of the solution (corresponding to claim 1).
Basically, the loop coil 104 is not different from the conventional one shown in FIG. 15, but is different in that a part of the loop is composed of the magnetoresistive effect element 101 made of a film of Fe 20 —Ni 80 .
An example of a method for manufacturing the loop coil 104 of this embodiment is as follows.
Quartz, it is formed by sputtering an Fe 20 -Ni 80 film on an insulating substrate such as glass. This Fe 20 -Ni 80 film is a magnetoresistive film, and the value of the current flowing through the thin film changes due to the influence of an external magnetic field, and as a result, the resistance value of the thin film changes (FIG. 1).
In this case, if the magnetoresistive element is a magnetic metal member, it may be appropriately selected according to the intended magnetic field strength. In addition to the Fe 20 -Ni 80 film, a Ni—Fe film, a CuMo permalloy film, a CoFeB amorphous film, a FeSiCoB amorphous thin film, or the like may be used. Further, the Fe 20 -Ni 80 film can also be produced by a plating method. Although the film thickness is 5 μm this time, it can be appropriately set according to sensitivity and other needs.
[0011]
Next, a pattern is formed by a general photolithography technique used in a semiconductor manufacturing process and RIE (Reactive Ion Etching) using CF 4 + H 2 . This pattern linearly becomes a part of the tip of the loop coil 104 and has a shape of width 10 μm × length 200 μm that can function as a magnetoresistive element. Specific dimensions of the width and length of the magnetoresistive element 101 can be appropriately selected depending on the purpose. In addition, an etching method or a wet etching method can also be adopted as a method for forming the pattern by the magnetoresistive effect element. In this case, aqua regia should be used as the etching solution, but another solution may be used for the composition (FIG. 2).
After forming the pattern of the magnetoresistive effect element 101, a SiO 2 film as the insulating layer 102 is formed by sputtering. Other film forming methods such as EB vapor deposition (Electron Beam) and CVD (Chemical Vapor Deposition) can also be used for the film formation of SiO 2 . Similarly, a through hole 103 is opened on the magnetoresistive element 101 by a general photolithography technique and RIE using CFe + H 2 (FIG. 3).
The insulating layer material may be other insulating materials such as Si 3 N 4 . Etching of the insulating layer may be wet etching, but when the substrate is also etched, it is necessary to protect the back surface of the substrate with a resist or the like.
As the substrate, an insulating substrate other than quartz or a flexible insulating substrate such as polyethylene terephthalate or polyimide can be adopted.
Depending on the photolithography process, it may be a process that does not require an insulating layer. The insulating layer may be other materials such as a Si nitride film.
Next, a part of the loop coil 104 and the subsequent transmission line 105, the loop coil pad 106, the magnetoresistive effect element cable 108 for applying a direct current to the magnetoresistive effect element 101, and the magnetoresistive effect element pad 107 are sputtered. After the film formation, it is manufactured by the photolithography method in the same manner as the Fe 20 -Ni 80 film. The Al film forming method may be another film forming method such as an evaporation method. The nonmagnetic metal constituting the loop coil base may be Cu, Ag, Au and alloys thereof in addition to the above Al (FIGS. 4 and 5).
The structure of the transmission line unit 105 in this embodiment is a parallel line type, but it can also be a transmission line such as a microstrip type or a triplate type.
A signal processing circuit portion having a block diagram as shown in FIG. 6 is connected on the glass epoxy substrate to the device formed as described above (FIG. 5). In the drawing of this example, the arrangement of the DC power supply for the arithmetic circuit is omitted.
[0012]
The signal processing circuit unit shown in FIG. 6 is a type in which a cable for a magnetoresistive effect element (a cable for supplying a current to the magnetoresistive effect element) and a cable for a loop coil are separately provided. Low frequency noise is removed from the high frequency signal induced in the loop coil 104 by the high pass filter 122 via the coaxial cable 109 and the coaxial cable connector 121, and the sensitivity is adjusted by the loop coil sensitivity correction circuit 123. On the other hand, the signal induced in the magnetoresistive effect element 101 has high frequency noise removed by the low pass filter 126 in the impedance change detection circuit 125 via the magnetoresistive effect element cable 108 and the magnetoresistive effect element cable connector 124. The impedance change is detected and the low frequency signal is extracted. Further, a direct current is applied to the magnetoresistive effect element from the direct current power source via this cable 108 (not shown in FIG. 6).
After that, the sensitivity of the low frequency signal is adjusted by the magnetoresistive effect element sensitivity correction circuit 128,
The high frequency signal is combined with the output combining circuit 128, and the combined signal is sent to the measuring instrument via the coaxial cable connector 129 and the coaxial cable 130.
In the near-field probe of this embodiment, the magnetoresistive effect element portion made of Fe 20 -Ni 80 film and the loop coil base portion made of Al function as an integral loop coil in a high frequency range of about 100 kHz or more, and the interlinkage is formed in the loop. The signal processing unit detects an output voltage proportional to the magnetic flux as a voltage proportional to the high-frequency magnetic field strength.
Further, since the Fe 20 -Ni 80 film has a resistance change rate corresponding to the magnetic field strength sufficiently at about 100 kHz or less, the fluctuation of the direct current applied from the signal processing circuit section can be detected by the reference resistance. By calibrating the output in which the difference between the respective sensitivity ranges is determined and corrected, and synthesizing the outputs, electromagnetic noise in a wide band from a high frequency band to a low frequency band can be detected.
In addition, what is necessary is just to take the system which switches an output for the object for which generation frequency is known beforehand.
By connecting this near-field probe to a measuring instrument such as a spectrum analyzer, a near-field probe that can detect electromagnetic noise such as PCP in actual operation and its current value with high sensitivity from a frequency of 100 kHz or less to 11 GHz or more is realized. The
[0013]
2. Example 2
Example 2 is a specific example of Embodiment 2 (corresponding to claim 2), which will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method of the probe of Example 2 is formed by the same method as that of Example 1 as described above. In order to simplify the structure, a part of the wiring of the loop coil 204, the transmission line 205, and the pad 206 are provided to provide a direct current to the magnetoresistive effect element 201. A part of the loop coil 204, the subsequent transmission line 205, and the pad part 206 serve as a part of the loop coil part, and a low frequency signal is detected by the magnetoresistive effect element 201 as in the first embodiment. A signal processing circuit unit that can detect a high-frequency signal with the loop coil 204 is provided as shown in FIG. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
In this configuration, there is a possibility that the direct current 231 does not flow to a measuring instrument such as a spectrum analyzer. Therefore, it is necessary to avoid this and sufficiently perform a required function. By simplifying the structure, the whole can be reduced in size, and the probes can be easily arrayed.
[0014]
3. Example 3
Example 3 is a specific example of Embodiment 2 (corresponding to claim 3), which will be described with reference to FIGS.
A signal processing circuit unit 320 similar to that shown in FIG. 4 is previously formed on a Si semiconductor substrate by a normal semiconductor process, and an insulating layer 302 and a through hole 303 are further formed. The probe part produced in Example 2 is formed on the Si substrate on which the insulating layer 302 is formed in the same manner. The probe unit and the signal processing circuit unit 320 formed on the Si substrate are connected by a wiring process in a normal semiconductor process. In this case, it is necessary to use a GaAs semiconductor substrate depending on the frequency band of electromagnetic noise to be detected.
According to the third embodiment, the near-field probe having the same function as that of the second embodiment can be made more compact. In the third embodiment, amplification can be performed in the vicinity of the signal source by the amplifier unit, so that the S / N ratio can be further improved and a minute signal can be measured.
[0015]
4). Example 4
Example 4 is a specific example of the third embodiment (corresponding to claim 4), which will be described with reference to FIGS.
In the fourth embodiment, since the signal obtained from the loop coil is a differential waveform, only the output from the loop coil is integrated. A real-time current waveform is obtained for the detection waveform by the magnetoresistive effect element, and a real-time current waveform is obtained for the entire frequency range that can be detected. A specific integration circuit as shown in FIG. 14 is conceivable.
Therefore, a broadband current probe can be easily realized by connecting the probe to an oscilloscope or the like.
[0016]
【effect】
According to the probe of the present invention, it is possible to realize a near-field probe and a current probe that detect electromagnetic noise in a wide band from a high frequency band to a low frequency band, and further, by adopting the configurations of claims 2 and 3. This probe can be miniaturized.
Further, by adopting the configuration of claim 4, real-time current waveform detection is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a procedure 1 for producing a probe of Example 1. FIG.
2A is a front view showing a procedure 2 for producing a probe of Example 1, and FIG. 2B is a plan view.
3A is a front view showing a procedure 3 for producing the probe of Example 1, and FIG. 3B is a plan view.
4A is a front view showing a procedure 4 for producing the probe of Example 1, and FIG. 4B is a plan view.
5 is a plan view of the probe of Example 1. FIG.
FIG. 6 is a block diagram of a signal processing circuit unit according to the first embodiment.
7A is a front view of the probe tip of Example 2, and FIG. 7B is a plan view.
FIG. 8 is a plan view of the probe of Example 2.
FIG. 9 is a block diagram of a signal processing circuit unit according to the second embodiment.
10 is a plan view showing manufacturing process 1 of the probe of Example 3, and FIG. 10 (b) is a front view.
11A is a plan view of a manufacturing process 2 according to the third embodiment, and FIG. 11B is a front view.
12A is a plan view of a manufacturing process 3 according to the third embodiment, and FIG. 12B is a front view thereof.
FIG. 13 is a block diagram of a signal processing circuit unit according to a fourth embodiment.
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of an integrating circuit unit according to the fourth embodiment.
FIG. 15A is a plan view of a conventional probe creation sequence using a loop coil in the ascending order 1; FIG. 15B is a plan view of a creation procedure 2;
[Explanation of symbols]
1a .... Conductive metal foil 1b .... Insulating layer sheet 2 ... Loop coil 3 ... Transmission line 4 ... ... Pat part 5 ... Connector 6 ... Coaxial cable 7 ... Signal processing part 100 ... Glass Substrate 101, 201 ... Magnetoresistive element 102, 302 ... Insulating film 103, 303 ... Through hole 104, 204 ... ... Loop coils 105, 205 ... Transmission lines 106, 206 ... Loop coil pads 107 ... Magnetoresistive element pads 108 .... Magnetoresistance effect element cables 109, 209 ... Coaxial cables 120, 220 320... Signal processing circuit units 121, 221... Coaxial cable connectors 122 and 222... High pass filters 123 and 223. .. Loop coil sensitivity correction circuit 124... Cable connectors 125 and 225 for magnetoresistive effect elements... Impedance change detection circuits 126 and 226. Low-pass filter 127, 227 ... Magnetoresistive effect element sensitivity correction circuit 128, 228 ... Output synthesis circuit 129, 229 ... Coaxial cable Connectors 130, 230 ... Coaxial cables 131, 231 ... DC power supply 400 ... Integration circuit

Claims (4)

ループコイル部、伝送線路パッド部及び信号処理部を備えた近磁界プローブにおいて、
上記ループコイル部の一部を磁性金属部材による磁気抵抗効果素子としたことを特長とする広帯域近磁界プローブ。
In the near magnetic field probe including the loop coil portion, the transmission line pad portion, and the signal processing portion,
A broadband near-field probe characterized in that a part of the loop coil portion is a magnetoresistive effect element made of a magnetic metal member.
上記磁気抵抗効果素子に、ループコイルの上記磁気抵抗効果素子以外の部分を使って電流を与えるようにした請求項1の広帯域近磁界プローブ。2. The broadband near-field probe according to claim 1, wherein a current is applied to the magnetoresistive element using a portion other than the magnetoresistive element of the loop coil. 上記ループコイル部分の一部を磁気抵抗効果素子としたループコイル、伝送線路部、パッド部を薄膜で構成し、かつ、信号処理回路部を有する半導体基板上に一体で構成した請求項1または請求項2の広帯域近磁界プローブ。The loop coil having a part of the loop coil portion as a magnetoresistive effect element, the transmission line portion, and the pad portion are formed of a thin film and integrally formed on a semiconductor substrate having a signal processing circuit portion. The broadband near-field probe according to Item 2. 上記ループコイルからの信号を積分する回路部を設けた請求項1乃至請求項3の広帯域近磁界プローブ。4. The broadband near-field probe according to claim 1, further comprising a circuit unit for integrating a signal from the loop coil.
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