JP5574482B2 - 磁気センサ及びｅｍｃ試験用検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサ及びＥＭＣ試験用検出装置に関し、特に、ＧＨｚ帯域の高周波磁界の検出に好適な磁気センサ及びＥＭＣ試験用検出装置に関する。

特許文献１には、高周波磁界強度に対して超高周波まで滑らから応答を示す磁気センサが開示されている。この種の磁気センサは、磁気を検出するセンサとして機能するシールディドループコイルと、同軸線等に接続される高周波接続部と、シールディドループコイルおよび高周波接続部とを接続する出力リード部とから構成されている。シールディドループコイル１００のサイズは、外部が３．６［ｍｍ］×６．８［ｍｍ］の長方形、内部が１．８［ｍｍ］×４．８［ｍｍ］の長方形形状となっている、とされている。

特開２００４−０６９３３７号公報

特許文献１に開示されている磁気センサは、シールディドループコイルが相対的に大面積である。この場合には、ビアのサイズとの兼ね合いから、ビアの形成位置が問題となることはない。

しかし、近年、部品の小型化に伴い高分解能が要求されることにより、シールディドループコイルの小面積化が進んでいる。このため、ビアをシールディドループコイル上に形成しにくい、或いは、形成できないという問題が生じている。ビアの形成位置が好ましくないと、例えば、自己共振用周波数の低下による周波数特性の劣化、或いは、電界遮蔽性の劣化を伴うなどの影響が出る。

そこで、本発明は、自己共振用周波数の低下による周波数特性の劣化、或いは、電界遮蔽性の劣化が生じない条件で、ビアの形成位置を工夫した小型の磁気センサを提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、本発明の磁気センサ及びＥＭＣ試験用検出装置は、
直線的形状の第１部分と、前記第１部分に隣接するループ形状の第２部分と、前記第２部分に隣接する円形状の第３部分とが直列的配置された信号線路を備え、
前記第３部分は、前記信号線路の端部であって、前記第１部分に並列的に配置されている。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。なお、各図において、同様の部分には、同一符号を付している。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。図１（ａ）にはグランド線路１２が形成された第１基板１０を示し、図１（ｂ）には信号線路２２が形成された第２基板２０を示し、図１（ｃ）にはグランド線路３２が形成された第３基板３０を示している。第１基板１０，第２基板２０，第３基板３０は、いわゆる絶縁基板であり、これらを多層的に組み合わせることで、いわゆるトリプレート構造の磁気センサを形成している。

まず、第２基板２０の構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、信号線路２２は、直線的形状のインピーダンスラインとも称される第１部分２４と、第１部分２４に隣接するループ部とも称されるループ形状の第２部分２６と、第２部分２６に隣接する週端部とも称される円形状の第３部分２８とが直列的に配置されている。第３部分２８は、信号線路２２の端部であって、第１部分２４に並列的に配置されている。なお、信号線路２２の素材は、既知のように、例えば銅を用いることができる。

ここで、信号線路２２のサイズの一例を示すと、まず、信号線路２２の幅を約０．０２ｍｍとしている。第２部分２６のサイズは、主として、第２基板２０の先端の幅によって決定される。

すなわち、図１に示す例では、第２基板２０の先端の幅として例えば２ｍｍ確保していて、この場合には、第２部分２６は、例えば、長手方向の長さを１．８６ｍｍとし、短手方向の長さを０．２４ｍｍとすることができる。

一方、第２基板２０の先端の幅として例えば１ｍｍ確保できる場合には、第２部分２６は、例えば、長手方向の長さを０．８６ｍｍとし、短手方向の長さを０．２３ｍｍとすることができる。

さらに、第２基板２０の先端の幅として例えば０．５ｍｍ確保できる場合には、第２部分２６は、例えば、長手方向の長さを０．４４ｍｍとし、短手方向の長さを０．１８ｍｍとすることができる。

また、第３部分２８は、例えば、スルーホールの穴径が例えば０．２φで、パッドの外径が０．４φのドーナツ形状とすることができる。なお、スルーホールとは、ビアとパッドとによって構成される。

つぎに、第１基板１０及び第３基板３０の構成について説明する。図１（ａ），図１（ｃ）に示すように、グランド線路１２，３２は、第１部分２４に対応する形状の第１領域１４，３４と、第２部分２６に対応していて第１領域１４，３４の幅を超える幅の第２領域１６，３６と、第３部分２８に対応していて第１領域１４，３４及び第２領域１６，３６と重なる態様で形成されている第３領域１８，３８とを有する。

ここで、グランド線路１２，３２のサイズは、第１基板１０及び第３基板３０のサイズに依存する。グランド線路１２，３２のサイズの一例を示すと、第１領域１４，３４の幅は、約０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとしている。

仮に、第１基板１０及び第３基板３０の先端の幅として例えば２ｍｍ確保できる場合には、例えば、０．１６ｍｍの幅で、約０．０８ｍｍ×１．６８ｍｍのサイズの磁束変化検出領域となる条件で、第２領域１６，３６を形成することができる。

一方、第１基板１０及び第３基板３０の先端の幅として例えば１ｍｍ確保できる場合には、例えば、０．１５ｍｍの幅で、約０．０８ｍｍ×０．７０ｍｍのサイズの磁束変化検出領域となる条件で、第２領域１６，３６を形成することができる。

さらに、第１基板１０及び第３基板３０の先端の幅として例えば０．５ｍｍ確保できる場合には、例えば、０．１０ｍｍの幅で、約０．０８ｍｍ×０．３８ｍｍのサイズの磁束変化検出領域となる条件で、第２領域１６，３６を形成することができる。

また、第３領域１８，３８は、約０．２φのビアとすることができる。

ここで、図１（ａ）〜図１（ｃ）から明らかなように、本実施形態に係るシールディドループコイルの場合、第３部分２８のサイズは、第２領域１６，３６におけるグランド線路幅よりも大きい。

とすれば、特許文献１の磁気センサにように、第２領域１６，３６に対応する位置に第３部分２８を設けることができない。そこで、本実施形態では、第３部分２８を、第２領域１６，３６に対応する位置ではなく、第１領域１４，３４に並列的に隣接する位置に設けている。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）〜図１（ｃ）に対応する。

図２に示すシールディドループコイルは、図１に示すシールディドループコイルと対比すると、以下の点が相違する。すなわち、
１．第３部分２８の位置を、その中央部分が第２基板２０の先端から例えば０．７ｍｍ〜０．８５ｍｍ程度内側となるようにし、かつ、
２．更に、第３部分２８の位置を、その中央部分が、第２基板２０の短手方向の中央になるようにし、
３．これらに応じて、第３領域１８，３８の形成位置も変更し、かつ、
４．第１部分２４は、第３部分２８の位置に対応した凸部分２４Ａを有する、
という点が相違する。

第２基板２０の先端に対する第３部分２８の距離は、磁束に対する共振周波数の観点から、可能な限り短いほうが好ましい。したがって、この点のみ考慮すれば、図２に示すシールディドループコイルよりも図１に示したものの方が好ましいので、上記１に係る変更はデメリットとなる。

しかし、上記２に係る変更によって、本実施形態のシールディドループコイルは、信号線路２２の形状の対称性を実現することができる。これは、磁界の検出面では、図１に示すシールディドループコイルより、電界遮蔽特性が向上するというメリットがある。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）〜図２（ｃ）に対応する。

図３に示すシールディドループコイルは、図２に示すシールディドループコイルと対比すると、以下の点が相違する。すなわち、
１．第３部分２８の位置を、その中央部分が、第２基板２０の短手方向の中央から偏心させている、
２．これらに応じて、第３領域１８，３８のサイズを小さくしている、
という点が相違する。

第３領域１８，３８のサイズを小さくできると、電界の影響を低減でき、電界遮蔽性が向上する。また、図３に示すシールディドループコイルの場合には、図２に示すシールディドループコイルのような形状の対称性を維持することが可能となる。

（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４に係るシールディドループコイルの模式的な構成図である。実施形態１〜３に係るシールディドループコイルの場合には、信号線路２４を第１部分〜第３部分の全てにおいて同じ幅で形成している。

これに対して、本実施形態のシールディドループコイルの場合には、第２部分２６における信号線路幅を途中から広げている。具体的には、第２部分２６の中央付近から信号線路幅を０．０２ｍｍから０．１６ｍｍに広げている。

ここで、第２部分２６の中央付近から信号線路幅を広げているが、これに限定されない。すなわち、第２部分２６の中央付近よりも第１部分２４側で信号線路幅を広げる、或いは、反対に、第２部分２６の中央付近よりも第３部分２８側で信号線路幅を広げることも可能である。

前者の場合、自己共振周波数が上昇するため、周波数特性が改善される可能性がある、一方で、線幅の増大により位置の不明確性が増加し、分解能が低下する可能性がある。分解能とは、後述するように、磁気センサ直下にＥＭＣノイズ源が位置する場合に、磁気センサの出力が最大値となるが、この最大値から例えば６ｄＢの電界強度の低下が生じる位置まで磁気センサを水平方向に移動させたときの当該移動距離のことをいう。また、分解の低下の原因は、グランド線路１２，３２の第２領域１６，３６は、その中央から第１領域１４，３４側が通過伝送線路とみなせ、かつ、その中央から第３領域１８，３８側が終端短絡した伝送線路とみなすことができることによる。

したがって、反対に、後者の場合には、これとは逆に、周波数特性が低下する可能性がある、一方で、分解能が向上する可能性があるという、トレードオフの関係にある。

このことから、優れた周波数特性が要求される分野については、第２部分２６の中央付近よりも第１部分２４側で信号線路幅が広がっているシールディドループコイルを備える磁気センサが好適である。

一方、優れた分解能が要求される分野については、第２部分２６の中央付近よりも第３部分２８側で信号線路幅が広がっているシールディドループコイルを備える磁気センサが好適である。

図４に示す例は、図１に示したものに対して、周波数特性と分解能とをバランスよく向上させるためのものであり、上記事情に鑑みて第２部分２６の中央付近から信号線路幅を広げている。

図５は、図３及び図４に示すシールディドループコイルに係る磁気センサの周波数特性を示す図である。図５の横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は感度を示している。図５に示すように、図３に示すシールディドループコイルに係る磁気センサに比して、図４に示すシールディドループコイルに係る磁気センサの周波数特性が優れていることが分かる。

図６は、図３に示すシールディドループコイルに係るいわゆる垂直コイルタイプの空間分解能の測定結果を示す図である。図６の横軸は磁気センサと測定対象との水平方向距離［ｍｍ］を示し、縦軸は電界強度［ｄＢ］を示している。

ここでは、図示しない一本の信号線に電流を流した状態で、図６内の枠内に示すように、磁気センサと測定対象との垂直方向距離［ｍｍ］を変更して空間分解能を測定している。図６によれば、信号線と磁気コイルとの垂直距離により磁気センサからの出力がどのように変化するかが分かる。

図６に示すように、磁気センサと測定対象との水平方向距離が０ｍｍに近いほど、電界強度が優れていることがわかる。また、磁気センサと測定対象との垂直方向距離が０ｍｍに近いほど、電界強度が優れていることがわかる。さらに、磁気センサと測定対象との水平方向距離がプラス方向に増加した場合とマイナス方向に増加した場合とでは略同じ電界強度であることがわかる。

図７は、図３に示すシールディドループコイルに係るいわゆる水平コイルタイプの空間分解能の測定結果を示す図である。図７の横軸は磁気センサと測定対象との水平方向距離［ｍｍ］を示し、縦軸は電界強度［ｄＢ］を示している。

ここでも、図６の場合と同様に、磁気センサと測定対象との垂直方向距離［ｍｍ］を変更して、空間分解能を測定している。図７に示すように、磁気センサと測定対象との水平方向距離が０ｍｍ付近では電界強度が劣化することがわかる。また、磁気センサと測定対象との水平方向距離が０ｍｍに近いほど、電界強度が優れていることがわかる。さらに、磁気センサと測定対象との水平方向距離がプラス方向に増加した場合とマイナス方向に増加した場合とでは略同じ電界強度であることがわかる。

（実施形態５）
図８は、本発明の実施形態のＥＭＣ試験用検出装置の模式的な外観図である。図８に示すＥＭＣ試験用検出装置は、検査対象が裁置される裁置台１００と、裁置台１００に設けられている非常停止ボタン１１０Ａ及び操作ボタン１１０Ｂと、実施形態１等の磁気センサが先端に取り付けられているプローブ１５０と、プローブ１５０を把持するプローブチャック１３０と、プローブ１５０と検査対象との位置を規定するためのレーザ１２０と、レーザ１２０の発光及び受光処理及びプローブチャック１３０の回転処理及び磁気センサからの信号増幅処理等を行う処理部１４０と、処理部１４０をそれぞれＸＹＺ方向に移動させるＸ方向移動部１６０及びＹ方向移動部１７０及びＺ方向移動部１８０と、裁置台１００に裁置される検査対象を撮像する撮像部１９０と、撮像部１９０を平面方向に移動させるアーム部２００と、各部の動作の制御を司るコントローラ部２１０とを備える。

このＥＭＣ試験用検出装置は、パーソナルコンピュータなどに接続されている。マウスなどの入力デバイスからの信号に応じて、コントローラ部２１０が各部に対して動作命令を出力し、その結果、撮像部１９０からの画像データがディスプレイなどの出力デバイスに表示される。

つぎに、図８に示すＥＭＣ試験用検出装置の使用方法及び動作について説明する。まず、ＥＭＣ試験用検出装置の裁置台１００に対して検査対象を裁置する。つぎに、ＥＭＣ試験用検出装置がオンされている状態で、操作ボタン１１０Ｂが押下されると、それに応じて、コントローラ部２１０からプローブチャック１３０，Ｘ方向移動部１６０，Ｙ方向移動部１７０，Ｚ方向移動部１８０に対して、適宜、駆動信号が出力される。その結果、処理部１４０が回転又は移動を開始する。

この際、処理部１４０からレーザ１２０が出光され、かつ、処理部１４０でレーザ１２０が受光される。こうして、プローブ１５０と検査対象との距離を測定することによって、検査対象から所定の高さをトレースして、プローブ１５０と検査対象との衝突を回避して、プローブ１５０に取り付けられている磁気センサの破損を防止している。なお、ユーザが非常停止ボタン１１０Ａを押下することで、処理部１４０の移動を停止させることも可能である。

つぎに、プローブ１５０に取り付けられた磁気センサによって磁気ノイズのセンシングが行われる。センシング結果は、処理部１４０において信号増幅処理等がなされ、コントローラ部２１０を経由して、パーソナルコンピュータに出力される。

これとは別に、パーソナルコンピュータに接続されているマウスなどの入力装置からの信号に応じて、コントローラ部２１０が、アーム部２００を移動させ、かつ、撮像部１９０によって検査対象を撮像させ、撮像結果がパーソナルコンピュータに出力される。

この結果、パーソナルコンピュータに接続されているディスプレイなどを通じて、撮像結果とセンシング結果とを表示させることが可能となる。

本発明は、ＥＭＣノイズの発生源に対する検査時に利用可能である。

本発明の実施形態１の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。 本発明の実施形態２の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。 本発明の実施形態３の磁気センサを構成するシールディドループコイルの模式的な分解図である。 本発明の実施形態４に係るシールディドループコイルの模式的な構成図である。 図３及び図４に示すシールディドループコイルに係る磁気センサの周波数特性を示す図である。 図３に示すシールディドループコイルに係るいわゆる垂直コイルタイプの空間分解能の測定結果を示す図である。 図３に示すシールディドループコイルに係るいわゆる水平コイルタイプの空間分解能の測定結果を示す図である。 本発明の実施形態のＥＭＣ試験用検出装置の模式的な外観図である。

１０ 第１基板
１２，３２ グランド線路
２０ 第２基板
２２ 信号線路
３０ 第３基板
１００ 裁置台
１１０Ａ 非常停止ボタン
１１０Ｂ 操作ボタン
１２０ レーザ
１３０ プローブチャック
１４０ 処理部
１５０ プローブ
１６０ Ｘ方向移動部
１７０ Ｙ方向移動部
１８０ Ｚ方向移動部
１９０ 撮像部
２００ アーム部
２１０ コントローラ部

Claims (7)

1. 直線的形状の第１部分と、前記第１部分に隣接するループ形状の第２部分と、前記第２部分に隣接する円形状の第３部分とが直列的に配置された信号線路を備え、
   前記第３部分は、前記信号線路の端部であって、前記第１部分に並列的に配置され、
   前記第１部分は、前記第３部分の位置に対応した凸部分を有する、磁気センサ。
2. 前記第２部分は、相対的に信号線路幅が広い部分と狭い部分とを含む、請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第１部分に対応する形状の第１領域と、前記第２部分に対応していて前記第１領域の幅を超える幅の第２領域と、前記第３部分に対応していて前記第１領域と重なる態様で形成されている第３領域とを有するグランド線路を備える、請求項１記載の磁気センサ。
4. 前記第３領域は、更に、前記第２領域にも重なる態様で形成されている、請求項３記載の磁気センサ。
5. 前記第３部分は、前記第１領域の幅方向の中心位置に対して偏心した位置に形成されている、請求項３記載の磁気センサ。
6. 請求項１記載の磁気センサが取り付けられているプローブ。
7. 請求項１記載の磁気センサと、前記磁気センサが取り付けられているプローブと、前記磁気センサからの信号を処理する処理部とを備えるＥＭＣ試験用検出装置。