JP6323264B2

JP6323264B2 - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP6323264B2
Application number: JP2014179193A
Authority: JP
Inventors: 昌利荒尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: JP2016054201A

Description

本発明は、外部磁界の変化を検出する磁気検出装置に関する。

従来より、保護抵抗素子と磁気抵抗素子とが電源とグランドとの間に直列接続される磁気センサが、例えば特許文献１で提案されている。保護抵抗素子は、電源から磁気抵抗素子に加わるノイズに対する保護用素子として機能する。また、保護抵抗素子は、１本の導電路が蛇行状に屈曲するようにレイアウトされている。これにより、保護抵抗素子の導電路長が確保されている。

特開２０１３−２４２２９９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、保護抵抗素子の折れ曲がり部分において、ノイズに起因するノイズ電流は最も抵抗が小さくなるように折れ曲がり部分の内側を流れるので、当該折れ曲がり部分の内側の角部にノイズ電流が集中してしまう。このため、ノイズ電流によって当該角部が破壊の起点となり、ひいては保護抵抗素子が壊れてしまうという問題がある。

そこで、保護抵抗素子に流れるノイズ電流の電流密度を小さくするために導電路を長くすることが考えられる。しかし、磁気センサに占める保護抵抗素子のサイズが大きくなってしまい、磁気センサを構成するセンサチップのサイズを大きくする必要がある。また、導電路を長くしたとしても折れ曲がり部分は必要となるので、上記と同じ問題が発生してしまう。

本発明は上記点に鑑み、蛇行状にレイアウトされた保護抵抗素子の破壊を防止することができる磁気検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１３）を有する基板（１０）を備えている。また、基板（１０）の一面（１３）に設けられていると共に磁性体材料によって形成されており、外部磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する磁気抵抗素子（２０）を備えている。

さらに、基板（１０）の一面（１３）に設けられており、電源と磁気抵抗素子（２０）との間に電気的に接続されると共に、電源から入力されるノイズに起因したノイズ電流に対して磁気抵抗素子（２０）を保護する保護抵抗素子（３０）を備えている。

そして、保護抵抗素子（３０）は、一方の端部（３５ａ）と一方の端部（３５ａ）とは反対側の他方の端部（３５ｂ）とを有する直線部（３５）を複数有し、複数の直線部（３５）が並列に配置された配線部（３３）を有している。

また、保護抵抗素子（３０）は、複数の直線部（３５）よりも抵抗値が小さく、複数の直線部（３５）を蛇行状に繋ぐように複数の直線部（３５）の各端部（３５ａ、３５ｂ）を電気的に接続する接続部（３４）を有し、基板（１０）は、半導体基板（１１）と、半導体基板（１１）の上に形成された絶縁膜（１２）と、を有しており、保護抵抗素子（３０）は、半導体基板（１１）のうち接続部（３４）に対応した位置の表層部に形成されていると共に接続部（３４）に電気的に接続された拡散抵抗（３６）を有していることを特徴とする。

これによると、ノイズ電流が一方の直線部（３５）から接続部（３４）に流れる際に、電流が一方の直線部（３５）から接続部（３４）に分散して流れる。このため、一方の直線部（３５）と接続部（３４）とで構成された折れ曲がり部分の内側の角部にノイズ電流を集中させないようにすることができる。したがって、配線部（３３）と接続部（３４）とによって蛇行状にレイアウトされた保護抵抗素子（３０）の破壊を防止することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る磁気検出装置の平面図である。図１のII−II断面図である。図１に示された保護抵抗素子の平面図である。図３のIV−IV断面図である。本発明の第２実施形態に係る保護抵抗素子の平面図である。本発明の第３実施形態に係る磁気検出装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る磁気検出装置は、内燃機関であるエンジンのクランク軸に固定されたギヤの外周部に配置され、ギヤの回転数（回転角度）を検出するセンサチップとして構成されている。すなわち、センサチップは、回路チップ、磁石、ハウジング、及びターミナル等の他の部品と組み合わされて一つのセンサ装置を構成する。

図１に示されるように、磁気検出装置は、基板１０、磁気抵抗素子２０、及び保護抵抗素子３０を有している。図２に示されるように、基板１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の上に形成された絶縁膜１２と、を有して構成されている。半導体基板１１は、例えばシリコン基板等の板状の基板である。絶縁膜１２は、例えばＢＰＳＧ膜である。絶縁膜１２の表面が基板１０の一面１３に対応している。

磁気抵抗素子２０は、基板１０の一面１３に設けられている。図１に示されるように、磁気抵抗素子２０は、第１パターン２１と第２パターン２２とに分割されて構成されている。第１パターン２１及び第２パターン２２は、基板１０の一面１３の長辺を二等分する中心線１４に対して線対称となる位置に配置されている。また、第１パターン２１及び第２パターン２２は、図示しない磁気抵抗配線が例えば蛇行状にレイアウトされている。

そして、第１パターン２１及び第２パターン２２は、ブリッジ回路を構成するように電気的に接続されている。これにより、磁気抵抗素子２０は、第１パターン２１及び第２パターン２２が外部磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する。すなわち、磁気抵抗素子２０は、バイアス磁界の変化（磁気ベクトルの変化）に応じて抵抗値が変化するセンシング部（ゲージ）を構成している。磁気抵抗素子２０は、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ等の磁性体材料によって形成されている。

保護抵抗素子３０は、基板１０の一面１３に設けられており、図示しない電源と磁気抵抗素子２０との間に電気的に接続されるものである。保護抵抗素子３０は、電源から入力されるノイズに起因したノイズ電流に対して磁気抵抗素子２０を保護する役割を果たす。ここで、「ノイズ」にはサージ等のノイズも含まれる。

保護抵抗素子３０は、第３パターン３１と第４パターン３２とに分割されて構成されている。なお、第４パターン３２は磁気的な影響の対称性を確保するためのダミーパターンである。

図３に示されるように、保護抵抗素子３０は、配線部３３及び接続部３４を有して構成されている。配線部３３は、２本の直線部３５によって構成されている。各直線部３５は、直線状にレイアウトされており、一方の端部３５ａと一方の端部３５ａとは反対側の他方の端部３５ｂとを有している。一方の直線部３５の端部３５ａが電源に電気的に接続され、他方の直線部３５の端部３５ａが磁気抵抗素子２０に電気的に接続されている。

また、各直線部３５は、磁気抵抗素子２０と同じ磁性体材料によって形成されている。すなわち、各直線部３５は、磁気抵抗素子２０と同じ工程で磁気抵抗素子２０と同時に形成される。具体的には、絶縁膜１２の上に磁性体薄膜が形成され、磁性体薄膜に対してフォトリソグラフィー及びエッチングが行われる。これにより、磁気抵抗素子２０及び保護抵抗素子３０が同時に成膜される。

接続部３４は、各直線部３５を蛇行状に繋ぐように各直線部３５の各端部３５ｂ同士を電気的に接続するものである。接続部３４は、各直線部３５よりも抵抗値が小さい材料で形成されている。本実施形態では、接続部３４は、基板１０の一面１３の面方向における形状が短冊状にレイアウトされている。ここで、「短冊状」とは、平面形状が長方形のものだけでなく、長方形の角が取られたものも含まれている。

さらに、図３及び図４に示されるように、接続部３４は、各直線部３５の各端部３５ｂの全体を覆うと共に接触するようにレイアウトされている。具体的には、接続部３４は、各直線部３５の各端部３５ｂの上面及び壁面を覆うと共に、各端部３５ｂの上面及び壁面の全体に接触するように形成されている。言い換えると、接続部３４は、各直線部３５の各端部３５ｂをオーバーラップするように形成されている。なお、各直線部３５の各端部３５ｂの上面は、当該端部３５ｂのうちの基板１０の一面１３に平行な面であり、壁面は基板１０の一面１３に対して傾斜した面である。

本実施形態では、接続部３４は、Ａｌを含んだ金属で構成されている。ここで、「Ａｌを含んだ金属」は、Ａｌ合金だけでなく、Ａｌそのものも含まれる。また、複数の金属層で構成されたものも含まれる。例えば、下地のＴｉ−Ｗ層の上にＡｌ層が形成されて接続部３４が構成されていても良い。接続部３４は、例えばスパッタリングの方法によって形成されている。

上記の磁気検出装置において、基板１０の上には磁気抵抗素子２０や保護抵抗素子３０を覆うように図示しない保護膜が形成されている。また、基板１０の上には上記の構成以外にも配線パターンや所望の処理を行う回路等が形成されている。

以上が本実施形態に係る磁気検出装置の構成である。上記の構成によると、電源から保護抵抗素子３０にサージ系ノイズが入力した場合、ノイズ電流は一方の直線部３５から接続部３４に流れる。上述のように、接続部３４は直線部３５よりも抵抗値が小さいので、ノイズ電流は一方の直線部３５から接続部３４の全体に分散して流れる。すなわち、一方の直線部３５と接続部３４とで構成された折れ曲がり部分の内側の角部には電流が集中しない。したがって、保護抵抗素子３０の破壊を防止することができる。

また、接続部３４は、各直線部３５の各端部３５ｂをオーバーラップするように形成されているので、各端部３５ｂと接続部３４との接触面積を広く確保することができるので、一方の直線部３５から接続部３４に流れるノイズ電流をより分散させることができる。

さらに、接続部３４によって保護抵抗素子３０を折り返し構造とすることでノイズ電流に対する耐量が向上するので、保護抵抗素子３０の保護抵抗長を短くすることができる。すなわち、基板１０のチップシュリンク化が可能となり、ひいては磁気検出装置の小型化が可能となる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、接続部３４は、基板１０の一面１３の面方向において、各直線部３５とで構成される内側の角部３４ａ及び外側の角部３４ｂがＲ形状になるようにレイアウトされている。これにより、接続部３４は円弧状にレイアウトされている。言い換えると、接続部３４はかまぼこ型にレイアウトされていると言える。

このように、接続部３４が円弧状にレイアウトされているので、電流が一方の直線部３５から接続部３４を介して他方の直線部３５に流れる経路も円弧状になる。このため、各直線部３５と接続部３４とで構成される折れ曲がり部分においてノイズ電流を流しやすくすることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、保護抵抗素子３０は拡散抵抗３６を有している。拡散抵抗３６は、半導体基板１１のうち接続部３４に対応した位置の表層部に形成されている。拡散抵抗３６は、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１５を介して接続部３４に電気的に接続されている。

例えば、半導体基板１１はＰ型のものである。また、拡散抵抗３６はＰ＋型の領域としてイオン注入・拡散処理によって半導体基板１１の表層部に形成されている。

以上の構成によると、一方の直線部３５から接続部に流れてきたノイズ電流は貫通電極１５を介して拡散抵抗３６にも流れる。このため、接続部３４に流れるノイズ電流をより分散させることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された磁気検出装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、配線部３３は、２本の直線部３５に限らず、３本以上の複数の直線部３５が並列に配置されて構成されていても良い。すなわち、接続部３４によって構成される蛇行状のレイアウトは１往復に限られず、１．５往復や２往復以上でも良い。このような折り返しのレイアウトにより、保護抵抗素子３０のサイズを小さくすることができ、ひいては磁気検出装置を小型化することができる。

また、第２実施形態では、各直線部３５と接続部３４とで構成される折れ曲がり部分の内側の角部３４ａと外側の角部３４ｂとの両方がＲ形状になるようにレイアウトされていたが、これは一例である。したがって、各直線部３５と接続部３４とで構成される折れ曲がり部分の内側の角部３４ａと外側の角部３４ｂとのうちのいずれか一方がＲ形状になるようにレイアウトされていても良い。

上記各実施形態では、接続部３４は各直線部３５の各端部３５ｂをオーバーラップするようにレイアウトされていたが、これは接続部３４のレイアウトの一例である。したがって、接続部３４は、少なくとも各直線部３５の各端部３５ｂを電気的に接続するようにレイアウトされていれば良い。

上記各実施形態では、接続部３４はＡｌを含んだ金属で構成されていたが、これは各直線部３５よりも抵抗値が小さい材料の一例である。したがって、接続部３４は他の材料で形成されていても良い。

上記各実施形態では、各直線部３５は磁性体材料によって形成されていたが、これは各直線部３５の材料の一例である。したがって、各直線部３５は磁性体材料以外の材料で形成されていても良い。

１０基板
１３一面
２０磁気抵抗素子
３０保護抵抗素子
３３配線部
３４接続部
３５直線部
３５ａ、３５ｂ端部

Claims

一面（１３）を有する基板（１０）と、
前記基板（１０）の一面（１３）に設けられていると共に磁性体材料によって形成されており、外部磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて検出信号を出力する磁気抵抗素子（２０）と、
前記基板（１０）の一面（１３）に設けられており、電源と前記磁気抵抗素子（２０）との間に電気的に接続されると共に、前記電源から入力されるノイズに起因したノイズ電流に対して前記磁気抵抗素子（２０）を保護する保護抵抗素子（３０）と、
を備え、
前記保護抵抗素子（３０）は、
一方の端部（３５ａ）と前記一方の端部（３５ａ）とは反対側の他方の端部（３５ｂ）とを有する直線部（３５）を複数有し、前記複数の直線部（３５）が並列に配置された配線部（３３）と、
前記複数の直線部（３５）よりも抵抗値が小さく、前記複数の直線部（３５）を蛇行状に繋ぐように前記複数の直線部（３５）の前記各端部（３５ａ、３５ｂ）を電気的に接続する接続部（３４）と、
を有し、
前記基板（１０）は、半導体基板（１１）と、前記半導体基板（１１）の上に形成された絶縁膜（１２）と、を有しており、
前記保護抵抗素子（３０）は、前記半導体基板（１１）のうち前記接続部（３４）に対応した位置の表層部に形成されていると共に前記接続部（３４）に電気的に接続された拡散抵抗（３６）を有していることを特徴とする磁気検出装置。
前記接続部（３４）は、前記複数の直線部（３５）を蛇行状に繋ぐように前記各端部（３５ａ、３５ｂ）の全体を覆うと共に接触するようにレイアウトされていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
前記接続部（３４）は、前記基板（１０）の前記一面（１３）の面方向における形状が短冊状にレイアウトされていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気検出装置。
前記接続部（３４）は、前記基板（１０）の前記一面（１３）の面方向において、前記複数の直線部（３５）とで構成される内側の角部（３４ａ）がＲ形状になるようにレイアウトされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
前記接続部（３４）は、前記基板（１０）の前記一面（１３）の面方向において、前記複数の直線部（３５）とで構成される外側の角部（３４ｂ）がＲ形状になるようにレイアウトされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
前記接続部（３４）は、Ａｌを含んだ金属で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気検出装置。
前記複数の直線部（３５）は、前記磁性体材料によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気検出装置。