磁性传感器装置的制作方法

本发明涉及检测片状的被检测物所包含的磁性成分的磁性传感器装置。

背景技术：

日本专利特开2012-255770号公报(参照专利文献1)公开了具备磁体和磁阻效应元件的磁性传感器装置。该磁体生成与被检测物交叉的交叉磁场。并且，该磁阻效应元件设置在该磁体与被检测物之间，具有输出端子，输出因在交叉磁场内传送的被检测物的磁性成分而导致的交叉磁场的传送方向分量的变化作为电阻值的变化。专利文献1中，记载有下述结构作为用于生成交叉磁场的结构，即：使磁体夹着被检测物相对配置的结构，以及将磁体配置在被检测物的一个面并使磁性体与另一个面相对配置的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-255770号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

专利文献1所记载的发明中，在具有磁性体的被检测物的两面需要设置用于生成交叉磁场的结构，从而存在磁性传感器装置大型化的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得小型的磁性传感器装置。

解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的磁性传感器装置包括：磁场生成部，该磁场生成部配置在片状且包含有磁性成分的被检测物的一个面侧，生成与所述被检测物交叉的交叉磁场；以及磁阻效应元件，该磁阻效应元件配置在所述被检测物与所述磁场生成部之间，其电阻值随着因所述被检测物沿着传送方向被传送而产生的所述交叉磁场在所述传送方向上的分量的变化而变化，所述磁阻效应元件中，在传送方向上相邻的电阻体桥接连接，所述电阻体配置为以与所述传送方向正交的方向为轴相对于桥接中心呈线对称，所述磁阻效应元件的桥接中心在所述传送方向上的位置配置在所述磁场生成部在所述传送方向上的中心位置。

发明效果

本发明中，磁场生成部配置在包含磁性成分的被检测物的一个面侧。因此，根据本发明，磁场生成部小型化，从而可获得小型的磁性传感器装置。此外，由于分别在相反方向向组成桥接方式的磁阻效应元件施加偏置磁通，因此输出变为2倍。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。

图2是从被检测物的插入排出方向观察本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的剖视图。

图3是表示从图1的上表面观察基板侧而得到的AMR芯片的安装状态的俯视图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的AMR元件和外部电路的连接状态的连接图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置中由磁体和磁轭生成的磁力线分布的图。

图6是说明本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的检测原理的磁力线矢量图。

图7是说明本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的检测原理的磁力线矢量图。

图8是具有弯曲形状的电阻图案的AMR元件的俯视图。

图9是表示在从图3对AMR元件32a和AMR元件32b的配置进行了变更的情况下从图1中的被检测物的传送路径观察基板侧而得到的AMR芯片的安装状态的俯视图。

图10是具有弯曲形状的电阻图案的AMR芯片的俯视图。

图11是本发明的实施方式2所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。

图12是从图11中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。

图13是本发明的实施方式3所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。

图14是从图13中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。

图15是本发明的实施方式4所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。

图16是从图15中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。

图17是本发明的实施方式5所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的与被检测物的传送方向平行的剖视图。图2是从被检测物的插入排出方向观察本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的剖视图。

永磁体1是在Z轴方向上具有N极S极的磁极(磁化方向)的永磁体，形成磁场生成部。永磁体1在被检测物4一侧具有N极，在被检测物4一侧的相反侧具有S极。磁轭2a和磁轭2b由铁等软磁性体构成，磁轭2a设置在永磁体1的被检测物4一侧即上表面(图中的N极侧)，磁轭2b设置在永磁体1的被检测物4一侧的相反侧即下表面(图中的S极侧)。磁轭2a、及磁轭2b形成磁场生成部的一部分。此外，配置磁轭2b的目的在于增加永磁体1的主磁通(+Bz)，但并不是必须的，也可以设想没有配置磁轭2b的情况。

在磁轭2a的被检测物4一侧即上表面放置有输出磁通的变化作为电阻值变化的各向异性磁阻效应(Anisotropic MagnetoResistive effect)芯片(以下，称为AMR芯片)3。包围AMR芯片3且由玻璃环氧树脂等树脂形成的基板9放置在磁轭2a的被检测物4一侧即上表面。因此，磁轭2a也起到AMR芯片3的载体的作用。基板9与AMR芯片3的电源、GND、信号线通过金属引线8来连接。此外，基板9和AMR3的传送被检测物4的传送路径一侧被金属屏蔽板7覆盖。金属屏蔽板7其本身没有磁化，供磁力线透过。在壳体6的被检测物4一侧的相反侧即下部配置有信号处理电路基板10。基板9与信号处理电路基板10通过电缆11来连接。

被检测物4是印有磁性墨水等磁性体的纸币等片状的被检测物。被检测物4例如是形成(印)有微小磁性图案的纸片状的印刷介质。磁性传感器装置例如是检测纸币(具体而言，纸币上所印的微小磁性图案)的装置。中心轴5是永磁体1的X轴方向的中心轴。即，中心轴5是通过永磁体1的X轴方向的中心(重心)，且向垂直方向延伸的轴。另外，X轴是箭头所示的方向，是被检测物4的传送方向。即，被检测物4的传送方向是+X轴方向。Y轴是与X轴和Z轴正交的方向，是被检测物4的读取宽度方向。Z轴是与X轴和Y轴正交的方向，是与传送方向垂直的方向。

图3是表示从图1中被检测物的传送路径观察基板侧而得到的AMR芯片的安装状态的俯视图。图3中，基板9固定于磁轭2a。该基板9具有孔部9a，在电路规模较大的情况下，也可以由多层基板构成。

AMR芯片3通过粘接材料等固定在露出孔部9a的磁轭2a的表面，以使得该AMR芯片3被基板9包围。AMR芯片3的电极31a、电极31b、电极31c分别通过金属引线8与基板9所设有的电极91a、电极91b、电极91c相连接。电极91a、电极91b、电极91c通过传送线路93与基板9外部的背面所设有的外部焊盘92a、外部焊盘92b、外部焊盘92c相连接。外部焊盘92a、外部焊盘92b、外部焊盘92c与放大电路、信号处理电路、偏置电压等外部电路相连接。此外，为保护AMR芯片3、金属引线12而利用树脂等对基板的孔部9a进行密封。

图3中，在AMR芯片3上形成有磁阻效应芯片(AMR芯片3)的电阻体即AMR元件32a和AMR元件32b，AMR元件32a和AMR元件32b的矩形形状的长边配置为与读取宽度方向(Y轴方向)平行，以使其沿该方向延伸。在被检测物4的传送方向上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b以使AMR元件32a和AMR元件32b各自的一端公共连接的方式串联连接，该AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接部与AMR芯片3的电极31b相连接，AMR元件32a的另一端与电极31a相连接，AMR元件32b的另一端与电极31c相连接。即，以在被检测物4的传送方向上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接部作为起点，对AMR芯片3上的AMR元件32a和AMR元件32b进行桥接连接。此外，AMR元件32a和AMR元件32b配置为以与被检测物4的传送方向正交的读取宽度方向的轴(Y轴方向)即中心轴5为中心在传送方向上对称，即线对称。即，在被检测物4的传送方向上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b的传送方向的间隔的中心，即在被检测物4的传送方向上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b的桥接中心配置在中心轴5上。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的AMR芯片和外部电路的连接状态的连接图。在直流电源电压Vcc和直流接地(GND)之间串联连接有AMR元件32a和AMR元件32b。AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接部与处理信号且安装于信号处理电路基板10的信号处理电路10a相连接。外部焊盘92a与直流电源电压Vcc相连接，外部焊盘92b与信号处理电路10a相连接，外部焊盘92c与直流接地(GND)相连接。即，在被检测物4的传送方向上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接部经由外部焊盘92b与信号处理电路10a相连接。AMR元件32a的另一端经由外部焊盘92a与直流电源电压Vcc相连接。AMR元件32b的另一端经由外部焊盘92c与直流接地(GND)相连接。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置中由磁体和磁轭生成的磁力线分布的图。另外，图5中记载了图1的结构要素中为说明磁力线分布而所需的结构要素，省略其他的结构要素。图6是说明本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的检测原理的磁力线矢量图。图6对应于AMR元件32b。图5中，在XZ平面中进行观察时，从磁体1的N极发出的磁力线20通过设置于磁体1的N极侧的磁轭2a，从磁轭2a的XY面和YZ面向磁体1和磁轭2a的外部放出。向磁体1和磁轭2a的外部放出的磁力线20从设置于磁体1的S极侧的磁轭2b的XY面和YZ面侵入磁轭2b。侵入磁轭2b的磁力线20通过磁轭2b汇集到磁体1的S极。

如图5所示，根据与磁性体的磁极面垂直(Bz方向)地入射的特性，在磁轭2a的表面附近，磁力线20的X轴方向的磁通密度分量(Bx)非常小，永磁体1的磁化方向(Z轴方向)的磁通密度分量(Bz)为主要分量。AMR芯片3设置于该Bx非常小且永磁体1的磁化方向(Z轴方向)的磁通密度分量(Bz)为强磁场强度的磁轭2a的表面。被检测物4通过永磁体1的磁化方向(Z轴方向)的磁通密度(Bz)为强磁场强度的位置，以与永磁体1的磁化方向(Z轴方向)的磁场交叉。

此处，AMR芯片3的传送方向的中心(AMR元件32a和AMR元件32b间的中心)配置在磁体1和磁轭2a的中心。图5中，在AMR芯片3上的配置有AMR元件32a和AMR元件32b的区域的附近，磁力线20中的从与传送路径交叉的交叉磁场即磁体1的N极朝向+Z轴的分量成为主要分量。由于磁力线20在AMR元件32b上如图6(a)所示那样从Z轴方向稍许向传送方向(X轴方向)倾斜，因此，该磁力线20所表示的磁通密度的传送方向(X轴方向)的分量(+Bx)起到AMR元件32b的偏置磁通的作用。相反地，在AMR元件32a上，由于从Z方向稍许向传送方向的相反方向(-X轴方向)倾斜，因此，该磁通的单向的相反方向(-X轴方向)分量起到AMR元件32a的偏置磁通的作用。

AMR元件32b中，若具有磁性图案的被检测物(纸币)4靠近AMR元件32b，则如图6(b)所示那样，磁力线20向磁性图案侧、即传送方向的相反侧(-X轴方向)倾斜，因此，传送方向(X轴方向)的磁通密度(+Bx)变小。若被检测物(纸币)4(磁性图案)远离AMR元件32b，则如图6(c)所示那样，磁力线20向磁性图案侧、即传送方向(+X轴方向)倾斜，因此传送方向(X轴方向)的磁通密度(+Bx)变大。因此，感磁到X方向分量的AMR元件32b的电阻值变化，由此能够检测磁性图案。另外，在图6(b)和图6(c)中，虚线箭头表示被检测物4接近之前的偏置磁通，即表示图6(a)所示的磁力线20的位置。

图7是说明本发明的实施方式1所涉及的磁性传感器装置的检测原理的磁力线矢量图。图7对应于AMR元件32a。由于磁力线20在AMR元件32a上如图7(a)所示那样从Z轴方向稍许向传送方向的相反侧(-X轴方向)倾斜，因此，该磁力线20所表示的磁通密度的传送方向的相反侧(-X轴方向)的分量(-Bx)起到AMR元件32a的偏置磁通的作用。AMR元件32a中，若具有磁性图案的被检测物(纸币)4靠近AMR元件32a，则如图7(b)所示那样，磁力线20向磁性图案侧、即传送方向的相反侧(-X轴方向)倾斜，因此，传送方向的相反侧(-X轴方向)的磁通密度(-Bx)变大。若被检测物(纸币)4(磁性图案)远离AMR元件32a，则如图7(c)所示那样，磁力线20向磁性图案侧、即传送方向(+X轴方向)倾斜，因此传送方向的相反侧(-X轴方向)的磁通密度(-Bx)变小。因此，感磁到X方向分量的AMR元件32a的电阻值变化，由此能够检测磁性图案。另外，在图7(b)和图7(c)中，虚线箭头表示被检测物4接近之前的偏置磁通，即表示图7(a)所示的磁力线20的位置。

由于AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接点位于中心轴5上，且AMR元件32a和AMR元件32b以中心轴5为基准配置为线对称，因此，如上述那样，AMR元件32a的动作成为与AMR元件32b的动作相反的动作。因此，AMR元件32a和AMR元件32b的桥接输出具有2倍的变化，可获得通常的桥接输出的2倍的输出。

图8是具有弯曲形状的电阻图案的AMR芯片的俯视图。图3中，将AMR芯片3上的AMR元件32a和AMR元件32b设为矩形形状，但也可以如图8所示那样，设为以使其长边沿读取宽度方向(Y轴方向)延伸的方式进行配置的弯曲形状。该情况下，与矩形形状的情况相比，AMR元件32a和AMR元件32b的电阻值增加而具有高电阻值，因此，AMR元件32a和AMR元件32b的磁通变化的检测灵敏度提高，磁性传感器装置的检测灵敏度增加。

图9是表示在从图3对AMR元件32a和AMR元件32b的配置进行了变更的情况下从图1中的被检测物的传送路径观察基板侧而得到的AMR芯片的安装状态的俯视图。图3中，AMR芯片3上的AMR元件32a和AMR元件32b设为与Y轴平行且在Y方向上具有长边方向的矩形形状，但如图9所示，也可以是AMR元件32a向-X轴方向倾斜，AMR元件32b向+X轴方向倾斜，且以中心轴5为中心呈线对称配置的形状。即，形成为下述形状：在传送方向(X轴方向)上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b中，从在传送方向(X轴方向)上相邻的AMR元件32a和AMR元件32b的串联连接部侧即AMR元件32a和AMR元件32b的一端侧起，在读取宽度方向(Y轴方向)上随着朝向AMR元件32a的另一端和AMR元件32b的另一端侧，AMR元件32a和AMR元件32b的间隔不断扩大。该情况下，由于施加于X轴方向的偏置磁场，磁场稳定地施加于AMR元件32a和AMR元件32b的长边分量，因此，AMR元件32a和AMR元件32b的磁滞特性得以抑制，从而能够获得稳定的输出。

图10是具有弯曲形状的电阻图案的AMR芯片的俯视图。图9中，AMR芯片3上的AMR元件32a和AMR元件32b设为矩形形状，但也可以如图10所示那样设为弯曲形状。该情况下，与矩形形状的情况相比，AMR元件32a和AMR元件32b的电阻值增加而具有高电阻值，因此，AMR元件32a和AMR元件32b的磁通变化的检测灵敏度提高，磁性传感器装置的检测灵敏度增加。

此外，在本次的说明中使用AMR元件作为检测元件进行了说明，但即使使用GMR(Giant Magnetoresistive Effect：巨磁阻效应)元件、TMR(Tunnel MagnetoResistive effect：隧道磁阻效应)也能够获得相同的效果。

实施方式2.

使用图11、图12说明本发明的实施方式2所涉及的磁性传感器装置。图11、图12中，对于与图1相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，并省略其说明。图11是本发明的实施方式2所涉及的磁性传感器装置的与被检测物4的传送方向平行的剖视图。相对于图1所示的实施方式1，在磁轭2a的被检测物4一侧即上表面配置非磁性载体12，在非磁性载体12的被检测物4一侧即上表面放置有AMR芯片3、以及包围AMR芯片3且由玻璃环氧树脂等树脂形成的基板9。其他结构与实施方式1相同。该情况下，由于在基板9的被检测物4一侧的相反侧即背面配置非磁性载体912，因此，能够提高基板的强度，并且有助于基板9、AMR芯片3的散热。

图12是从图11中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。非磁性载体12设置在永磁体1的被检测物4一侧即上表面(图中的N极侧)。在采用该结构的情况下，由于没有磁轭2a，因此主磁通(+Bz)变大，从而能够使永磁体1小型化。此外，配置磁轭2b的目的在于增加永磁体1的主磁通(+Bz)，但并不是必须的，也可以设想没有配置磁轭2b的情况。

实施方式3.

使用图13、图14说明本发明的实施方式3所涉及的磁性传感器装置。图13、图14中，对于与图1相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，并省略其说明。图13是本发明的实施方式3所涉及的磁性传感器装置的与被检测物4的传送方向平行的剖视图。相对于图1所示的实施方式1，对基板9的形状进行了变更。从XZ面观察，基板9构成为具有凹部孔部9a的阶梯结构。AMR芯片3放置在基板9的凹部孔部9a的基板9b上。其他结构与实施方式1相同。该情况下，由于不需要在基板9开孔，因此能够减低基板9的成本，并且由于基板中不存在较大的孔，因此基板内的图案布线变得容易。

图14是从图13中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。基板9设置在永磁体1的上表面(图中的N极侧)。在采用该结构的情况下，由于没有磁轭2a，主磁通(+Bz)变大，从而能够使永磁体1小型化。此外，配置磁轭2b的目的在于增加永磁体1的主磁通(+Bz)，但并不是必须的，也可以设想没有配置磁轭2b的情况。

实施方式4.

使用图15、图16说明本发明的实施方式4所涉及的磁性传感器装置。图15、图16中，对于与图1相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，并省略其说明。图15是本发明的实施方式4所涉及的磁性传感器装置的与被检测物4的传送方向平行的剖视图。相对于图13所示的实施方式3，在基板9与磁轭2a之间配置有非磁性载体12。其他结构与实施方式3相同。该情况下，由于在基板9的背面配置非磁性载体12，因此，能够提高基板9的强度，并且有助于基板9、AMR芯片3的散热。

图16是从图15中拆除磁轭2a后得到的结构的剖视图。非磁性载体12设置在永磁体1的被检测物4一侧即上表面(图中的N极侧)。在采用该结构的情况下，由于没有磁轭2a，因此主磁通(+Bz)变大，从而能够使永磁体1小型化。此外，配置磁轭2b的目的在于增加永磁体1的主磁通(+Bz)，但并不是必须的，也可以设想没有配置磁轭2b的情况。

实施方式5.

使用图17说明本发明的实施方式5所涉及的磁性传感器装置。图17中，对于与图1相同或者相对应的结构要素标注相同的标号，并省略其说明。图17是本发明的实施方式5所涉及的磁性传感器装置的与被检测物4的传送方向平行的剖视图。相对于图1所示的实施方式1，在磁轭2a的被检测物4一侧即上表面，与AMR芯片3并排地放置AMP-IC13。并且，AMR芯片3以及包围AMR-IC13且由玻璃环氧树脂等树脂形成的基板9放置在磁轭2a的被检测物4一侧即上表面。其他结构与实施方式1相同。虽然AMR芯片3的输出非常小，但通过按上述方式将AMP-IC13配置成紧靠AMR芯片3，从而能够以低噪声放大信号，有助于改善SN比。此外，本实施方式5可以通过在实施方式1～4等结构中同样地与AMR芯片3并排地放置AMP-IC13来实现。

在本发明所有的实施方式中，对永磁体1在被检测物4一侧具有N极，在被检测物4一侧的相反侧具有S极的情况进行了说明。在永磁体1的被检测物4一侧具有S极且被检测物4一侧的相反侧具有N极的情况下，作用效果也与本发明的所有的实施方式相同。

本发明所有的实施方式中，将被检测物4的传送方向设为+X轴方向进行了说明。在被检测物4的传送方向为-X轴方向的情况下，作用效果也与本发明的所有的实施方式相同。

标号说明

1永磁体，2a～2b磁轭，3AMR芯片(磁阻效应元件)，31a～31c AMR芯片的电极，32a～32b AMR元件(电阻体)，4被检测物，5中心轴，6壳体，7金属屏蔽板，8金属引线，9基板，9a凹部孔部，9b基板，10信号处理电路基板，10a信号处理电路，11电缆，12非磁性载体，13AMP-IC，91a～91c电极，92a～92c外部焊盘，20磁力线。