JP2013011528A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転状態の検出感度の低下が抑制された回転検出装置を提供する。
【解決手段】複数の磁電変換素子（１３，１４）を有するセンサチップ（１０）と、中空内にセンサチップ（１０）が設けられた筒状磁石（３０）と、を有し、被検出体の回転による筒状磁石（３０）の形成する磁界の変化を磁電変換素子（１３，１４）によって検出することで、被検出体の回転状態を検出する回転検出装置であって、センサチップ（１０）は、磁電変換素子（１３）の形成された半導体基板（１１）と、磁電変換素子（１４）の形成された半導体基板（１２）と、を有し、２つの半導体基板（１１，１２）が接合部材（１５）を介して接合されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の磁電変換素子を有するセンサチップと、中空内にセンサチップが設けられた筒状磁石と、を有する回転検出装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、磁気検出素子を有するセンサチップと、該センサチップの磁気検出素子に磁界を付与する磁石と、を備える回転検出装置が提案されている。この回転検出装置では、磁性体の回転による磁界の変化を磁気検出素子によって感知することで、磁性体の回転態様を検出している。

特開２００７−２３２３７２号公報

ところで、特許文献１に示される回転検出装置の磁石は円筒磁石であり、この円筒磁石の中空内にセンサチップが配置されている。センサチップは、磁気抵抗素子とその処理回路とが集積化された１つのチップである。通常、磁気抵抗素子は、磁性体の回転による磁界の変化を検出するために、磁性体の回転方向、若しくはその接線方向に並んで配置される。そのため、センサチップの横幅、及び、センサチップを収納する円筒磁石の内径は、磁気抵抗素子の数によって決定される。

上記したように、特許文献１に示される回転検出装置では、１つのセンサチップに磁気抵抗素子が集積化されている。そのため、センサチップの横幅、及び、円筒磁石の内径が長くなる虞がある。円筒磁石によって構成される磁界の密度は、円筒磁石から離れるにしたがって薄くなる。したがって、円筒磁石の内径が長くなると、円筒磁石の中心を貫く軸方向の磁界が薄くなる。この結果、磁性体の回転による磁界の変化が小さくなり、回転状態の検出感度が低下する、という不具合が生じる虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、回転状態の検出感度の低下が抑制された回転検出装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の磁電変換素子（１３，１４）を有するセンサチップ（１０）と、中空内にセンサチップ（１０）が設けられた筒状磁石（３０）と、を有し、被検出体の回転による筒状磁石（３０）の形成する磁界の変化を磁電変換素子（１３，１４）によって検出することで、被検出体の回転状態を検出する回転検出装置であって、センサチップ（１０）は、磁電変換素子（１３）の形成された半導体基板（１１）と、磁電変換素子（１４）の形成された半導体基板（１２）と、を有し、２つの半導体基板（１１，１２）が接合部材（１５）を介して接合されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、センサチップ（１０）は、接合された２つの半導体基板（１１，１２）に磁電変換素子（１３，１４）が形成されて成る。したがって、１つの半導体基板に磁電変換素子が形成されたセンサチップと比べて、センサチップ（１０）の横幅、及び、筒状磁石（３０）の内径を短くすることができる。この結果、筒状磁石（３０）の中心を貫く軸方向の磁界が薄くなることが抑制され、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

請求項２に記載のように、接合部材（１５）は環状を成し、該接合部材（１５）と、２つの半導体基板（１１，１２）それぞれの対向面（１１ａ，１２ａ）とによって構成される密閉空間内に磁電変換素子（１３，１４）が配置された構成が好適である。

これによれば、磁電変換素子（１３，１４）が密閉空間内に保護されるので、異物などによる汚染が抑制される。また、外部雰囲気から隔離されるので、外部温度の変化による磁電変換素子（１３，１４）の特性の変化が抑制される。この結果、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

請求項３に記載のように、接合部材（１５）と半導体基板（１１，１２）とが直接接合された構成が好ましい。これによれば、ウェハレベルの状態で、２つの半導体基板（１１，１２）を接合することができるので、ウェハからチップ状に切断された後に、切断されたチップ状の半導体基板それぞれを接合するのと比べて、接合が簡素化される。

しかしながら、請求項４に記載のように、接合部材（１５）は、２つの半導体基板（１１，１２）の一方に設けられた突起部（１６）と、該突起部（１６）と対向面（１１ａ，１２ａ）との間に設けられた接着剤（１７）とを有する構成を採用することもできる。これによれば、２つの半導体基板（１１，１２）それぞれの対向面（１１ａ，１２ａ）同士の接触が抑制されるので、接触による磁電変換素子（１３，１４）の損傷が抑制される。

請求項５に記載のように、センサチップ（１０）を搭載する搭載部材（５０）を有し、該搭載部材（５０）には、センサチップ（１０）を配置するための凹部（５３）が形成された構成が良い。これによれば、センサチップ（１０）と搭載部材（５０）との配置位置が定まる。

請求項６に記載のように、２つの半導体基板（１１，１２）の内の一方が、凹部（５３）に配置された構成が良い。これによれば、センサチップを構成する２つの半導体基板の全てが凹部に配置された構成と比べて、凹部（５３）からのセンサチップ（１０）の取り外しが容易と成る。

請求項７に記載のように、２つの半導体基板（１１，１２）の形状が異なり、凹部（５３）の輪郭線は、２つの半導体基板（１１，１２）の内の一方の平面形状と相似である構成が良い。これによれば、センサチップ（１０）を構成する２つの半導体基板（１１，１２）の内、いずれの半導体基板を凹部（５３）に配置すれば良いのかが明確となる。

請求項８に記載のように、筒状磁石（３０）を収納する、有底筒状のキャップ（４０）を有し、搭載部材（５０）は、センサチップ（１０）を搭載する舌部（５１）と、該舌部（５１）を支持する支持部（５２）と、を有し、キャップ（４０）の端部が支持部（５２）に接合され、センサチップ（１０）の搭載された舌部（５１）が、キャップ（４０）と支持部（５２）とによって構成される収納空間内に配置された構成が良い。これによれば、収納空間内にセンサチップ（１０）が保護されるので、異物などによる磁電変換素子（１３，１４）の汚染、及び、外部温度変化による磁電変換素子（１３，１４）の特性の変化が抑制される。この結果、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

請求項９〜１１に記載のように、回転検出装置の具体的な構成としては、搭載部材（５０）は、ターミナル（６０）がインサート成形された樹脂部材であり、センサチップ（１０）とターミナル（６０）とが、導電部材を介して電気的に接続され、複数の磁電変換素子（１３，１４）によって、ハーフブリッジ回路が構成され、ハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成された構成を採用することができる。

第１実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。 被検出体と回転検出装置との位置を示す上面図である。 センサチップの概略構成を示す断面図である。 支持部材の凹部を示す斜視図である。 センサチップの変形例を示す断面図である。 センサチップの凹部への配置を説明するための斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図２は、被検出体と回転検出装置との位置を示す上面図である。図３は、センサチップの概略構成を示す断面図である。図４は、支持部材の凹部を示す斜視図である。

回転検出装置１００は、要部として、センサチップ１０と、筒状磁石３０と、を有する。図１に示すように、本実施形態に係る回転検出装置１００は、上記構成要素１０，３０の他に、キャップ４０と、搭載部材５０と、ターミナル６０と、を有する。図２に示すように、センサチップ１０は、筒状磁石３０の中空内に配置され、被検出体と対向配置される。被検出体は、磁性材料からなる回転体であり、その表面に凹凸が形成されている。被検出体の回転に伴って凹凸が回転すると、その凹凸の回転に伴って、筒状磁石３０の構成する磁界が変化する。すると、センサチップ１０に印加される磁界も変化し、センサチップ１０の出力信号も変化する。この磁界の変化（被検出体の回転）に依存する出力信号が、ターミナル６０を介して外部素子に出力される。なお、図２では、回転検出装置１００の主要な構成要素１０，３０のみを図示している。

センサチップ１０は、図３に示すように、２つの半導体基板１１，１２と、２つの半導体基板１１，１２に形成された磁電変換素子１３，１４と、２つの半導体基板１１，１２を接合する接合部材１５と、を有する。第１半導体基板１１における第２半導体基板１２との対向面１１ａ側に、第１磁電変換素子１３が形成され、第２半導体基板１２における第１半導体基板１１との対向面１２ａ側に、第２磁電変換素子１４が形成されている。本実施形態では、３つの第１磁電変換素子１３が第１半導体基板１１に形成され、３つの第２磁電変換素子１４が第２半導体基板１２に形成されている。そして、３つの磁電変換素子１３，１４は、被検出体の回転方向の接線方向に並んでおり、センサチップ１０（半導体基板１１，１２）の横幅が、３つの磁電変換素子１３，１４によって決定されている。

磁電変換素子１３，１４は、磁束の印加方向によって抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子であり、複数の磁電変換素子１３，１４によって複数のハーフブリッジ回路が構成されている。そして、このハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成されている。フルブリッジ回路を構成するハーフブリッジ回路の中点電圧に基づいて、被検出体の凹凸の回転を検出することで、被検出体の回転状態が検出される。

接合部材１５は、金属材料から成り、その平面形状が環状を成している。この接合部材１５と、２つの対向面１１ａ，１２ａとによって構成される密閉空間に、磁電変換素子１３，１４が配置されている。２つの半導体基板１１，１２の接合は、第１磁電変換素子１３が形成された第１半導体基板１１を複数有する第１ウェハと、第２磁電変換素子１４が形成された第２半導体基板１２を複数有する第２ウェハとを、接合部材１５を介して直接接合することで成される。この接合後、接合部材１５を介して接合された２枚のウェハを、センサチップ１０（半導体基板１１，１２）毎に切断することで、センサチップ１０が形成される。

筒状磁石３０は、センサチップ１０を中空内に収納すると共に、センサチップ１０に磁界を印加するものである。本実施形態に係る筒状磁石３０は、円筒磁石であり、図２に破線で示すように、筒状磁石３０の中心を貫く軸方向に、センサチップ１０の中心と被検出体の中心とが並んでいる。そして、軸方向に直交する方向（接線方向）に、磁電変換素子１３，１４が並んでいる。筒状磁石３０の内径は、センサチップ１０の横幅（接線方向に並ぶ磁電変換素子１３，１４）によって決定される。

キャップ４０は、樹脂材料から成り、筒状磁石３０を収納するものである。キャップ４０は、有底筒状を成し、その内径が、筒状磁石３０の外径よりもわずかに長くなっている。キャップ４０の端部の全周が、後述する支持部材５２にレーザー溶接され、キャップ４０と支持部材５２とによって収納空間が構成されている。

搭載部材５０は、センサチップ１０を搭載する舌部５１と、該舌部５１を支持する支持部５２と、を有する。搭載部材５０は、ターミナル６０がインサート成形された樹脂部材であり、ターミナル６０の両端が支持部５２から外部に露出され、その一端が舌部５１に配置されている。図４に示すように、舌部５１は平板状を成し、その一面に凹部５３が形成されている。凹部５３の輪郭線は、第２半導体基板１２の平面形状と相似であり、この凹部５３内に、接着剤（図示略）を介して第２半導体基板１２が配置されている。センサチップ１０の搭載された舌部５１は、上記した、キャップ４０と支持部５２とによって構成される収納空間内に配置されている。これにより、磁電変換素子１３，１４は、収納空間と密閉空間とによって二重に保護されている。

ターミナル６０は、外部素子とセンサチップ１０とを電気的に接続する機能を果たすものである。ターミナル６０とセンサチップ１０とは、ワイヤなどの導電部材（図示略）を介して電気的に接続されている。ターミナル６０は、外部電源とセンサチップ１０とを電気的に接続する電源ターミナルと、グランドとセンサチップ１０とを電気的に接続する接地ターミナルと、外部素子とセンサチップ１０との電気信号を送受信する送受信ターミナルと、を有する。

次に、本実施形態に係る回転検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、センサチップ１０は、接合された２つの半導体基板１１，１２に磁電変換素子１３，１４が形成されて成る。したがって、１つの半導体基板に磁電変換素子が形成されたセンサチップと比べて、センサチップ１０の横幅、及び、筒状磁石３０の内径を短くすることができる。この結果、軸方向の磁界が薄くなることが抑制され、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

接合部材１５と対向面１１ａ，１２ａとによって構成される密閉空間内に磁電変換素子１３，１４が配置されている。これによれば、磁電変換素子１３，１４が密閉空間内に保護されるので、異物などによる汚染が抑制される。また、外部雰囲気から隔離されるので、外部温度の変化による磁電変換素子１３，１４の特性の変化が抑制される。この結果、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

接合部材１５を介して、２つの半導体基板１１，１２が直接接合されている。これによれば、ウェハからチップ状に切断された後に、切断されたチップ状の半導体基板それぞれを接合するのと比べて、接合が簡素化される。

舌部５１に、センサチップ１０を配置するための凹部５３が形成されている。これによれば、センサチップ１０と搭載部材５０との配置位置が定まるので、磁電変換素子１３，１４と筒状磁石３０との相対位置がずれることが抑制される。この結果、磁電変換素子１３，１４に印加される磁界にずれが生じることが抑制される。

２つの半導体基板１１，１２の内、第２半導体基板１２が、凹部５３に配置されている。これによれば、センサチップを構成する２つの半導体基板の全てが凹部に配置された構成と比べて、凹部５３からのセンサチップ１０の取り外しが容易と成る。

磁電変換素子１３，１４は、収納空間と密閉空間とによって二重に保護されている。これによれば、磁電変換素子１３，１４が、収納空間若しくは密閉空間のいずれか一方のみによって保護された構成と比べて、異物などによる磁電変換素子１３，１４の汚染、及び、外部温度変化による磁電変換素子１３，１４の特性の変化が抑制される。この結果、回転状態の検出感度の低下が抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、接合部材１５が金属材料であり、この接合部材１５を介して、２つの半導体基板１１，１２が直接接合された例を示した。しかしながら、図５に示すように、接合部材１５が、第２半導体基板１２に設けられた複数の突起部１６と、該突起部１６と対向面１１ａとの間に設けられた接着剤１７と、を有し、接着剤１７を介して、半導体基板１１，１２が接着固定された構成を採用することもできる。この場合、２つの半導体基板１１，１２それぞれの対向面１１ａ，１２ａ同士の接触が抑制されるので、接触による磁電変換素子１３，１４の損傷が抑制される。なお、図示しないが、接合部材１５が、第１半導体基板１１に設けられた複数の突起部１６と、該突起部１６と対向面１２ａとの間に設けられた接着剤１７と、を有する構成を採用することもできる。図５は、センサチップの変形例を示す断面図である。

本実施形態では、図２及び図３に示すように、２つの半導体基板１１，１２の形状が同一である例を示した。しかしながら、図６に示すように、２つの半導体基板１１，１２の形状が異なっていても良い。図６では、第２半導体基板１２が、第１半導体基板１１よりも小さくなっており、第２半導体基板１２が凹部５３に配置される構成となっている。これによれば、センサチップ１０を構成する２つの半導体基板１１，１２の内、いずれの半導体基板を凹部５３に配置すれば良いのかが明確となる。図６は、センサチップの凹部への配置を説明するための斜視図である。

本実施形態では、３つの第１磁電変換素子１３が第１半導体基板１１に形成され、３つの第２磁電変換素子１４が第２半導体基板１２に形成された例を示した。しかしながら、各半導体基板１１，１２に形成される磁電変換素子１３，１４の数としては、上記例に限定されず、１つ以上であればよい。すなわち、磁電変換素子１３，１４の合計数が２つ以上であれば良い。

１０・・・センサチップ
１１・・・第１半導体基板
１２・・・第２半導体基板
１３・・・第１磁電変換素子
１４・・・第２磁電変換素子
１５・・・接合部材
３０・・・筒状磁石
４０・・・キャップ
５０・・・搭載部材
６０・・・ターミナル
１００・・・回転検出装置

Claims (11)

1. 複数の磁電変換素子（１３，１４）を有するセンサチップ（１０）と、
   中空内に前記センサチップ（１０）が設けられた筒状磁石（３０）と、を有し、
   被検出体の回転による前記筒状磁石（３０）の形成する磁界の変化を前記磁電変換素子（１３，１４）によって検出することで、前記被検出体の回転状態を検出する回転検出装置であって、
   前記センサチップ（１０）は、前記磁電変換素子（１３）の形成された半導体基板（１１）と、前記磁電変換素子（１４）の形成された半導体基板（１２）と、を有し、
   ２つの前記半導体基板（１１，１２）が接合部材（１５）を介して接合されていることを特徴とする回転検出装置。
2. 前記接合部材（１５）は環状を成し、
   該接合部材（１５）と、２つの前記半導体基板（１１，１２）それぞれの対向面（１１ａ，１２ａ）とによって構成される密閉空間内に前記磁電変換素子（１３，１４）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記接合部材（１５）と前記半導体基板（１１，１２）とが直接接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転検出装置。
4. 前記接合部材（１５）は、２つの前記半導体基板（１１，１２）の一方に設けられた突起部（１６）と、該突起部（１６）と前記対向面（１１ａ，１２ａ）との間に設けられた接着剤（１７）とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転検出装置。
5. 前記センサチップ（１０）を搭載する搭載部材（５０）を有し、
   該搭載部材（５０）には、前記センサチップ（１０）を配置するための凹部（５３）が形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の回転検出装置。
6. ２つの前記半導体基板（１１，１２）の内の一方が、前記凹部（５３）に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の回転検出装置。
7. ２つの前記半導体基板（１１，１２）の形状が異なり、
   前記凹部（５３）の輪郭線は、２つの前記半導体基板（１１，１２）の内の一方の平面形状と相似であることを特徴とする請求項６に記載の回転検出装置。
8. 前記筒状磁石（３０）を収納する、有底筒状のキャップ（４０）を有し、
   前記搭載部材（５０）は、前記センサチップ（１０）を搭載する舌部（５１）と、該舌部（５１）を支持する支持部（５２）と、を有し、
   前記キャップ（４０）の端部が前記支持部（５２）に接合され、前記センサチップ（１０）の搭載された舌部（５１）が、前記キャップ（４０）と前記支持部（５２）とによって構成される収納空間内に配置されていることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項に記載の回転検出装置。
9. 前記搭載部材（５０）は、ターミナル（６０）がインサート成形された樹脂部材であり、
   前記センサチップ（１０）と前記ターミナル（６０）とが、導電部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５〜８いずれか１項に記載の回転検出装置。
10. 複数の前記磁電変換素子（１３，１４）によって、ハーフブリッジ回路が構成されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の回転検出装置。
11. 前記ハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路が構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の回転検出装置。

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