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公開番号2021081447
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210527
出願番号2021032313
出願日20210302
発明の名称センサ
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01L 9/16 20060101AFI20210430BHJP(測定;試験)
要約【課題】安定した特性が得られるセンサを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、センサは、検知素子部及び第1磁性部を含む。検知素子部は、支持部と、支持部に支持された第1縁部を含み変形可能な膜部と、膜部に設けられた第1素子と、を含む。第1素子は、第1磁性層と、第2磁性層と、を含む。第2磁性層から第1磁性層への第1方向は、膜部から第1素子への方向に沿う。第1縁部は、第1方向と交差する第2方向に沿う。第1磁性部は、第1磁性領域を含む。第1磁性領域は、検知素子部から離れ検知素子部に対向する。第1磁性領域は、第3方向に沿う。第3方向は、第1方向に対して垂直な平面と交差し、第2方向に対して傾斜する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
支持部と、
前記支持部に支持された第1縁部を含み変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられた第1素子と、
を含む検知素子部であって、前記第1素子は、
第1磁性層と、
第2磁性層と、
を含み、前記第2磁性層から前記第1磁性層への第1方向は、前記膜部から前記第1素子への方向に沿い、前記第1縁部は、前記第1方向と交差する第2方向に沿う、前記検知素子部と、
前記検知素子部から離れ前記検知素子部に対向する第1磁性領域を含む第1磁性部と、
を備え、
前記第1素子の電気抵抗は、前記膜部の変形に応じて変化し、
前記第1磁性領域は、第3方向に沿い、
前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直な平面と交差し、前記第2方向に対して傾斜した、センサ。
続きを表示(約 220 文字)【請求項2】
前記第1磁性部は、前記第2方向及び前記第3方向を含む平面に沿う外部磁場を減衰させる、請求項1記載のセンサ。
【請求項3】
前記第1磁性領域は、前記第1磁性部のなかで前記検知素子部に最も近い部分を含む、請求項1または2に記載のセンサ。
【請求項4】
前記第3方向と前記第2方向との間の角度は、20度以上70度以下、または、110度以上160度以下である、請求項1〜3のいずれか1つに記載のセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、センサに関する。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
磁性層を用いたセンサが提案されている。センサにおいて、安定した特性が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−70848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、安定した特性が得られるセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態によれば、センサは、検知素子部及び第1磁性部を含む。前記検知素子部は、支持部と、前記支持部に支持された第1縁部を含み変形可能な膜部と、前記膜部に設けられた第1素子と、を含む。前記第1素子は、第1磁性層と、第2磁性層とを含む。前記第2磁性層から前記第1磁性層への第1方向は、前記膜部から前記第1素子への方向に沿う。前記第1縁部は、前記第1方向と交差する第2方向に沿う。前記第1磁性部は、第1磁性領域を含む。前記第1磁性領域は、前記検知素子部から離れ前記検知素子部に対向する。前記第1磁性領域は、第3方向に沿う。前記第3方向は、前記第1方向に対して垂直な平面と交差し、前記第2方向に対して傾斜する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図2は、第1実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
図3(a)〜図3(c)は、第1実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。
図4は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図5は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図6は、第1実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
図7は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図8は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
(第1実施形態)
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図2は、第1実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
図1(a)は、図1(b)のA1−A2線断面図である。図1(b)は、図1(a)の矢印AR1からみた平面図である。図1(b)においては、図の見やすさのために、一部の要素が図示されていない。図2には、図1(b)で図示されなかった要素が図示されている。
【0009】
図1(a)及び図1(b)に示すように、本実施形態に係るセンサ110は、検知素子部51s及び第1磁性部21を含む。この例では、第2磁性部22、第3磁性部23、基体26及び制御素子部68がさらに設けられている。センサ110は、例えば、磁性装置である。センサ110は、例えば、素子パッケージである。センサ110は、例えば、音響センサである。
【0010】
例えば、基体26と第2磁性部22との間に、第3磁性部23が設けられる。第3磁性部23と第2磁性部22との間に、第1磁性部21、検知素子部51s及び制御素子部68が設けられる。
【0011】
図1(b)に示すように、この例では、第1磁性部21は、第1〜第7磁性領域21a〜21gを含む。1つの方向(例えばX軸方向)において、第5磁性領域21eと第1磁性領域21aとの間に第2磁性領域21bが設けられる。例えば、第1磁性領域21aと第2磁性領域21bとの間に検知素子部51sが設けられる。第3磁性領域21cと第4磁性領域21dとの間に検知素子部51sが設けられる。第4磁性領域21dから第3磁性領域21cへの方向は、第2磁性領域21bから第1磁性領域21aへの方向(この例ではX軸方向)と交差する。第6磁性領域21fから第3磁性領域21cへの方向は、第2磁性領域21bから第1磁性領域21aへの方向と交差する。
【0012】
例えば、第5磁性領域21eと第2磁性領域21bとの間に制御素子部68が設けられる。第6磁性領域21fと第7磁性領域21gとの間に制御素子部68が設けられる。検知素子部51sと制御素子部68との間に第2磁性領域21bが設けられる。
【0013】
第1磁性部21は、検知素子部51sから離れ、制御素子部68から離れる。第1磁性部21は、例えば、検知素子部51s及び制御素子部68と接触しない。
【0014】
図1(a)に示すように、第2磁性部22と第3磁性部23との間に、検知素子部51sが設けられる。この例では、第2磁性部22は、制御素子部68と重なる部分を含む。第2磁性部22のこの部分と、第3磁性部23と、の間に、制御素子部68が設けられる。
【0015】
図1(a)に示すように、この例では、第2磁性部22は、第1磁性部21と連続している。後述するように、第2磁性部22は、第1磁性部21とは別に設けられても良い。この場合は、第2磁性部22は、第1磁性部21と、後述する第1部材により接合されても良い。
【0016】
この例では、第3磁性部23は、第1磁性部21とは別に設けられている。例えば、第1磁性部21は、第3磁性部23と、第2部材28bにより接合されている。第2部材28bは、第3磁性部23と第1磁性部21との間に設けられる。第3磁性部23が第1磁性部21とは別に設けられることで、例えば、検知素子部51sのマウント及び電気的な接続が容易になる。
【0017】
図2は、第2磁性部22の例を示している。図2及び図1(a)に示すように、第2磁性部22は、孔h1(例えば音響孔)を含む。この例では、複数の孔h1が設けられる。
【0018】
例えば、検知素子部51sは、ワイヤ51wと電気的に接続される。制御素子部68は、ワイヤ68wと電気的に接続される。例えば、これらのワイヤは、互いに電気的に接続される。例えば、基体26に設けられた導電部材により、これらのワイヤが電気的気に接続される。制御素子部68は、検知素子部51sと電気的に接続される。制御素子部68は、例えば、検知素子部51sの電気抵抗の変化に関する特性(電気抵抗、電圧及び電流の少なくともいずれか)を検知可能である。例えば、制御素子部68は、検知素子部51sに電圧を印加する。制御素子部68は、例えば、検知素子部51sから得られる信号を処理する。制御素子部68は、例えば、電子回路を含む。制御素子部68は、例えば、ASICを含む。
【0019】
図1(a)及び図1(b)に示すように、検知素子部51sは、支持部70s、膜部70d及び第1素子51を含む。この例では、第2素子52がさらに設けられている。
【0020】
図3(a)〜図3(c)は、第1実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。
図3(a)は、斜視図である。図3(b)は、図3(a)のA3−A4線断面図である。図3(c)は、第2素子52の断面図である。
【0021】
膜部70dは、支持部70sに支持される。図3(a)に示すように、膜部70dは、第1縁部r1を含む。第1縁部r1が支持部70sにより支持される。この例では、膜部70dは、第2縁部r2を含む。第1縁部r2が支持部70sにより支持される。
【0022】
膜部70dは、変形可能である。例えば、膜部70dに加わる外力により、膜部70dは変形可能である。この外力は、例えば、孔h1を介して膜部70dに伝わる音(超音波も含む)である。膜部70dは、例えば、ダイアフラムである。この例では、膜部70dは、「両持ち梁」である。膜部70dは、「片持ち梁」でも良い。
【0023】
第1素子51は、膜部70dに設けられる。この例では、複数の第1素子51が設けられている。複数の第1素子51は、第1縁部r1に沿って並ぶ。複数の第1素子51の少なくとも2つは、互いに直列に接続されても良い。第2素子52も、膜部70dに設けられる。この例では、複数の第2素子52が設けられる。複数の第2素子52は、第2縁部r2に沿って並ぶ。複数の第2素子52の少なくとも2つは、互いに直列に接続されても良い。
【0024】
図3(b)に示すように、第1素子51は、第1磁性層11及び第2磁性層12を含む。この例では、第2磁性層12は、第1磁性層11と膜部70dとの間に設けられる。この例では、第1素子51は、第1中間層11nをさらに含む。第1中間層11nは、第1磁性層11と第2磁性層12との間に設けられ、非磁性である。
【0025】
図3(c)に示すように、第2素子52は、第3磁性層13、第4磁性層14及び第2中間層12nを含む。この例では、第4磁性層14は、第3磁性層13と膜部70dとの間に設けられる。第2中間層12nは、第3磁性層13と第4磁性層14との間に設けられ、非磁性である。第1〜第4磁性層11〜14は、例えば、強磁性である。
【0026】
この例では、第1〜第4導電層58a〜58dが設けられる。第1導電層58a及び第2導電層58bの間に、第1磁性層11、第2磁性層12及び第1中間層11nが設けられる。第3導電層58c及び第4導電層58dの間に、第3磁性層13、第4磁性層14及び第2中間層12nが設けられる。これらの導電層は、例えば、ワイヤ51wにそれぞれ電気的に接続され、制御素子部68に電気的に接続される。図3(b)に示すように、この例では、第1電極58aと膜部70dとの間に絶縁層58iが設けられている。
【0027】
図3(b)に示すように、例えば、支持部70s及び膜部70dとなる部材の一部が除去され、除去されて薄くなった部分が、膜部70dとなっても良い。例えば、厚い部分が支持部70sとなっても良い。
【0028】
例えば、検知素子部51sの抵抗(第1素子51及び第2素子52の少なくともいずれかの電気抵抗)は、膜部70dの変形に応じて変化する。例えば、膜部70dに外力が加わると、第1磁性層11の磁化の向き及び第2磁性層12の磁化の向き少なくともいずれかが変化する。これらの磁化の間の角度が、変化する。これは、例えば、磁歪に基づく。角度の変化により電気抵抗が変化する。これは、例えば、磁気抵抗効果に基づく。検知素子部51sの抵抗の変化を検知することで、加わる外力(例えば、音など)を検知できる。
【0029】
1つの例において、例えば、第1磁性層11の磁化の向きは、第2磁性層12の磁化よりも変化し易い。この場合、例えば、第1磁性層11は、磁化自由層である。例えば、第2磁性層12は、参照層である。別の例において、第1磁性層11が参照層で、第2磁性層12が磁化自由層でも良い。膜部70dの変形に応じて、2つの磁化の向きの両方が変化しても良い。以下では、第1磁性層11の磁化の向きが、第2磁性層12の磁化よりも変化し易いとする。
【0030】
実施形態においては、例えば、センサ110が受ける外力(例えば、超音波を含む音)により膜部70dが変形し、膜部70dの変形が、磁性層により電気抵抗に変換される。センサ110において、第1磁性部21が設けられることにより、X−Y平面に沿ってセンサ110に入射する外部磁場を減衰させることができる。第2磁性部22及び第3磁性部23が設けられることにより、Z軸方向に沿ってセンサ110に入射する外部磁場を減衰させることができる。外部磁場は、例えば、地磁気、及び、センサ110の近傍に存在する電磁波(電流を含む)を含む。これらの磁性部は、例えば、磁気シールドとして機能できる。
(【0031】以降は省略されています)

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