超小形針形状磁気プローブを用いた 磁界の微小な空間分布計測

1. A-3 超小形針形状磁気プローブを用いた磁界の微小な空間分布計測 奥谷　俊彦 磁気応用研究グループ 電気電子システム工学科

2. 目次 １．研究背景･目的 ２．超小形針形状磁気プローブ ３．磁束密度分布計測システム ４．磁束密度分布測定 ５．まとめ・今後の課題

3. 磁気センサには様々な種類がある SQUID GMR素子 ホール素子 感度 ◎ ○ △ 分解能 △ ○ ◎ 研究背景 電流検出･･･配線を切断 　　　　　　　　　　→配線の破損 電子機器の普及 →プリント基板の検査など 　　　配線からの信号検出が重要 非接触による検出に 磁気センサを応用 感度・空間分解能共に性能のよい 磁気センサが必要

4. y x z 超小形針形状磁気プローブ 一定方向の磁束密度を 高感度に検出可能 針形状 セラミック 小形針形状 磁気プローブ GMR(巨大磁気抵抗効果)センサ 磁界の変化によって電気抵抗率が変化する現象 →小型化が可能 センシング方向 B 計測範囲 針にGMRセンサを配線 　　　→センシング方向の指定が容易 I 導線 GMRセンサ 75 × 40 mm 感度　　　 　　　　(1.8mV/mT) →数mAの電流を検出可能 空間分解能(検出部75×40mm) →針形状のためセンサ移動が容易 図1GMRセンサ概略

5. 研究目的 電気製品にはプリント基板が多く使われている →プリント基板からの信号検出の必要性 配線を破損させずに信号検出 非接触 超小型針形状磁気プローブを用いた プリント基板配線に流れる信号検出 電流など 超小型針形状磁気プローブを用いた 　　　　　　　　　　　　　磁束密度の空間分布の計測

6. 磁束密度分布計測システム 超小型針形状 　　　　磁気プローブ セラミック針 (GMRセンサ) マイクロ 　メーター GMRセンサを 　　　　　　　水平に固定 マイクロメーターに接続された移動台に測定対象を固定 　→測定対象の　　　　　　　精密な移動 微小な空間分布測定 測定対象 ・ミアンダ状配線 ・3重直線配線 図2　計測システム(マイクロメーター付)

7. y x z I I I I I I プリント基板配線モデル ミアンダ状配線 3重直線配線 配線(導線) 図3　プリント基板の単純モデル

8. y x z I I I 計測方法 ミアンダ状配線･3重直線配線に 1000Hz 1V 方形波電圧を印加 →可変抵抗100kWにより 10mAの電流を印加 配線まわりに磁界が発生 センサと配線との距離r = 20 mm x,z方向にセンサを動かし 磁束密度分布を測定する 配線(導線) 図4　磁束密度分布計測法

9. y x z x方向の磁束密度空間分布測定 磁束密度分布(計算値) r = 15 mm センサ出力(計算値) r = 20 mm r = 20 mm r = 35 mm 測定点 測定点 磁束密度分布(計算値) センサ出力(計算値) 3重直線電流 ミアンダ状電流 図5　磁束密度の空間分布測定(x方向) センサ移動位置

10. r = 5 mm r = 5 mm r = 20 mm r = 20 mm y x r = 60 mm r = 60 mm z z方向の磁束密度空間分布測定 測定点 測定点 センサ 出力 (計算値) センサ出力(計算値) 3重直線電流 ミアンダ状電流 図6　磁束密度の空間分布測定(z方向) センサ移動位置

11. まとめ 今後の課題 まとめ ・40mT程度の磁束密度を検出可能　しかし位置設定誤差が　大きい ・電流の方向が同じ場合、センサとの距離が配線上-配線間の 差に非常に大きく影響する 今後の課題 ・測定位置設定による誤差 　→測定前に測定範囲の四方を測定し,x,y,z軸のずれを補正 ・複雑なプリント基板モデルでの測定

12. 御静聴ありがとうございました

13. 巨大磁気抵抗効果 外部磁界B 強磁性体 電子 非強磁性体 強磁性体

14. 入力周波数による検出信号の変化 測定点 測定点 センサ出力値 センサ出力値 3重直線電流 ミアンダ状電流 図7　検出信号の周波数依存性