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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor mit einem Hall-Element.
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In
der Technik ist ein Stromsensor mit einem Hall-Element vom lateralen
Typ zur Erfassung eines durch einen Stromweg fließenden Stroms
an sich bekannt. Das Hall-Element vom lateralen Typ ist auf einem
Halbleitersubstrat ausgebildet, und das Hall-Element erfasst einen
magnetischen Fluss in einer vertikalen Richtung des Substrats. Der
Stromsensor erfasst den magnetischen Fluss durch Verwenden des Hall-Elements
in einem Fall, in welchem der magnetische Fluss in einem magnetischen
Feld erzeugt wird, wenn der Strom als ein Erfassungsobjekt durch
den Stromweg fließt.
In dem Stromsensor durchläuft
der Stromweg einen ein magnetisches Feld konzentrierenden Kern (nachstehend
auch als ein "Magnetfeld-Konzentrationskern" bezeichnet), der
eine C-Form aufweist,
und ein das Hall-Element aufweisender Sensorchip ist zwischen zwei
Enden der C-Form des Kerns montiert. Damit wird der zwischen zwei
Enden des Kerns in der vertikalen Richtung erzeugte magnetische
Fluss durch das Hall-Element erfasst. In diesem Fall ist der Konzentrationskern
für den
Stromsensor erforderlich. Demgemäß werden
die Abmessungen des Stromsensors größer.
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In
der
JP-A-2003-262650 weist
ein einen magnetischen Sensor aufweisender Stromsensor eine Magnetfeld-Konzentrationsplatte
auf. Der magnetische Sensor weist ein Hall-Element vom lateralen Typ
auf, und die Magnetfeld-Konzentrationsplatte
ist oben auf dem magnetischen Sensor montiert. Die aus einem weichmagnetischen
Material hergestellte Konzentrationsplatte konzentriert einen magnetischen
Fluss. Das Hall-Element ist zwischen zwei Enden der Konzentrationsplatte
so montiert, dass das Hall-Element den magnetischen Fluss in der
vertikalen Richtung einer Substratoberfläche erfasst. So erfasst der Stromsensor
einen Strom. In diesem Fall weist der Stromsensor keinen Magnetfeld-Konzentrationskern
auf; und daher werden die Abmessungen des Stromsensors kleiner.
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Obschon
jedoch die Abmessungen des Stromsensors klein sind, benötigt der
Stromsensor die Magnetfeld-Konzentrationsplatte. Nachdem ein Magnetfeld-Konzentrationselement
wie etwa der Konzentrationskern und die Konzentrationsplatte für den Stromsensor
benötigt
werden, ist somit die Minimierung der Abmessungen des Stromsensors
durch die Abmessungen des Konzentrationselements begrenzt.
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Um
den durch den zu erfassenden Strom bewirkten magnetischen Fluss
genau zu erfassen, muss ferner die Positionierung zwischen dem Stromweg,
dem Hall-Element und dem Konzentrationselement genauer sein. Falls
die Positionierung zwischen diesen drei Elementen abweicht, ändert sich
die Erfassungsgenauigkeit. Somit ist die Erfassungsgenauigkeit des
Stromsensors herabgesetzt.
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Ein
Stromsensor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der
DE
101 08 640 A1 bekannt.
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In
Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Stromsensor mit kleinen Abmessungen und
einer hohen Erfassungsgenauigkeit zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Sensor ist das Hall-Element vom vertikalen
Typ und kann der Sensor den zu erfassenden Strom (hier auch als
Erfassungsobjektstrom bezeichnet) ohne ein Magnetfeld-Konzentrationselement
erfassen. Daher sind die Abmessungen des Sensors minimiert. Ferner
wird die Positionierung zwischen dem Hall-Element und dem Stromweg
viel genauer bestimmt. Daher ist eine Abweichung der Positio nierung
zwischen dem Hall-Element und dem Stromweg begrenzt. Eine Abweichung
der Erfassungsgenauigkeit des Sensors wird somit verhindert. Demgemäß weist
der Sensor kleine Abmessungen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit
auf.
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung, die
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen angefertigt wurde,
deutlicher werden. In den Zeichnungen:
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ist 1A eine
Draufsicht, welche einen Stromsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt, ist 1B eine
den Sensor zeigende Querschnittsansicht, welche entlang einer Linie
IB-IB in 1A genommen ist, und ist 1C eine
den Sensor zeigende Querschnittsansicht, welche entlang einer Linie
IC-IC in 1A genommen ist;
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ist 2 eine
Querschnittsansicht, welche einen Stromsensor gemäß einer
ersten Abwandlung der ersten Ausführungsform zeigt;
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ist 3 eine
Querschnittsansicht, welche einen Stromsensor gemäß einer
zweiten Abwandlung der ersten Ausführungsform zeigt;
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ist 4 eine
Draufsicht, welche einen Stromsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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ist 5 eine
Querschnittsansicht, welche einen Stromsensor gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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In 1A bis 1C ist
ein Stromsensor 100 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hierbei ist in 1A eine Isolierschicht 30 nicht
dargestellt und ein Leiterabschnitt 40, der von zwei strichpunktierten
Linien umgeben ist, transparent dargestellt.
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Der
Stromsensor
100 weist ein Halbleitersubstrat
10,
ein Hall-Element
20 und einen Leiterabschnitt
40 auf.
Das Hall-Element
20 ist auf einer Seite des Halbleitersubstrats
10 ausgebildet.
Der Leiterabschnitt
40 ist mit der Isolierschicht
30 dazwischen
auf der einen Seite des Halbleitersubstrats
10 ausgebildet.
Hierbei sind der Aufbau und das Herstellungsverfahren des Hall-Elements
in
US 2005/0,230,770-A1 beschrieben.
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Bei
dem Sensor 100 ist das Halbleitersubstrat 10 aus
einem Siliziumsubstrat (P-sub) hergestellt, das einen P-Leitfähigkeitstyp
aufweist. Insbesondere weist das Halbleitersubstrat 10 eine
Oberfläche
einer (100)-Kristallorientierung als eine Schnittfläche auf. Durch
Verwendung des P-Substrats wird eine durch eine auf das Halbleitersubstrat 10 aufgebrachte
Belastung verursachte Offset-Spannung
reduziert. Ersatzweise kann das Halbleitersubstrat 10 aus
einem anderen Material hergestellt sein.
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Das
Hall-Element 20 ist ein Hall-Element vom vertikalen Typ,
das in dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist. Das Halbleitersubstrat 10 weist
ferner ein Halbleitergebiet eines N-Leitfähigkeitstyps 21 (N-Muldengebiet
bzw. N-Mulde) als eine Diffusionsschicht auf. Ein Fremdmaterial
(Störstellen)
vom N-Leitfähigkeitstyp
ist auf der Substratoberfläche
des Halbleitersubstrats 10 so eingeführt, dass das Halbleitergebiet 21 auf
der einen Seite des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet
ist. Das Halbleitergebiet 21 ist von dem Halbleitersubstrat 10 umgeben.
Das Halbleitersubstrat 10 weist ferner eine Diffusionstrennwand
vom P-Leitfähigkeitstyp 22 (P-Muldengebiet bzw.
P-Mulde) zum Trennen des Hall-Elements 20 von anderen Elementen
auf dem Halbleitersubstrat 10 auf. Ein Fremdmaterial vom
P-Leitfähigkeitstyp
ist auf einem Teil des Halbleitersubstrats 10 so eingeführt, dass
das P-Muldengebiet 22 als eine Diffusionsschicht ausgebildet
ist. Fünf
Kontaktgebiete 23a–23e sind
in einem aktiven Gebiet ausgebildet, das von der Diffusionstrennwand 22 umgeben
ist. Jedes Kontaktgebiet 23a–23e ist auf der Oberfläche des
Halbleitergebiets 21 ausgebildet. Die Störstellenkonzentration
auf der Oberfläche
des Halbleitergebiets 21 ist selektiv so erhöht, dass
das Kontaktgebiet 23a–23e als
eine Diffusionsschicht vom N+-Leitfähigkeitstyp
ausgebildet wird.
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Somit
wird ein ausgezeichneter Ohm'scher Kontakt
zwischen dem Kontaktgebiet 23a–23e und einer Verdrahtung
erzielt, wobei die Verdrahtung mit dem Kontaktgebiet 23a–23e verbunden
ist. Das Kontaktgebiet 23a–23e ist durch die
Verdrahtung elektrisch mit einem Verbindungsanschluss S, G1, G2, V1,
V2 verbunden. Ein Paar der Kontaktgebiete 23a, 23b und
ein Paar der Kontaktgebiete 23a, 23c stellen Stromzufuhrpaare
zum Zuführen
eines Treiberstroms an das Hall-Element 20 bereit. Ein
Paar der Kontaktgebiete 23d, 23e entspricht einem
Paar von Ausgangsanschlüssen
des Hall-Elements 20 zum Ausgeben einer Hall-Spannung.
In 1A sind die Verbindungsanschlüsse S, G1, G2, V1, V2 mit dem
Kontaktgebiet 23a–23e in
dem Leiterabschnitt 40 verbunden. Tatsächlich sind die Verbindungsanschlüsse S, G1,
G2, V1, V2 jedoch durch den Leiterabschnitt 40 außerhalb
des Leiterabschnitts 40 verbunden.
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Das
aktive Gebiet, das von der Diffusionstrennwand 22 umgeben
ist, weist eine erste Trennwand 22a und eine zweite Trennwand 22b auf,
sodass das aktive Gebiet in drei Elementgebiete 21a–21c aufgeteilt
ist. Die erste und die zweite Trennwand 22a, 22b weisen
einen P-Leitfähigkeitstyp
auf, sodass jedes Elementgebiet 21a–21c und jede Trennwand 22, 22a, 22b eine
PN-Übergangstrennung
aufweisen. Die erste und die zweite Trennwand 22a, 22b weisen
gemäß der Darstellung
in 1C eine Diffusionstiefe auf, die seichter (also
geringer) als eine Tiefe des Halbleitergebiets 21 ist,
sodass ein Teil des Halbleitergebiets 21 unterhalb der Trennwand 22a, 22b selektiv
verengt ist. Somit stellt der Teil des Halbleitergebiets 21 nahe
dem Boden des Halbleitergebiets 21 einen Stromweg bereit. Demgemäß ist jedes
Elementgebiet 21a–21c in
einer Tiefenrichtung des Inneren des Halbleitersubstrats 10 elektrisch
geteilt.
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Insbesondere
sind die Kontaktgebiete 23a, 23d, 23d in
dem Elementgebiet 21a ausgebildet, ist das Kontaktgebiet 23c in
dem Elementgebiet 21b ausgebildet und ist das Kontaktgebiet 23c in
dem Elementgebiet 21c ausgebildet. Das Kontaktgebiet 23a ist
zwischen zwei Kontaktgebieten 23b, 23c liegend
angeordnet und ist ferner zwischen zwei Kontaktgebieten 23d, 23e liegend
angeordnet. Ein Paar der Kontaktgebiete 23b, 23c ist
senkrecht zu einem anderen Paar der Kontaktgebiete 23d, 23e angeordnet.
Somit steht das Kontaktgebiet 23a jedem der Kontaktgebiete 23b, 23c über die
jeweilige Trennwand 22a, 22b gegenüber. Das
Kontaktgebiet 23a steht jedem der Kontaktgebiete 23d, 23e ohne
eine Trennwand gegenüber.
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In
dem Hall-Element 20 ist eine Hall-Platte HP als ein Magnetfeld-Erfassungsgebiet
aus einem zwischen den Kontaktgebieten 23d, 23e liegend
angeordneten Gebiet ausgebildet; das Gebiet ist in 1A als
eine gestrichelte Linie dargestellt. Die Hall-Platte HP ist elektrisch
geteilt und ist in dem Elementgebiet 21a angeordnet. Das
Kontaktgebiet 23a, das einem Anschluss der Stromzufuhranschlüsse entspricht,
ist zwischen den die Hall-Spannungs-Ausgangsanschlüsse bereitstellenden Kontaktgebieten 23d, 23e liegend
angeordnet. Die Kontaktgebiete 23b, 23c, die den
anderen Anschlüssen der
Stromzufuhranschlüsse
entsprechen, sind achsensymmetrisch gegenüber den Hall-Spannungs-Ausgangsanschlüssen, d.
h., einem Paar der Kontaktgebiete 23d, 23e angeordnet.
Demgemäß wird eine
Hall-Spannung, die durch einen in einer seitlichen (lateralen) Richtung
der Hall-Platte HP fließenden
und parallel zu der Substratoberfläche fließenden Strom erzeugt wird,
ausgelöscht.
Somit wird der magnetische Fluss als ein Erfassungsobjekt, der eine
Komponente parallel zu der Substratoberfläche aufweist, durch das Halbleitersubstrat 10 richtig
erfasst. Da ferner die erste und die zweite Trennwand 22a, 22b in
dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet sind, wird der in
der lateralen Richtung der Substratober fläche fließende Strom durch die Trennwände 22a, 22b gestört, sodass
die Erfassungsgenauigkeit sehr verbessert wird.
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Die
Isolierschicht 30 sorgt für eine elektrische Isolation
zwischen dem Hall-Element 20 und dem Leiterabschnitt 40.
Die Isolierschicht 30 wird nach Ausbildung des Hall-Elements 20 in
dem Halbleitersubstrat 10 auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet.
Die Isolierschicht 30 ist beispielsweise aus einem Siliziumoxidfilrn
hergestellt. Die Dicke der Isolierschicht 30 ist so bestimmt,
dass der magnetische Fluss, der eine Komponente parallel zu der
Substratoberfläche
aufweist, in hinreichender Weise auf die Hall-Platte HP in dem Hall-Element 20 einwirkt.
Hierbei wird der magnetische Fluss durch ein Magnetfeld als ein
Erfassungsobjekt erzeugt, wenn ein Strom durch den Leiterabschnitt 40 fließt.
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Der
Leiterabschnitt 40 ist ein Stromweg für den Strom als ein Erfassungsobjekt,
der durch den Leiterabschnitt 40 tritt. Der Leiterabschnitt 40 ist
mit der Isolierschicht 30 dazwischen auf dem Halbleitersubstrat 10 integral
(einteilig oder in einem Arbeitsgang) ausgebildet. Der Leiterabschnitt 40 ist
beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Somit ist der Stromsensor 100 mit
der Isolierschicht 30 und dem Leiterabschnitt 40 durch
einen Halbleiterprozess so ausgebildet, dass ein Herstellungsprozess
des Sensors 100 vereinfacht ist. Ferner sind die Isolierschicht 30 und
der Leiterabschnitt 40 auf der einen Seite des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet,
wobei die eine Seite diejenige ist, auf welcher das Hall-Element 20 ausgebildet
ist. Demgemäß ist der
Herstellungsprozess des Sensors 100 stark vereinfacht.
Nachdem des Weiteren das Hall-Element 20, die Isolierschicht 30 und
der Leiterabschnitt 40 auf dem gleichen Halbleitersubstrat 10 ausgebildet
sind, können
das Hall-Element 20 und der Leiterabschnitt 40 genau
positioniert werden. Demgemäß ist die
Erfassungsgenauigkeit des Sensors stark verbessert.
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Gemäß der Darstellung
in 1A bedeckt der Leiterabschnitt 40 das
Halbleitergebiet 21 in dem Hall-Element 20 in
einer Richtung senkrecht zu einer Stromflussrichtung des Stroms
I als des Erfassungsobjekts vollständig. Dem gemäß kann die
Hall-Platte HP den magnetischen Fluss parallel zu der Substratoberfläche stabil
erfassen, wenn der Strom I durch den Leiterabschnitt 40 fließt.
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Wenn
bei dem Sensor 100 beispielsweise der Treiberstrom von
dem Anschluss S zu dem Anschluss G1 fließt und/oder von dem Anschluss
S zu dem Anschluss G2 fließt,
fließt
der Treiberstrom von dem auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildeten
Kontaktgebiet 23a durch die Hall-Platte HP und den Teil
des N-Muldengebiets 21 unterhalb der ersten oder zweiten
Trennwand 22a, 22b zu dem Kontaktgebiet 23b, 23c.
Somit fließt
in der Hall-Platte HP
der Treiberstrom, der eine vertikale Komponente senkrecht zu dem
Halbleitersubstrat 10 aufweist. In einem Fall, in welchem
der Hall-Platte HP der Treiberstrom zugeführt wird, und wenn der Erfassungsobjektstrom
I durch den Leiterabschnitt 40 fließt und das durch den Erfassungsobjektstrom
I hervorgerufene Magnetfeld auf die Hall-Platte HP einwirkt, wird zwischen
den Anschlüssen
V1, V2 eine Hall-Spannung VH erzeugt. Insbesondere
wenn der eine Komponente parallel zu der Substratoberfläche aufweisende
magnetische Fluss in dem Magnetfeld auf die Hall-Platte HP einwirkt,
wird durch einen Hall-Effekt die Hall-Spannung VH in Übereinstimmung
mit dem magnetischen Fluss erzeugt. Der magnetische Fluss ist in 1B und 1C als
B gezeigt. Auf der Grundlage der nachstehenden Formeln F1 und F2 wird
der Erfassungsobjektstrom I durch Messen des Hallspannungssignals
ermittelt. VH =
(RH I0 B/d) cosθ (F1) B = μ0
I/2πr (F2)
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Hierbei
steht RH für einen Hall-Koeffizienten, I0 für
den Treiberstrom, d für
die Dicke der Hall-Platte HP, d. h., den Abstand zwischen den Trennwänden 22a, 22b, θ für einen
Winkel zwischen dem Hall-Element 20 und dem Magnetfeld, μ0 für eine Raumpermeabilität (magnetische
Feldkonstante), wobei μ0 gegeben ist durch 4π × 10–7 N/A2 (= 4π × 10–7 Vs/Am),
I für einen
Erfassungsob jektstrom, und r für
einen Abstand zwischen der Hall-Platte HP und dem Leiterabschnitt 40.
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Bei
dem Sensor 100 ist das Hall-Element 20 ein Hall-Element
vom vertikalen Typ und ist der Leiterabschnitt 40 auf der
Oberfläche
des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Wenn der Erfassungsobjektstrom
I durch den Stromweg, d. h., den Leiterabschnitt 40 fließt, wird
der magnetische Fluss B erzeugt, der die Komponente parallel zu
dem Halbleitersubstrat 10 aufweist. Demgemäß können die
Abmessungen des Sensors 100 minimiert werden, da der Sensor 100 kein
Magnetfeld-Konzentrationselement aufweist.
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Ferner
ist die Positionierung des Leiterabschnitts 40 und des
Hall-Elements 20 in
geeigneter Weise bestimmt, um den durch den Erfassungsobjektstrom
I erzeugten magnetischen Fluss B durch das Hall-Element 20 genau
zu erfassen. Die Positionierungsgenauigkeit des Leiterabschnitts 40 und
des Hall-Elements 20 ist verbessert. Somit weist der Sensor 100 eine
hohe Positionierungsgenauigkeit des Leiterabschnitts 40 und
des Hall-Elements 20 auf, sodass die Erfassungsgenauigkeit
des Sensors 100 verbessert ist. Insbesondere wird eine
Abweichung der Positionierungsgenauigkeit des Leiterabschnitts 40 und
des Hall-Elements 20 klein, sodass die Abweichung der Erfassungsgenauigkeit
des Sensors 100 ebenfalls klein wird.
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In 1A bis 1C ist
der Leiterabschnitt 40 als der Stromweg auf der einen Seite
des Halbleitersubstrats 10, auf welcher das Hall-Element 20 ausgebildet
ist, ausgebildet. Der Stromweg kann jedoch auf einer Oberfläche des
Halbleitersubstrats 10 ausgebildet sein, wenn nur der magnetische
Fluss B, der die Komponente parallel zu dem Halbleitersubstrat 10 aufweist,
auf die Hall-Platte
HP einwirkt, wenn der Erfassungsobjektstrom I durch den Stromweg fließt. Gemäß einer
nicht explizit beanspruchten Alternative kann der Leiterabschnitt 40 z.
B. auf der Rückseite
des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet sein, wie es in 2 gezeigt
ist. In 2 ist das Hall-Element 20 auf
der Vorderseite des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet.
In diesem Fall kann ein Verbindungsaufbau zwischen dem Kontaktgebiet 23a–23e und
dem Verbindungsanschluss S, G1, G2, V1, V2 vereinfacht werden.
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Wahlweise
kann der Stromweg auf beiden Seiten des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet
sein.
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In 1A bis 1C deckt
der Leiterabschnitt 40 das Halbleitergebiet 21 in
dem Hall-Element 20 in der Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung
des Erfassungsobjektstroms I vollständig ab. Ersatzweise kann der
Leiterabschnitt 40 gemäß der Darstellung
in 3 wenigstens die Hall-Platte HP als den Magnetfeld-Erfassungsabschnitt
vollständig
abdecken. Auch in diesem Fall kann das Hall-Element 20 den
magnetischen Fluss B, der die Komponente parallel zu dem Halbleitersubstrat 10 aufweist, stabil
erfassen.
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Obschon
das Hall-Element 20 einen in 1A bis 1C gezeigten
Aufbau aufweist, kann das Hall-Element 20 einen anderen
Aufbau als den in 1A bis 1C gezeigten
aufweisen, wenn nur das Hall-Element 20 ein Hall-Element
vom vertikalen Typ ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein
Stromsensor 200 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.
In 4 ist die Isolierschicht 30 auf dem Halbleitersubstrat 10 nicht
gezeigt. Ferner ist der Leiterabschnitt 40 auf der Isolierschicht 30 transparent
dargestellt.
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Der
Sensor 200 weist nicht nur das Hall-Element 20,
sondern auch einen Verarbeitungsschaltungsabschnitt 50 auf.
Das Hall-Element 20 und der Verarbeitungsschaltungsabschnitt 50 sind
integral auf dem gleichen Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Der
Verarbeitungsschaltungsabschnitt 50 weist eine Signalverarbeitungsschaltung
und eine Stromtreiberschaltung auf. Die Signalverarbeitungsschaltung
berechnet das von dem Hall-Element 20 ausgegebene Hallspannungssignal,
und die Stromtreiberschaltung steuert und liefert den Treiberstrom
an das Hall-Element 20.
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Nachdem
in diesem Fall der Verarbeitungsschaltungsabschnitt 50 in
dem gleichen Halbleitersubstrat 10, in welchem das Hall-Element 20 ausgebildet
ist, integriert ist, werden die Gesamtabmessungen des Sensors 200 viel
kleiner.
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(Dritte Ausführungsform)
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Ein
Stromsensor 300 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt.
Der Sensor 300 weist ein Leiterelement bzw. einen Leiterabschnitt 41 als
einen Stromweg auf. Der Leiterabschnitt 41 ist oberhalb
des Halbleitersubstrats 10 mit einem Isolationselement 31 dazwischen
angeordnet. Insbesondere weist das Isolationselement 31 eine
Rahmengestalt auf und ist aus einem Isolationsmaterial wie etwa
einem Harz hergestellt. Das Isolationselement 31 ist mit
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats 10 verbunden bzw. verklebt und
an diesem befestigt. Der Leiterabschnitt 41 ist an einer
gegenüberliegenden
Seite des Isolationselements 31 befestigt, wobei die gegenüberliegende
Seite dem Halbleitersubstrat 10 gegenüberliegt. Der Leiterabschnitt 41 ist
aus einer Metallplatte wie etwa einer Kupferplatte ausgebildet.
Die Metallplatte ist zur Ausbildung des Leiterabschnitts 41 in
eine vorbestimmte Gestalt verarbeitet.
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In
diesem Fall ist der Leiterabschnitt 41 integral auf dem
Halbleitersubstrat 10 mit dem Isolationselement 31 dazwischen
ausgebildet, ohne den Halbleiterprozess zu verwenden.
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Die
vorliegende Offenbarung weist die nachstehenden Gesichtspunkte auf.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung weist ein Stromsensor
zur Erfassung eines Erfassungsobjektstroms auf: einen Stromweg zum
Leiten des Erfassungsobjektstroms hierhindurch; ein Halbleitersubstrat;
und ein auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnetes Hall-Element. Das Hall-Element
ist in der Lage, einen durch ein bei Fließen des Erfassungsobjektstroms durch
den Stromweg durch den Erfassungsobjektstrom hervorgerufenes magnetisches
Feld erzeugten magnetischen Fluss zu erfassen. Das Hall-Element erzeugt
eine Hall-Spannung, die dem magnetischen Fluss entspricht, wenn
ein in einer Richtung senkrecht zu dem Halbleitersubstrat fließender Treiberstrom
dem Hall-Element zugeführt
wird und wenn der magnetische Fluss, der eine Komponente parallel
zu dem Halbleitersubstrat aufweist, auf das Hall-Element einwirkt.
Der Stromweg ist auf der Vorderseite oder einer Rückseite
des Halbleitersubstrats angeordnet. Der Stromweg ist elektrisch
von dem Hall-Element isoliert.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Sensor ist das Hall-Element ein Hall-Element vom vertikalen Typ
und kann der Sensor den Erfassungsobjektstrom ohne ein Magnetfeld-Konzentrationselement
erfassen. Somit sind die Abmessungen des Sensors minimiert. Ferner
ist die Positionierung zwischen dem Hall-Element und dem Stromweg
sehr genau bestimmt. Daher ist eine Abweichung der Positionierung
zwischen dem Hall-Element und dem Stromweg begrenzt. Mithin wird
eine Abweichung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors vermieden.
Demgemäß weist
der Sensor kleine Abmessungen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit
auf.
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Wahlweise
kann der Stromweg mit dem Halbleitersubstrat integral in solcher
Weise gekoppelt sein, dass der Stromweg auf der Vorder- oder Rückseite
des Halbleitersubstrats mit einem Isolationselement dazwischen angeordnet
ist, um eine Isolation von dem Hall-Element bereitzustellen. In
diesem Fall ist die Positionierung zwischen dem Stromweg und dem
Hall-Element genau und so festgelegt, dass sie eine vorbestimmte
Position ist. Ferner wird durch Steuern der Dicke des Isolationselements
der Abstand zwischen dem Stromweg und dem Hall-Element genau gesteuert,
sodass der durch den Erfassungsobjektstrom hervorgerufene magnetische Fluss
durch das Hall-Element genau erfasst wird.
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Wahlweise
kann das Isolationselement ein Isolationsfilm sein, und der Stromweg
ist ein Leiterabschnitt. In diesem Fall können das Hall-Element und der
Leiterabschnitt als der Stromweg auf dem gleichen Substrat durch
Verwen den eines Halbleiterprozesses ausgebildet sein. Demgemäß wird die
Positionierung zwischen dem Hall-Element und dem Stromweg sehr genau
gesteuert. Somit ist die Erfassungsgenauigkeit des Sensors verbessert
und ist das Herstellungsverfahren des Sensors vereinfacht. Ferner
kann der Leiterabschnitt mit dem Halbleitersubstrat mit dem Isolationsfilm
dazwischen integriert sein und kann der Leiterabschnitt auf der
Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordnet sein.
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Wahlweise
kann das Hall-Element eine Hall-Platte als einen Magnetfluss-Erfassungsabschnitt
aufweisen, dem der Treiberstrom zugeführt wird. Der Stromweg kann
die Hall-Platte in einer ebenen Oberfläche der Vorderseite des Halbleitersubstrats
abdecken. In diesem Fall kann das Hall-Element den magnetischen
Fluss, der die Komponente parallel zu dem Substrat aufweist, stabil
erfassen.
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Wahlweise
kann der Sensor ferner einen Verarbeitungsschaltungsabschnitt zum
Steuern des Hall-Elements aufweisen. Der Verarbeitungsschaltungsabschnitt
ist auf dem Halbleitersubstrat integral angeordnet. In diesem Fall
können
die Gesamtabmessungen des Sensors stark reduziert werden.
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Wahlweise
ist das Hall-Element ein Hall-Element vom vertikalen Typ und weist
das Hall-Element ein Halbleitergebiet, eine Trennwand, erste bis
dritte Stromzufuhranschlüsse
und einen ersten und einen zweiten Spannungsausgangsanschluss auf.
Das Halbleitergebiet ist in einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats
angeordnet. Die Trennwand weist einen Rahmen, eine erste Wand und
eine zweite Wand auf. Der Rahmen der Trennwand umgibt das Halbleitergebiet.
Die erste Wand und die zweite Wand sind in dem Rahmen der Trennwand
so angeordnet, dass das Halbleitergebiet in erste bis dritte Elementgebiete
aufgeteilt ist. Jede der ersten und der zweiten Wand weist eine
Tiefe, die seichter als eine Tiefe des Halbleitergebiets ist, so
auf, dass das erste bis dritte Elementgebiet durch einen Teil des
Halbleitergebiets unterhalb jeder der ersten und der zweiten Wand
elektrisch miteinander verbunden sind. Der erste Stromzufuhranschluss
ist in dem ersten Elementgebiet angeordnet, der zweite Stromzufuhranschluss
und der erste und der zweite Spannungsausgangsanschluss sind in
dem zweiten Elementgebiet angeordnet, und der dritte Stromzufuhranschluss
ist in dem dritten Elementgebiet angeordnet. Der erste und der zweite
Spannungsausgangsanschluss sind achsensymmetrisch bezüglich eines
Paars des ersten und dritten Stromzufuhranschlusses angeordnet. Der
zweite Stromzufuhranschluss ist in einer Mitte zwischen dem ersten
und dem zweiten Spannungsausgangsanschluss angeordnet. Das Hall-Element weist
eine Hall-Platte als einen Magnetfluss-Erfassungsabschnitt auf.
Die Hall-Platte
wird durch einen Teil des zweiten, von dem ersten und zweiten Spannungsausgangsanschluss
umgebenen Elementgebiets bereitgestellt. Der Treiberstrom wird der Hall-Platte
durch ein Paar des ersten und zweiten Stromzufuhranschlusses und/oder
ein Paar des zweiten und dritten Stromzufuhranschlusses zugeführt. Die
Hall-Spannung wird aus dem ersten und zweiten Spannungsausgangsanschluss
ausgegeben. Ferner können
der erste bis dritte Stromzufuhranschluss und der erste und zweite
Spannungsausgangsanschluss auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats
angeordnet sein. Der erste bis dritte Stromzufuhranschluss können auf
einer Linie angeordnet sein, und der erste und zweite Spannungsausgangsanschluss
und der dritte Stromzufuhranschluss können auf einer anderen Linie
angeordnet sein. Der Stromweg ist parallel zu der anderen Linie,
und der Stromweg ist senkrecht zu der Linie. Des Weiteren kann das
Halbleitersubstrat einen ersten Leitfähigkeitstyp, das Halbleitergebiet
einen zweiten Leitfähigkeitstyp
und die Trennwand den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Ferner
kann der Stromweg ein Leiterabschnitt sein, der auf der Vorderseite
des Halbleitersubstrats mit einem Isolationsfilm dazwischen so angeordnet
ist, dass der Leiterabschnitt elektrisch von dem Hall-Element isoliert
ist. Der Leiterabschnitt kann aus einem Metallfilm, der Isolationsfilm
aus einem Oxidfilm und das Halbleitersubstrat aus Silizium hergestellt
sein.
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Ein
Stromsensor gemäß vorstehender
Beschreibung weist auf: einen Stromweg (40); ein Halbleitersubstrat
(10); und ein Hall-Element (20) auf dem Halbleitersubstrat
(10). Das Hall-Element (20) erfasst einen magnetischen
Fluss (B) in einem durch einen Erfassungsobjektstrom (I) hervorgerufenen
magnetischen Feld. Das Hall-Element (20) erzeugt eine Hall-Spannung,
die dem magnetischen Fluss (B) entspricht, wenn ein Treiberstrom,
der in einer Richtung senkrecht zu dem Halbleitersubstrat (10)
fließt,
dem Hall-Element (20) zugeführt wird und wenn der magnetische
Fluss (B), der eine Komponente parallel zu dem Halbleitersubstrat
(10) aufweist, auf das Hall-Element (20) einwirkt.
Der Stromweg (40) ist auf dem Halbleitersubstrat (10)
angeordnet und ist elektrisch von dem Hall-Element (20)
isoliert.