JP2007107972A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造を維持し、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出を可能とする電流センサを提供する。
【解決手段】検出対象である電流線１２に流れる電流を検出する電流センサとして、７つの縦型ホール素子１１を有する半導体基板１０を備える構造とする。そうして、この基板１０に垂直に配設された電流線１２に電流が流れることに起因して発せられる磁気を、これら縦型ホール素子１１により検出することによって、該検出される磁気から電流線１２に流れる電流を検出する。さらに基板１０には、電流線１２を検出位置Ａへ導くような切り込みＣＴを設け、同基板１０上の縦型ホール素子１１は、該検出位置Ａを中心にして円状の軌跡を描くように配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車のブレーキ等の電源系を検出対象として、この検出対象に流れる電流を検出する電流センサに関し、特に磁気検出素子（磁電変換素子）による磁気検出のもとに、該検出対象に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出する電流センサに関する。

従来、この種の電流センサとしては、ホール素子や磁気抵抗素子を用いた電流センサがよく知られている。はじめに、ホール素子を用いた電流センサによる電流検出の原理について説明する。

周知のように、ホール素子に磁気（磁束）が付与されるとき、このホール素子には、付与される磁気の強度に比例するホール電圧が発生する。一方、電流線（電流路）に電流が流れるとき、この電流線の周辺には流れる電流の大きさ（電流量）に比例する磁気（磁界）が発生する。一般に、ホール素子を用いた電流センサでは、このような現象のもと、電流線に流れる電流とこの電流に起因して発生する磁気との比例関係、並びにホール素子に付与される磁気とこの磁気に伴って発生するホール電圧との比例関係を各々利用して、検出対象とする上記電流線に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）を検出するようにしている。すなわち、このような電流センサでは、被検出電流線に流れる電流に起因して発生する磁気を上記ホール電圧として検出することによって、この検出される磁気から同被検出電流線に流れる電流の検出を行っている。

しかしながら、このような電流検出を行う場合には、ホール素子に付与される磁気の強度が小さい領域で、上記ホール素子に付与される磁気とこの磁気に伴って発生するホール電圧との比例関係が維持され難くなる。しかも、この領域においては、電流線に流れる電流に起因して発生する磁気の強度がそもそも小さいため、上述した原理のみでは、感度よく電流を検出すること自体が難しい。そこで、このような電流センサでは通常、例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載されるセンサのように、被検出電流線に流れる電流に起因して発生する磁気を集磁するコアを設けるなどして、磁気検出素子としてのホール素子に付与される磁気の強度を増大させている。以下、図１２を参照して、こうした集磁用のコアを備える電流センサの概要について説明する。

同図１２に示されるように、この電流センサは、基本的には、被検出電流線２に流れる電流Ｉｆに起因して発生する磁気を集磁するための磁性体からなるコア４とホール素子（厳密にいえば、横型ホール素子の集積化されたホールＩＣ）１とを有して構成されている。このうち、磁性体からなるコア４は、略Ｃ字状に形成され、その中央の空間に被検出電流線２を囲繞している。一方、ホール素子１は、同コア４の対向する端面間に形成されるギャップ（空間）の中に配設されている。そして、これら被検出電流線２およびコア４およびホール素子１がこのような位置関係にあることにより、このセンサにおいては、上記被検出電流線２に流れる電流Ｉｆに起因して発生する磁気が、上記コア４によって、所要の強度に集磁、増幅され、これが、上記ホール素子１に作用するようになっている。

このように、このセンサにおいては、同ホール素子１に付与される磁気の強度が所要の強度に確保され、被検出電流線２に流れる電流Ｉｆがたとえ小電流であっても、同電流Ｉｆの量（大きさ）を適切に検出することができる。また、ホール素子１から出力される出力信号を増幅するために設けられた増幅回路３（演算増幅器）も、より感度の高い電流検出を積極的に可能にしている。
特開２００２−３０３６４２号公報 特開平５−３１２８３９号公報

このように、図１２に例示した上記従来の電流センサによっても、検出対象となる電流線に流れる電流を高感度で検出することはできる。しかし、この従来の電流センサでは、小電流を検出するために上述のコア４の配設が必須となり、センサユニット全体としての大型化、部品点数の増大が避けられないものとなっている。しかも、この磁性体からなるコア４から、ヒステリシスや磁気飽和といった磁性体特有の性質の影響を受けることにより、正確な電流検出を妨げられることにもなる。

また、このほかにも電流センサとしては、センサの感度を上げる（センサ出力を大きくする）べく、Ｓｉ（シリコン）よりも移動度の大きい化合物半導体（例えばＩｎＡｓ等）からなるホール素子（横型ホール素子）を用いた電流センサなどが知られている。しかし、こうした電流センサにより電流検出を行おうとした場合は、ホール素子から出力される信号に対して所定の信号処理を施す回路（例えば図１２中の増幅回路３等）を、ホール素子とは別のチップ（ＩＣ）として設ける必要がある。すなわち、このような化合物半導体からなるホール素子を用いた電流センサであっても、結局、部品点数の増大や組付けコストの上昇を招くものとなっている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、簡素な構造を維持し、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出を可能とする電流センサを提供することを目的とする。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、検出対象である電流線に流れる電流を検出する電流センサとして、一乃至複数の縦型ホール素子を有する半導体基板を備え、該半導体基板に垂直に配設された検出対象となる電流線に電流が流れることに起因して発せられる磁気を、前記縦型ホール素子により検出することによって、該検出される磁気から前記電流線に流れる電流を検出する構造とする。

近年、従来一般に採用されているホール素子、すなわち基板面（チップ表面）に垂直な方向の磁気を検出する横型ホール素子とは別に、基板面に平行な方向の磁気を検出する縦型ホール素子の研究、開発も進められている。発明者は、こうした縦型ホール素子を利用して、従来と全く異なる、しかも従来よりも簡素な構造の電流センサを考案した。この電流センサによれば、すなわち請求項１に記載の上記センサ構造によれば、半導体基板に一乃至複数の縦型ホール素子を設けてこれを、検出対象となる電流線（電流路）に垂直に配設することにより、前述した集磁用の磁性体（コア）を用いることなく、同縦型ホール素子により検出される磁気に基づいてその電流線に流れる電流が検出されることになる。すなわち、簡素な構造が維持されて、部品点数の増大を招くことなく、高感度な電流検出が可能となる。

なお、ホール素子を同一基板上に複数（あるいは多数）配置する場合、一般的な横型ホール素子では、基板面に平行な方向に駆動電流を流して磁気を検出するため、基板上に大きな面積が必要になり、実用的ではない。この点、上記縦型ホール素子であれば、基板面に垂直な方向に駆動電流を流すため、これを同一基板上に複数配置する場合であれ、スペース的な制約は緩和され、簡素な構造を維持することが可能になる。しかも、上記基板に垂直に配設された検出対象（電流線）から発せられる磁気の方向は、同基板に平行な方向となるため、同一基板上に設けた全ての縦型ホール素子に、これ（磁気）を検出させることが可能である。すなわち、検出対象（電流線）に流れる電流がたとえ小電流であっても、これら縦型ホール素子を通じて、該電流（詳しくはその電流量や方向等）を適切に検出することができるようになる。

またこの場合、請求項２に記載の発明によるように、前記縦型ホール素子を、前記半導体基板上（同一基板上）に環状に複数配置することとすれば、より高い精度にて電流検出を行うことが可能になる。

具体的には、検出対象となる電流線に電流が流れると、該電流線から放射状に磁気が発せられる。そして、ここで発せられる磁気の強度（磁束密度）は、周知のように、発生源（ここでは電流線）からの距離の２乗に反比例する。したがって、請求項２に記載の上記構造のように、複数の縦型ホール素子を環状に配置した場合には、この環の中心に電流線（検出対象）を配設することで、それら環状に配置された縦型ホール素子の全てにおいて、同等の強度の磁気が検出されることになる。すなわち、これら縦型ホール素子の各出力（同等の出力）により、具体的には、例えばこれに各種の演算（加算等）を施すことによって、検出信号の強度（大きさ）を実質的に高めることが可能になり、ひいては電流センサとしての感度向上も図られるようになる。

またここで、前記環状に配置された複数の縦型ホール素子は、特に請求項３に記載の発明によるように、前記半導体基板の外周縁近傍に半円状の軌跡を描くように配置することがより望ましい。

こうした構造によれば、上記半導体基板の横、しかも前記環（半円）の中心に位置するところに、検出対象となる電流線を配設することによって容易に、上述したような、電流センサとしての感度向上が図られるようになる。しかもこの場合、検出対象となる電流線を挟むようにしてその左右に上記半導体基板を配設することで、同電流線を中心とした円（半円ではなく１つの円）状の軌跡を描くように上記縦型ホール素子を配置することも可能である。すなわち、このように２つの半導体基板を用いることで、電流センサとしての感度をさらに高めることが可能になる。

あるいは、請求項４に記載の発明によるように、上記請求項２に記載の電流センサにおいて、前記半導体基板として、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みが入ったものを採用し、前記環状に配置された複数の縦型ホール素子を、該検出位置を中心にして、前記半導体基板上に円状の軌跡を描くように配置することがより望ましい。

こうした構造によれば、上記切り込みを通じて、検出対象となる電流線の高い組付け性が確保されるとともに、この切り込みにより導かれる検出位置に、検出対象となる電流線を配設することによって容易に、上述したような、電流センサとしての感度向上が図られるようになる。しかもこの場合には、１つの半導体基板だけで、検出対象となる電流線を中心とした円（半円ではなく１つの円）状の軌跡を描くように上記縦型ホール素子を配置することが可能になる。

また、この請求項４に記載の電流センサにおいて、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みは、請求項５に記載の発明によるように、該検出位置までの切り込みとすることが有効である。こうすることで、前記検出対象となる電流線を所定の検出位置へ正確に位置決めすることもより容易となる。

また、上記請求項２〜５のいずれか一項に記載の電流センサにおいては、請求項６に記載の発明によるように、前記環状に配置された複数の縦型ホール素子を、その各々の出力端子が電気的に直列に接続されたものとすることで、これら縦型ホール素子の各出力が加算され、検出信号の強度（大きさ）が実質的に高められることになる。すなわち、電流センサとして、このような構造を採用することとすれば、電流センサとしての感度向上がより容易且つ的確に図られるようになる。

また一方、請求項７に記載の発明によるように、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記縦型ホール素子を、前記半導体基板上（同一基板上）に平行に連続するように複数配置することとすれば、当該電流センサを、前記電流線の位置を検出する位置センサなどとして用いて有益な構造となる。

詳しくは、前述したように、磁気の強度（磁束密度）は、発生源（電流線）からの距離の２乗に反比例する。したがって、上記平行に連続するように配置された複数の縦型ホール素子は、電流線（検出対象）に最も近い縦型ホール素子の出力が最大となり、同電流線から遠ざかるほど、縦型ホール素子の出力は小さくなる。そこで、請求項７に記載の上記センサによれば、これら縦型ホール素子の配設方向（平行に連続する方向）に電流線（検出対象）が移動（位置変化）したときに、その移動（振動や傾き等）を、ひいては検出対象となる電流線の位置を、該電流線の位置変化に対応した各縦型ホール素子の出力変化に基づいて、精度よく検出することができるようになる。

そしてこの場合も、請求項８に記載の発明によるように、前記平行に連続するように配置された複数の縦型ホール素子を、前記半導体基板の外周縁近傍に配置することがより望ましい。こうした構造によれば、上記半導体基板の横に電流線（検出対象）を配設することによって、上述したような、前記検出対象となる電流線の位置検出を容易に行うことができるようになる。しかもこの場合、検出対象となる電流線を挟むようにしてその左右に上記半導体基板を配設することで、同電流線の両脇に、共に平行に連続するような縦型ホール素子を配置することも可能である。すなわち、このように２つの半導体基板を用いることで、電流センサとしての感度をさらに高めることが可能になる。

またあるいは、請求項９に記載の発明によるように、上記請求項６に記載の電流センサにおいて、前記半導体基板として、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みが入ったものを採用し、前記複数の縦型ホール素子を、該切り込みの両脇に、共に平行に連続するように配置することがより望ましい。

こうした構造によれば、上記切り込みを通じて、検出対象となる電流線の高い組付け性が確保されるとともに、この切り込みにより導かれる検出位置に、検出対象となる電流線を配設することによって、上述したような、前記検出対象となる電流線の位置検出を容易に行うことができるようになる。しかもこの場合には、１つの半導体基板だけで、上記電流線（検出対象）の両脇に、共に平行に連続するような縦型ホール素子を配置することが可能になる。

そして特に、上記請求項４および５および９のいずれか一項に記載の電流センサにおいて、当該電流センサを、移動用の乗り物などに搭載されて、所定の方向（一乃至複数の方向）の振動検出に用いられるものとする場合には、請求項１０に記載の発明によるように、前記半導体基板に、前記検出位置の振動方向（例えば鉛直方向）に空間的な余裕（検出対象となる電流線が振動しても当たらない程度の余裕）をもたせる空洞が設けられていることがより望ましい。

通常、自動車やオートバイをはじめとする移動用の乗り物には、移動中、上下（鉛直方向）の振動が発生する。このため、移動用の乗り物に当該電流センサを搭載した場合には、同乗り物に搭載されている各種のボード（プリント回路板）について配線（電流線）の断線やコネクタ抜け（外れ）等が懸念されるようになる。そこで、請求項５に記載の上記電流センサを採用することとすれば、検出位置の振動方向（鉛直方向）に空間的な余裕をもたせる上記空洞を通じて、前記検出対象となる電流線の上下（鉛直方向）の揺れ（電流線の位置）を検出することが可能になり、ひいては配線の断線やコネクタ抜け等を未然に防止することができるようになる。なお、センサの配設環境はこれに限定されることなく、移動用の乗り物以外の振動検出において上記電流センサを採用した場合にも、同様の効果もしくはそれに準じた効果は奏されるようになる。

またこの場合、請求項１１に記載の発明によるように、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込み自体が、前記検出位置の振動方向（例えば鉛直方向）に伸び、該振動方向に空間的な余裕をもたせる前記空洞となるようにすれば、より簡易な加工で、前記空洞を容易に形成することが可能になる。

さらに、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の電流センサに関して、当該電流センサを、前記検出される電流線中の電流に基づき同電流線の位置を検出する位置センサとして採用する場合には、請求項１２に記載の発明によるように、前記複数の縦型ホール素子を、その出力が各別に検出されるように構成することで、これら各別に検出される各縦型ホール素子の出力の変化に基づき、より容易且つ的確に、同電流線の位置を精度よく検出することが可能になる。

また、簡素な構造を維持する上では、上記請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電流センサは、請求項１３に記載の発明によるように、前記半導体基板としてシリコンからなる基板を採用し、同基板に、前記縦型ホール素子のほかに、該縦型ホール素子から出力される信号に対して所定の信号処理を施す回路（例えば増幅回路、あるいはオフセットや温度特性を補正する補正回路等）も併せ集積化された構造とすることが有効である。こうした処理回路を別チップとして設けると、部品点数の増大や組付けコストの上昇を招くことは、前述したとおりである。すなわち、構造の簡素化が図る上では、前記縦型ホール素子と共々、こうした処理回路も併せ同一のチップに集積化することが望ましい。

（第１の実施の形態）
以下、図１および図２を参照して、この発明に係る電流センサを具体化した第１の実施の形態について説明する。

図１は、この電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図である。
同図１に示されるように、この電流センサは、基本的には、例えばシリコンからなる半導体基板１０を備えて構成されている。そして、この半導体基板１０の検出位置Ａ（同基板１０の中央）には、例えば自動車のブレーキ等の電源系に設けられた配線等からなる被検出電流線１２が、同基板１０に対して垂直に（直交するように）配設（固定）されている。また、半導体基板１０上には、複数（ここでは７つ）の縦型ホール素子１１が環状に、詳しくは上記電流線１２を中心にして円状の軌跡を描くように配設されている。そして、検出対象とする電流線１２を上記検出位置Ａへ導くような切り込みＣＴが、該検出位置Ａまでの切り込みとして、半導体基板１０に対して設けられることによって、上記電流線１２の高い組付け性が確保されている。

なお、上記複数（７つ）の縦型ホール素子１１の各出力端子は、互いに電気的に直列に接続されている。また、便宜上図示については割愛しているものの、上記半導体基板１０には、こうした縦型ホール素子１１のほかにも、これら縦型ホール素子１１から出力される信号に対して所定の信号処理を施す回路（例えば増幅回路、あるいはオフセットや温度特性を補正する補正回路等）がさらに集積化されている。

図２は、この電流センサに用いられる縦型ホール素子の一例について、その概略構造を模式的に示す図である。なお、この図２において、（ａ）は、このホール素子の平面図、（ｂ）は（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。

同図２に示されるように、このホール素子は、例えばＰ型のシリコンからなる半導体層（Ｐ−ｓｕｂ）２１と、この表面にＮ型の導電型不純物が導入されるかたちで形成された埋込層ＢＬと、さらにこの上に、例えばエピタキシャル成長にて形成されたＮ型のシリコンからなる半導体領域２２とを有して構成されている。なお、上記埋込層ＢＬは、いわば下部電極として機能するものであり、その不純物濃度は上記半導体領域２２よりも高い濃度に設定される。

また、上記半導体領域２２には、当該ホール素子を他の素子と素子分離すべく、半導体層２１に接続されるような例えばＰ型の拡散層（分離壁）２４が形成されている。さらに、同領域２２の表面にあってこの拡散層２４にて囲まれる領域（活性領域）には、同表面の不純物濃度（Ｎ型）が選択的に高められるかたちでコンタクト領域（Ｎ^＋拡散層）２３ａ〜２３ｄが形成されている。そして、これら各領域に電極（配線）が設けられることによって、同領域２３ａ〜２３ｄと、端子ＳおよびＧおよびＶ１およびＶ２とが、それぞれ電気的に接続されている。

また、上記拡散層２４にて囲まれる領域（活性領域）は、Ｐ型の拡散層（分離壁）２５のｐｎ接合分離を通じて、この拡散層２５を隔てた領域２２ａおよび２２ｂに分割されている。そして、これら領域２２ａおよび２２ｂは、基板内部においても電気的に区画されており、この区画された領域にあって上記コンタクト領域２３ｃおよび２３ｄにて挟まれる領域（図２中に一点鎖線にて示す領域）が、このホール素子における、いわゆる磁気検出部（ホールプレート）ＨＰに相当する。すなわち、このホール素子は、ここ（磁気検出部）に印加される磁界に応じたホール電圧信号を出力する。

また、こうしたホール素子を動作させる際には、まず、例えば上記端子Ｓから端子Ｇへ一定の駆動電流を流す。するとその電流は、基板表面に形成されたコンタクト領域２３ａから、上記磁気検出部ＨＰ、埋込層ＢＬを通じて、コンタクト領域２３ｂへ流れる。すなわちこの場合、上記磁気検出部ＨＰには、基板表面（チップ面）に垂直な成分を主に含む電流が流れることになる。このため、この駆動電流を流した状態において、基板表面（チップ面）に平行な成分を含む磁界（例えば図２中に矢印Ｂで示される磁界）が当該ホール素子の磁気検出部ＨＰに印加されると、ホール効果によって、上記端子Ｖ１と端子Ｖ２との間にその磁界に対応するホール電圧が発生する。したがって、それら端子（出力端子）Ｖ１およびＶ２を通じてその発生したホール電圧信号を検出することで、周知の関係式「Ｖ_Ｈ＝（Ｒ_ＨＩＢ／ｄ）ｃｏｓθ」（Ｖ_Ｈ：ホール電圧、Ｒ_Ｈ：ホール係数、Ｉ：駆動電流、Ｂ：磁束密度、ｄ：磁気検出部の厚さ、θ：磁界の入射角度）に基づき検出対象とする磁界成分が、すなわち当該ホール素子に用いられる基板の表面（チップ面）に平行な磁界成分が求められることとなる。ちなみに、このホール素子では、図２（ａ）中に示す寸法ｄが上記関係式中の「ｄ」に相当する。また、このホール素子において駆動電流を流す方向は任意であり、上記駆動電流の方向を反対にして磁界（磁気）の検出を行うこともできる。

次に、このセンサの動作について説明する。
すなわち、このような電流センサにおいて、検出対象とする電流線１２に電流が流れると、これに起因して発せられる磁気が、上記複数（７つ）の縦型ホール素子１１の全てに作用する。そして、こうして発生した磁気が、これら縦型ホール素子１１により検出され、該検出される磁気から電流線１２に流れる電流（詳しくはその電流量や方向等）が検出されることになる。

また、このセンサにおいては、これら縦型ホール素子１１の出力端子が電気的に直列に接続されていることで、これら縦型ホール素子１１の各出力が加算され、検出信号の強度（大きさ）が実質的に高められることになる。さらに、この検出信号を増幅する回路として増幅回路（図示略）を設けたことによっても、当該センサの電流検出の感度は高められることになる。こうして、このセンサは、電流線１２に流れる電流がたとえ小電流であっても、該電流（詳しくはその電流量や方向等）を適切に検出することができるようになっている。

以上説明したこの実施の形態に係る電流センサによれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）検出対象である電流線１２に流れる電流を検出する電流センサとして、７つの縦型ホール素子１１を有する半導体基板１０を備え、該基板１０に垂直に配設された電流線１２に電流が流れることに起因して発せられる磁気を、縦型ホール素子１１により検出することによって、該検出される磁気から電流線１２に流れる電流を検出する構造とした。これにより、縦型ホール素子１１により検出される磁気に基づいて電流線１２に流れる電流が検出されることになり、簡素な構造が維持されて、部品点数の増大を招くことなく、高感度な電流検出が可能となる。

（２）複数（７つ）の縦型ホール素子１１を設けたことにより、具体的には、これら縦型ホール素子１１についてその各々の出力端子を電気的に直列に接続したことにより、検出対象（電流線１２）に流れる電流がたとえ小電流であっても、これら縦型ホール素子１１を通じて、該電流の電流量や方向等を適切に検出することができる。

（３）複数（７つ）の縦型ホール素子１１を環状に配置したことで、この環の中心に配設された電流線１２から発せられる磁気により、環状に配置された縦型ホール素子１１の全て（７つ全て）に対して、同等の強度の磁気が付与されることになる。すなわち、これら縦型ホール素子１１の各出力（同等の出力）を用いることで、具体的には、例えばこれに各種の演算（ここでは加算）を施すことによって、検出信号の強度（大きさ）を実質的に高めることが可能になり、ひいては電流センサとしての感度向上も図られるようになる。

（４）半導体基板１０に対して、上記電流線１２を検出位置Ａへ導くような切り込みＣＴを設けた。このため、この切り込みＣＴを通じて、検出対象となる電流線１２の高い組付け性が確保されるとともに、この切り込みＣＴにより導かれる検出位置Ａに電流線１２を配設することによって容易に、電流センサとしての感度向上が図られるようになる。しかもこの場合には、１つの半導体基板１０だけで、検出対象となる電流線１２を中心とした円（半円ではなく１つの円）状の軌跡を描くように上記縦型ホール素子１１を配置することが可能になる。

（５）しかもこの切り込みＣＴを、上記検出位置Ａまでの切り込みとしたことで、検出対象となる電流線１２を所定の検出位置Ａへ正確に位置決めすることもより容易となる。
（６）半導体基板１０としてシリコンからなる基板を採用し、同基板１０には、縦型ホール素子１１のほかに、該縦型ホール素子１１から出力される信号に対して所定の信号処理を施す回路（例えば増幅回路、あるいはオフセットや温度特性を補正する補正回路等）も併せ集積化するようにした。こうした処理回路を別チップとして設けると、部品点数の増大や組付けコストの上昇を招くことは、前述したとおりである。すなわち、構造の簡素化が図る上では、こうした処理回路についても縦型ホール素子１１と併せ同一のチップに集積化することが望ましい。

なお、半導体基板１０上に配設される縦型ホール素子１１の数は、７つに限定されることなく任意である。例えば、図３に示すように、放射状（環状）に多数の縦型ホール素子１１を設けるようにしてもよい。あるいは図４に示すように、縦横に（環状に）３つの縦型ホール素子１１を設けることもできる。もっと極端なことをいえば、１つあれば足りる。なお、センサ出力を大きくするためには、この縦型ホール素子１１の数を増やすことが望ましい。一方、構造の簡素化や小型化（チップ面積の低減等）を図るためには、この数を少なくすることが望ましい。

（第２の実施の形態）
次に、図５を参照して、この発明に係る電流センサを具体化した第２の実施の形態について説明する。

図５は、この電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図である。
同図５に示されるように、この電流センサも、大きくは、先の第１の実施の形態のセンサに準じた構造を有している。ただし、このセンサにおいては、切り込みＣＴ（図１）の形成はなく、複数（ここでは３つ）の縦型ホール素子１１が、半導体基板１０の外周縁近傍に半円状の軌跡を描くように配置されている。そして、検出対象となる電流線１２は、半導体基板１０の横、しかも環（半円）の中心に位置するところ（検出位置Ａ）に配設されている。

すなわち、以上説明したこの実施の形態に係る電流センサによれば、第１の実施の形態による前記（１）〜（３）および（６）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果も得られるようになる。

（７）複数（ここでは３つ）の縦型ホール素子１１を、半導体基板１０の外周縁近傍に半円状の軌跡を描くように配置した。これにより、切り込み等を設けるための特殊な加工を基板に対して行わずとも、すなわち、一般的なＩＣ（集積回路）の製造方法のみによって、検出対象となる電流線１２の高い組付け性が確保されるようになる。また、環（半円）の中心（検出位置Ａ）に電流線１２を配設することによって容易に、電流センサとしての感度向上が図られることにもなる。

なお、この場合も、半導体基板１０上に配設される縦型ホール素子１１の数は、３つに限定されることなく任意である。すなわち、例えば図６に示すように、放射状（環状）に多数の縦型ホール素子１１を設けるようにしてもよい。

また、検出対象となる電流線１２を挟むようにしてその左右に上記半導体基板１０を配設することで、同電流線１２を中心とした円（半円ではなく１つの円）状の軌跡を描くように上記縦型ホール素子１１を配置することも可能である。すなわち、このように２つの半導体基板１０を用いることで、電流センサとしての感度をさらに高めることが可能になる。

（第３の実施の形態）
次に、図７を参照して、この発明に係る電流センサを具体化した第３の実施の形態について説明する。なおここでは、このセンサを、例えば移動用の乗り物（自動車やバイクなど）に搭載して、検出対象となる電流線中の電流に基づきその位置を検出する位置センサ（特にその位置に基づき振動を検出する振動センサ）として採用した場合について説明する。

図７は、この電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図である。なお、図中の上下方向（図中に実線矢印にて示す方向）は、このセンサが移動用の乗り物に搭載された状態での鉛直方向に相当する。

同図７に示されるように、この電流センサも、大きくは、先の第１の実施の形態のセンサに準じた構造を有している。ただし、このセンサにおいては、基板中央に相当する検出位置Ａの振動方向（鉛直の双方向）に延伸する切り込みＣＴが、該振動方向に空間的な余裕をもたせる空洞として設けられている。また、半導体基板１０上にあって、この切り込みＣＴの両脇には、複数（ここでは１０個）の縦型ホール素子１１が、共に平行に連続するように配置されている。そして、このような構造のもと、このセンサにおける検出対象（電流線１２）は、上記切り込みＣＴを通じて、これら連続する縦型ホール素子１１の中央、すなわち検出位置Ａへ導かれるようになっている。

なおここでも、上記半導体基板１０には、先の第１の実施の形態のセンサと同様、上記縦型ホール素子１１のほかにも、同素子の出力に対する信号処理回路が併せ集積化されている（図示略）。ただし、このセンサにおいては、複数（１０個）の縦型ホール素子１１の各出力が、直列に接続されるのではなく、各別に検出されるように構成されている。

次に、このセンサの動作について説明する。
周知のように、磁気の強度（磁束密度）は、発生源（電流線１２）からの距離の２乗に反比例する。したがって、上記平行に連続するように配置された複数（１０個）の縦型ホール素子１１は、電流線１２（検出対象）に最も近い縦型ホール素子１１の出力が最大となり、同電流線１２から遠ざかるほど、縦型ホール素子１１の出力は小さくなる。このセンサでは、このような現象のもとに、電流線１２中の電流値（厳密にいえば、該電流値の変化）に基づいて、同電流線１２の位置を検出するようにしている。具体的には、このセンサでは、上記縦型ホール素子１１の配設方向（切り込みＣＴの延伸方向）に電流線１２が移動（位置変化）したときに、その移動（振動）が、ひいては電流線１２の位置が、該電流線１２の位置変化に対応した各縦型ホール素子１１の出力変化に基づいて検出されることになる。

以上説明したこの実施の形態に係る電流センサによれば、第１の実施の形態による前記（１）および（６）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果も得られるようになる。

（８）複数（ここでは１０つ）の縦型ホール素子１１を、半導体基板１０上（同一基板上）に平行に連続するように配置した。こうしたセンサは、電流線１２の位置を検出する位置センサに用いて特に有益であり、これを位置センサとして用いることにより、縦型ホール素子１１の各出力の変化に基づいて、該電流線１２の位置を精度よく検出することができるようになる。

（９）半導体基板１０に対して上記電流線１２を検出位置Ａへ導くような切り込みＣＴを設け、上記縦型ホール素子１１を、該切り込みＣＴの両脇に、共に平行に連続するように配置した。このため、この切り込みＣＴを通じて、検出対象となる電流線１２の高い組付け性が確保されるとともに、この切り込みＣＴにより導かれる検出位置Ａに電流線１２を配設することによって容易に、電流センサとしての感度向上が図られるようになる。しかもこの場合には、１つの半導体基板１０だけで、電流線１２（検出対象）の両脇に、共に平行に連続するような縦型ホール素子１１を配置することが可能になる。

（１０）また、この切り込みＣＴにより、検出位置の振動方向（鉛直方向）に空間的な余裕（電流線１２が振動しても当たらない程度の余裕）をもたせたことによって、所定の振動方向（鉛直方向）の振動検出も好適に行われるようになる。すなわち、移動用の乗り物において振動に起因して懸念される配線の断線やコネクタ抜け（外れ）等についても、これを精度よく検出して、早期に復旧したり未然に防止したりすることが可能になる。

（１１）さらに、この切り込みＣＴ自体を、検出位置Ａの振動方向（鉛直方向）に伸びる空洞（該振動方向に空間的な余裕をもたせる空洞）となるようにしたことで、より簡易な加工をもって、この空洞を容易に形成することが可能になる。

なお、この場合も、半導体基板１０上に配設される縦型ホール素子１１の数は、１０個に限定されることなく任意である。
（第４の実施の形態）
次に、図８を参照して、この発明に係る電流センサを具体化した第４の実施の形態について説明する。

図８は、この電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図である。
同図８に示されるように、この電流センサも、大きくは、先の第３の実施の形態のセンサに準じた構造を有している。ただし、このセンサにおいては、切り込みＣＴ（図７）の形成はなく、複数（ここでは５つ）の縦型ホール素子１１が、半導体基板１０の外周縁近傍に平行に連続するように配置されている。そして、検出対象となる電流線１２は、半導体基板１０の横、しかも連続する縦型ホール素子１１の中央に位置するところ（検出位置Ａ）に配設されている。

すなわち、以上説明したこの実施の形態に係る電流センサによれば、第１および第３の実施の形態による前記（１）および（６）および（８）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果も得られるようになる。

（１２）複数（ここでは５つ）の縦型ホール素子１１を、半導体基板１０の外周縁近傍に平行に連続するように配置した。これにより、切り込み等を設けるための特殊な加工を基板に対して行わずとも、すなわち、一般的なＩＣ（集積回路）の製造方法のみによって、検出対象となる電流線１２の高い組付け性が確保されるようになる。また、基板１０の横（検出位置Ａ）に電流線１２を配設することによって容易に、電流センサとしての感度向上が図られることにもなる。

なお、この場合も、半導体基板１０上に配設される縦型ホール素子１１の数は、５つに限定されることなく任意である。
また、例えば図９に示すように、検出対象となる電流線１２を挟むようにしてその左右に上記半導体基板１０を配設することによって、該電流線１２の両脇に、共に平行に連続するような縦型ホール素子１１を配置することも可能である。すなわち、このように２つの半導体基板１０を用いることで、電流センサとしての感度をさらに高めることが可能になる。

（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第１および第３の実施の形態においては、電流線１２の組付け性に重点を置き、基板１０に切り込みＣＴを入れた構造について言及したが、この切り込みＣＴの形成は必須というわけではない。検出位置Ａに空洞（孔）さえ設けられていれば、電流線１２の組付けは可能であり、電流センサとしての機能も適切に維持される。

・上記第１および第２の実施の形態のセンサも、例えば移動用の乗り物などに搭載して、所定の方向（例えば鉛直方向）の振動検出に用いることができる。ただしこの場合は、例えば図１０に示す（ここでは第１の実施の形態のセンサについて例示する）ように、被検出電流線１２の設置される検出位置Ａの振動方向（例えば鉛直方向）に空洞（空間）を設け、該振動方向について空間的な余裕（電流線１２が振動しても当たらない程度の余裕）をもたせるようにする。このセンサでは、縦型ホール素子１１が環状（放射状）に配置されていることで、２次元（２方向）の位置検出が可能になる。

・また、この所定方向の振動を検出する場合において、その検出範囲は任意に設定することができる。例えばセンサ設置場所付近の広範囲の振動検出も可能であるが、電流線１２自体の断線やコネクタ抜け（外れ）だけを検出するようにすれば、極めて高い精度でこれを検出することができるようになる。

・さらに、上記各実施の形態のセンサは、振動の検出だけでなく、例えば傾きの検出に用いることも可能であり、電流線１２（検出対象）中の電流に基づき同電流線１２の位置を検出する位置センサとして、広範囲の分野に用いることができる。

・図１１に示す（ここでは第１の実施の形態のセンサについて例示する）ように、上記各実施の形態のセンサは、２枚以上の基板（ここでは基板１０ａ〜１０ｆの６枚）を重ねて使用することも可能である。こうすることで、高感度が図られるようにもなる。

・先の図２に示した構造は、あくまでこのセンサに用いることのできる縦型ホール素子の構造の一例にすぎない。すなわち、これに限定されることなく、任意の構造の縦型ホール素子を用いることができる。例えば、同図２に示した縦型ホール素子においては、分離壁として拡散層２４および２５を設けるようにしたが、これに代えてトレンチ分離を用いるようにしてもよい。また、端子Ｇをもう１つ設けて、端子Ｓに対してこれら２つの端子Ｇを対称配置した縦型ホール素子であっても、換言すれば駆動電流を２方向に流す縦型ホール素子であっても、この発明は同様に適用することができる。

・また、基板１０の材料としても、前述のシリコンに限定されることなく、任意の半導体材料を用いることができる。例えば化合物半導体なども、この基板１０の材料として採用することができる。しかも、一般に縦型ホール素子１１の感度は、シリコン基板よりも化合物半導体基板に形成されたもののほうが高くなる。しかしその一方で、前述の信号処理回路（例えば増幅回路、あるいはオフセットや温度特性を補正する補正回路等）は、通常、安価なシリコン基板を用いて製造されるため、この場合には、こうした信号処理回路を別チップとして設けるなどの工夫が必要となる。

・結局のところ、縦型ホール素子を有する半導体基板を備え、該基板に垂直に配設された検出対象（電流線）の電流に起因した磁気を上記縦型ホール素子により検出することによって、この磁気から該電流線に流れる電流を検出する電流センサであれば、少なくとも所期の目的は達成されることになる。

この発明に係る電流センサの第１の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 同第１の実施の形態に係る電流センサに用いられる縦型ホール素子の一例について、（ａ）は、このホール素子の概略構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図。 同第１の実施の形態に係る電流センサに用いられる縦型ホール素子の配設態様について、その変形例を模式的に示す斜視図。 同配設態様の別の変形例を模式的に示す斜視図。 この発明に係る電流センサの第２の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 同第２の実施の形態に係る電流センサに用いられる縦型ホール素子の配設態様について、その変形例を模式的に示す斜視図。 この発明に係る電流センサの第３の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 この発明に係る電流センサの第４の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 同第４の実施の形態に係る電流センサの変形例について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 この発明に係る電流センサの他の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 この発明に係る電流センサの他の実施の形態について、該電流センサの概要（概略構造）を模式的に示す斜視図。 従来の電流センサの一例について、その概要を模式的に示す斜視図。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｆ…半導体基板、１１…縦型ホール素子、１２…被検出電流線、２１…半導体層、２２…半導体領域、２２ａ、２２ｂ…領域、２３ａ〜２３ｄ…コンタクト領域、２４、２５…拡散層（分離壁）、ＢＬ…埋込層、ＣＴ…切り込み、Ｇ…端子、ＨＰ…磁気検出部（ホールプレート）、Ｓ…端子、Ｖ１、Ｖ２…端子（出力端子）。

Claims (13)

1. 一乃至複数の縦型ホール素子を有する半導体基板を備え、該半導体基板に垂直に配設された検出対象となる電流線に電流が流れることに起因して発せられる磁気を、前記縦型ホール素子により検出することによって、該検出される磁気から前記電流線に流れる電流を検出する
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記縦型ホール素子は、前記半導体基板上に環状に複数配置されてなる
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記環状に配置された複数の縦型ホール素子は、前記半導体基板の外周縁近傍に半円状の軌跡を描くように配置されてなる
   請求項２に記載の電流センサ。
4. 前記半導体基板には、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みが入っており、前記環状に配置された複数の縦型ホール素子は、該検出位置を中心にして、前記半導体基板上に円状の軌跡を描くように配置されてなる
   請求項２に記載の電流センサ。
5. 前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みは、該検出位置までの切り込みとなっている
   請求項４に記載の電流センサ。
6. 前記環状に配置された複数の縦型ホール素子は、その各々の出力端子が電気的に直列に接続されてなる
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の電流センサ。
7. 前記縦型ホール素子は、前記半導体基板上に平行に連続するように複数配置されてなる
   請求項１に記載の電流センサ。
8. 前記平行に連続するように配置された複数の縦型ホール素子は、前記半導体基板の外周縁近傍に配置されてなる
   請求項７に記載の電流センサ。
9. 前記半導体基板には、前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込みが入っており、前記複数の縦型ホール素子は、該切り込みの両脇に、共に平行に連続するように配置されてなる
   請求項７に記載の電流センサ。
10. 当該電流センサは、所定の方向の振動検出に用いられるものであり、前記半導体基板には、前記検出位置の振動方向に空間的な余裕をもたせる空洞が設けられてなる
    請求項４および５および９のいずれか一項に記載の電流センサ。
11. 前記検出対象となる電流線を検出位置へ導くような切り込み自体が、前記検出位置の振動方向に伸び、該振動方向に空間的な余裕をもたせる前記空洞となる
    請求項１０に記載の電流センサ。
12. 当該電流センサは、前記検出される電流線中の電流に基づき同電流線の位置を検出する位置センサであり、前記複数の縦型ホール素子は、その出力が各別に検出されるように構成される
    請求項２〜１１のいずれか一項に記載の電流センサ。
13. 前記半導体基板はシリコンからなる基板であり、同基板には、前記縦型ホール素子のほかに、該縦型ホール素子から出力される信号に対して所定の信号処理を施す回路が併せ集積化されてなる
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電流センサ。

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