JP4853807B2

JP4853807B2 - 電流検知デバイス

Info

Publication number: JP4853807B2
Application number: JP2007075551A
Authority: JP
Inventors: 信幸新地; 章岡田
Original assignee: Kohshin Electric Corp
Current assignee: Kohshin Electric Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2008203238A

Description

この発明は、近接した被測定電流線に流れる微弱な電流を精度良く測定する小型の電流検知デバイスに関するものである。

従来の近接した被測定電流線に流れる微弱な電流を測定するものとしては、被測定電流が流れる薄膜コイルを磁気抵抗効果素子に対向し、かつ近接して設置した電流センサがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５３６９７公報

微弱電流の測定には、上記特許文献１に開示されているように、被測定電流が流れる導体を各磁気抵抗効果素子に対向し、かつ近接して設置した測定が有効である。しかし被測定電流が流れる導体が同一面内に構成されたコイル型であるため、周回のための折り返し部分や被測定電流が逆方向に流れる磁気抵抗効果素子に対向しない部分はセンサを構成する上で不用な箇所であり、表面積が増大することで小型化には不利という問題点があった。
また、高精度化において、磁気抵抗効果素子に逆方向の磁界を付与するために２つの薄膜コイルを配置した例も示されるが、磁気抵抗効果素子に対向しない不用な箇所がさらに増えるだけでなく、被測定電流を付与するための取り出し電極も増えることになり、トータルでの表面積の増大が避けられず小型化には不利という問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、一様な外部磁界を除去して高精度化を図るとともに、微弱な電流の測定が可能な、小型かつ高精度である電流検知デバイスを得ることを目的とする。

この発明に係る電流検知デバイスは、設置基板上に構成された第１の絶縁層上に配置した４つの磁気抵抗効果素子で、第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路からブリッジ回路が構成され、かつ各磁気抵抗効果素子に対向して設置した被測定導体とそれらを接続する貫通接続電流線から、被測定電流を印加する被測定電流線を構成するようにしたものである。

以上のように、この発明によれば、設置基板上に構成された第１の絶縁層上に配置した４つの磁気抵抗効果素子で、第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路からブリッジ回路が構成され、それぞれのハーフブリッジ回路に被測定電流に起因して逆方向の磁界が付与される構造のため、一様な外部磁界が除去され高精度化が実現できるとともに、各磁気抵抗効果素子に対向して設置した被測定導体とそれらを接続する貫通接続電流線から成る被測定電流線が磁気抵抗効果素子を面外で巻回するような構造にしたため、電流検知デバイスが小型となる効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電流検知デバイス２０の一部の斜視模式図を示すもので、図２は図１におけるＡＡ断面（ＸＺ面）を示す断面図、図３は図２の拡大断面図、図４は被測定電流検出部１４の平面図（ＸＹ面）である。図において、磁気検知デバイス２０は、４つの磁気抵抗効果素子１によるブリッジ回路１８にて構成された被測定電流検出部１４と被測定電流線６により構成される。
まず、被測定電流検出部１４の構成について説明する。
図４は被測定電流検出部１４の平面図を示すもので、中心線１５によって２つの領域に分けられ、それぞれの領域に磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ、磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄが線対称に等しく配置される。４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄは、設置基板７の中心線１５に対して相互に平行方向に配置され、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃは、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有するように、図には省略したが、磁気抵抗効果素子上にはバーバーポール電極構造が形成されている。なお、４つの磁気抵抗効果素子１はそれぞれ１本で構成したが、クランク形状に複数の磁気抵抗効果素子を接続し、線路長を長く構成してもよい。また、４つの磁気抵抗効果素子１は中心線１５上の中心点に対して点対称に構成してもよい。接続電流線２は、４つの磁気抵抗効果素子１間を接続することにより、ブリッジ回路１８を構成するものであり、接続エリア１６は、外部とブリッジ回路１８の入出力端子として用いる。

図５はこの発明の実施の形態１による電流検知デバイス２０の被測定電流検出部１４を示す構成概略図であり、図５において、４つの磁気抵抗効果素子１間を接続電流線２で接続することにより、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第１のハーフブリッジ回路）１７ａ、磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄの直列接続からなるハーフブリッジ回路（第２のハーフブリッジ回路）１７ｂの並列接続からなるブリッジ回路１８を構成するものである。
接続エリア（第１の接続エリア）１６ａは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｃ間の接続電流線２に接続され、接続エリア（第２の接続エリア）１６ｂは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｄ間の接続電流線２に接続され、接続エリア１６ａ、１６ｂからブリッジ回路１８に電圧が供給されるものである。接続エリア（第３の接続エリア）１６ｃは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂ間の接続電流線２に接続され、接続エリア（第４の接続エリア）１６ｄは、ブリッジ回路１８の磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄ間の接続電流線２に接続され、接続エリア１６ｃ、１６ｄからブリッジ回路１８の出力電圧が検出されるものである。

なお、図４には省略したが、設置基板７上の４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄは、絶縁層および被測定導体を介して設置基板７上に設置される。また、４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄは、被測定電流線より付与される磁界の方向により、中心線１５によって２つの領域に分けて設置するものとしたが、これはできるだけ被測定電流線の引き回しを簡略化するためであり、４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄの設置構成は、これに限るものではない。

次に、電流検知デバイス２０の構成について説明する。
被測定電流を印加する被測定電流線６は、図１に示されるように第１の被測定導体３（１点鎖線）、第２の被測定導体４（２点鎖線）、および貫通接続電流線５（実線）により１本に接続され、第１の被測定導体３、第２の被測定導体４はそれぞれ絶縁層８、および９を介して磁気抵抗効果素子１の上方および下方に設置される。さらに第１の被測定導体３、第２の被測定導体４は磁気抵抗効果素子１で構成される被測定電流検出部１４を面外で巻回するように貫通接続電流線５にて接続されており、図２において第１の被測定導体３の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第２の被測定導体４の電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となっている。被測定電流値が特に微弱であれば、磁気抵抗効果素子１に効果的に被測定電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子１に接近して第１の被測定導体３、および第２の被測定導体４を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第１、第２の被測定導体３、４、貫通接続電流線５には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。それぞれ耐電圧等の異なる仕様を有するため、印加される被測定電流値や予期されるサージ電圧等の非定常な場合も踏まえて選択する必要がある。また、磁気抵抗効果素子１は、例えば半導体微細加工技術により作製されるものであり、強磁性体のニッケル、鉄等を主成分とする薄膜があるがこれに限定されるものではない。設置基板７は、後工程で作製される磁気抵抗効果素子１や絶縁層などを均一、かつ緻密に設置するためにフラットな面を有するものがよく、一般的にはシリコン基板（シリコンウエハ）やガラス基板が使用される。各絶縁層および保護層１１はすべて同一の素材でなく、複数の素材を使い分けてもよい。また、絶縁性、耐圧の効果を上げるために積層化してもよい。保護層１１は、電流検知デバイス２０の内部構造の劣化を防ぐために、外部からの湿気や酸化剤、腐食剤等の侵入を遮断するものである。電流検知デバイス２０の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、ＣＶＤ等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス２０が作製できる。

次に、電流検知デバイス２０の動作について説明する。
被測定電流線６に電流を印加すると、第１の被測定導体３、第２の被測定導体４には、図３の破線に示す印加磁界方向１３ａ、１３ｂのように互いに逆方向の電流に対して左または右回転の磁界がその電流の大きさに応じて発生するので、第１の被測定導体３、第２の被測定導体４に、上下方向に挟まれて位置する磁気抵抗効果素子１には、同一方向に合成された印加磁界が付与され、その方向は、測定磁界方向１２（破線矢印）となる。被測定電流検出部１４には、例えば図４において磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂには、中心線１５より紙面左側の向きに磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄには、中心線１５より紙面右側の向きに磁界が加わるように被測定電流線６を巻回する。
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、被測定電流線６に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃの抵抗値が減少し、被測定電流線６に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃの抵抗値が増加する。このように、被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れ、これが電流検知デバイス２０のブリッジ回路１８の出力となる。

次に、電流検知デバイス２０を電流センサ２２としての構成例（模式図）について、図６を用いて説明する。
センサ基板１９上には、電流検知デバイス２０とともにセンサ回路部２１を配置する。センサ回路部２１は、電流検知デバイス２０の接続エリア１６ａ、１６ｂにブリッジ回路１８の電圧を供給すると共に、ブリッジ回路１８の接続エリア１６ｃ、１６ｄから得る出力電圧を適度な増幅を施して出力するが、電流センサ外部への入出力には外部端子２３を利用する。また、被測定電流の入出力には、電流検知デバイス２０に設置された被測定電流線６に接続する電流端子２４を利用する。
センサケース２５は、センサ基板１９、電流検知デバイス２０、センサ回路部２１を覆うものであり、内部構造の劣化を防ぐために、外部からの湿気や酸化剤、腐食剤等の侵入を遮断するものである。センサケース２５は、特に材料を限定しないが非磁性で、経時劣化の少ないもの（例えばエンジニアリングプラスチック）が望ましい。
電流センサとしての動作としては、被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じて生じるブリッジ回路１８の平衡の崩れに起因し、センサ回路部２１から適度な増幅を施して出力される出力電圧の大きさにより、被測定電流線６に流れる電流の大きさ、または被測定電流線６に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線６以外において発生された磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄ（ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路）に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。

以上のように、この実施の形態１によれば、設置基板７上に構成された第１の絶縁層８上に配置した４つの磁気抵抗効果素子１で、第１のハーフブリッジ回路１７ａと第２のハーフブリッジ回路１７ｂからブリッジ回路１８が構成され、それぞれのハーフブリッジ回路に被測定電流に起因する逆方向の磁界が付与される構造としているため、一様な外部磁界が除去される効果がある。

また、各磁気抵抗効果素子１に対向して設置した第１、および第２の被測定導体３、４とそれらを接続する貫通接続電流線５から成る被測定電流線６が磁気抵抗効果素子１を面外で巻回するような構造にしたため、電流検知デバイス２０が小型となる効果がある。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による電流検知デバイス２０の１部の斜視模式図を示すもので、図８は図７におけるＡＡ断面（ＸＺ面）を示す断面図、図９は図８の拡大断面図である。図において、電流検知デバイス２０は、４つの磁気抵抗効果素子１によるブリッジ回路１８にて構成される被測定電流検出部１４、被測定電流線６、補償電流線２８により構成される。実施の形態２は、実施の形態１に補償電流線２８を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。実施の形態２は、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づいて、被測定電流線６に流れる電流に起因して４つの磁気抵抗効果素子１の近傍に発生している磁界を打ち消すような電流（制御電流）を、センサ回路部２１から付加した補償電流線２８に供給するものである。

この発明の実施の形態２による電流検知デバイス２０の構成について説明する。
補償電流を印加する補償電流線２８は、図７に示されるように第１の補償電流導体２６（太実線）、および接続補償電流線２７（細実線）により１本に接続され、第１の補償電流導体２６は、第１の被測定導体３、絶縁層９および２９を介して磁気抵抗効果素子１の上方に設置される。本実施の形態２では、第１の補償電流導体２６を磁気抵抗効果素子１の上方に設置する例を示したが、下方であってもよい。さらに第１の補償電流導体２６は、磁気抵抗効果素子１で構成される被測定電流検出部１４の構成面（ＸＹ面）に略平行な面で、ミアンダライン状に折り返すように接続補償電流線２７にて接続されており、図７において第１の被測定導体３の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第１の補償電流導体２６の補償電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となる。磁気抵抗効果素子１に効果的に補償電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子１に接近して第１の補償電流導体２６を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第１の補償電流導体２６、接続補償電流線２７には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。電流検知デバイス２０の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、ＣＶＤ等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス２０が作製できる。

次に、電流検知デバイス２０の動作について説明する。
被測定電流線６に電流を印加すると、第１の被測定導体３、第２の被測定導体４の近傍には、図９の破線に示す印加磁界方向１３ａ、１３ｂのように互いに逆方向の電流に対して左または右回転の磁界がその電流の大きさに応じて発生するので、第１の被測定導体３、第２の被測定導体４に、上下方向に挟まれて位置する磁気抵抗効果素子１には、合成された同一方向の印加磁界が付与され、その方向は、測定磁界方向１２（破線矢印）となる。被測定電流検出部１４には、例えば図４において磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂには、中心線１５より紙面左側の向きに磁界が加わり、また、磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄには、中心線１５より紙面右側の向きに磁界が加わるように被測定電流線６を巻回する。
磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄでは、共に磁界の増加に応じて抵抗値が増加すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が減少する磁気抵抗効果特性を有するように、また、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃでは、逆に磁界の増加に応じて抵抗値が減少すると共に、磁界の減少に応じて抵抗値が増加する磁気抵抗効果特性を有するように構成されている。
よって、被測定電流線６に流れる電流の増加に応じて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄの抵抗値が増加すると共に、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃの抵抗値が減少し、被測定電流線６に流れる電流の減少に応じて磁気抵抗効果素子１ａ、１ｄの抵抗値が減少すると共に、磁気抵抗効果素子１ｂ、１ｃの抵抗値が増加する。

補償電流線２８を配置した電流検知デバイス２０とセンサ回路部２１の概略構成を図１０に示す。被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部２１に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ３１）では、被測定電流検出部１４の接続エリア１６ｃ、１６ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような電流（制御電流）を補償電流線２８に供給する。具体的には接続エリア１６ｃ、１６ｄの出力電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。補償電流線２８は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄ近傍に発生する磁界、すなわち被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を印加磁界方向１３ｃに発生し、磁気抵抗効果素子１においては補償磁界方向３０（１点鎖線矢印）となる。
したがって、被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じたブリッジ回路１８の平衡の崩れを、センサ回路部２１から供給される制御電流により修復するこ
とができる。
ゆえに、センサ回路部２１から供給した制御電流の大きさにより、被測定電流線６に流れる電流の大きさ、または被測定電流線６に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線６以外において発生された磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄ（ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路）に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。

以上のように、この実施の形態２によれば、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づき、被測定電流線６に流れる電流に起因して４つの磁気抵抗効果素子１の近傍に発生した磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部２１から付加した補償電流線２８に供給する構成としたので、磁気抵抗効果素子１等の温度特性に起因した誤差が低減できるなどの効果が見込め、高精度化が可能となる。

実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３による電流検知デバイス２０の一部の斜視模式図を示すもので、図１２は図１１におけるＡＡ断面（ＸＺ面）を示す断面図、図１３は図１２の拡大断面図である。図において、電流検知デバイス２０は、４つの磁気抵抗効果素子１によるブリッジ回路１８にて構成される被測定電流検出部１４、被測定電流線６（図１１では省略）、補償電流線２８により構成される。実施の形態３は、実施の形態２に第２の補償電流導体３２を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分は省略する。実施の形態３は、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づいて、被測定電流線６に流れる電流に起因して４つの磁気抵抗効果素子１の近傍に発生している磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部２１から補償電流線２８に供給し、磁気抵抗効果素子１の上下方向から合成した補償磁界を印加するものである。

この発明の実施の形態３による電流検知デバイス２０の構成について説明する。
補償電流を印加する補償電流線２８は、図１１に示されるように第１の補償電流導体２６（１点鎖線）、第２の補償電流導体３２（２点鎖線）、および貫通接続補償電流線３３（実線）により１本に接続され、第１の補償電流導体２６は、第１の被測定導体３、絶縁層９および２９を介して磁気抵抗効果素子１の上方に、第２の補償電流導体３２は、第２の被測定導体４、絶縁層８および１０を介して磁気抵抗効果素子１の下方に設置される。さらに第１の補償電流導体２６、第２の補償電流導体３２は磁気抵抗効果素子１で構成される被測定電流検出部１４を面外で巻回するように貫通接続補償電流線３３にて接続されており、図１２において第１の被測定導体３の電流印加方向が紙面に垂直な手前方向であれば、第１の補償電流導体２６の補償電流印加方向は紙面に垂直な奥行き方向となり、第２の被測定導体４の電流印加方向が紙面に垂直な奥行き方向であれば、第２の補償電流導体３２の補償電流印加方向は紙面に垂直な手前方向となる。磁気抵抗効果素子１に効果的に補償電流による磁界を付与するために、可能な限り磁気抵抗効果素子１に接近して第１の補償電流導体２６および第２の補償電流導体３２を設置するのが望ましいが、電気的に絶縁され耐圧を確保する必要がある。第１、および第２の補償電流導体２６、３２、貫通接続補償電流線３３には、例えば低抵抗材料であるアルミニウムや金などが選択され、絶縁層としては、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、あるいはポリイミドなどの樹脂材料が選択される。電流検知デバイス２０の内部構造は、例えば半導体微細加工技術により一貫して作製されるのが望ましく、各層の作製には、スパッタリング、ＣＶＤ等の技術が利用される。これらの技術によれば、非常に寸法精度が高く、小型な電流検知デバイス２０が作製できる。

次に、電流検知デバイス２０の動作について説明する。被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じてブリッジ回路１８の平衡が崩れる。このとき、センサ回路部２１に設置された増幅回路部（例えばオペアンプ３１）では、被測定電流検出部１４の接続エリア１６ｃ、１６ｄから検出される出力電圧に基づいて、磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄ近傍に発生する磁界を打ち消すような電流（制御電流）を補償電流線２８に供給する。具体的には接続エリア１６ｃ、１６ｄの出力電圧が０になるように、制御電流の大きさを調整する。補償電流線２８は、その制御電流の大きさに応じて４つの磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄの近傍に発生する磁界、すなわち被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じた磁界を相殺するような磁界を印加磁界方向１３ｃおよび印加磁界方向１３ｄに発生し、磁気抵抗効果素子１においては合成された補償磁界方向３０（１点鎖線矢印）となる。
したがって、被測定電流線６に流れる電流の大きさに応じたブリッジ回路１８の平衡の崩れを、センサ回路部２１から供給される制御電流により修復することができる。
ゆえに、センサ回路部２１から供給した制御電流の大きさにより、被測定電流線６に流れる電流の大きさ、または被測定電流線６に流れる電流の大きさに相関のある値として検出することができる。
なお、被測定電流線６以外において発生された磁界（外乱磁界）は、磁気抵抗効果素子１ａ、１ｂと磁気抵抗効果素子１ｃ、１ｄ（ブリッジ回路の左右の各ハーフブリッジ回路）に同相の影響となるため、相殺され、測定精度に影響を与えない。

以上のように、この実施の形態３によれば、ブリッジ回路１８の出力電圧に基づき、被測定電流線６に流れる電流に起因して４つの磁気抵抗効果素子１近傍に発生した磁界を打ち消すような電流を、センサ回路部２１から付加した補償電流線２８に供給する構成としたので、磁気抵抗効果素子１等の温度特性に起因した誤差が低減できるなどの効果が見込め、高精度化が可能となる。

さらに、図８の接続補償電流線２７のような折り返し線が不用となるため、電流検知デバイス２０がＸ方向に小型化できる効果がある。また、同一の補償電流でも実施の形態２に比べて２倍程度の補償磁界を磁気抵抗効果素子１に印加できるため、センサ回路部２１の規模を小さく構成でき、センサの全体構成が小型化、低コスト化できる効果がある。

実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４による電流検知デバイス２０の一部の断面図であり、図において、集磁部材３５は第２の絶縁層９の内部で、各磁気抵抗効果素子１の両脇に設置したものである。実施の形態４は、実施の形態１に集磁部材３５を付加した構成であり、その他の構成で重複する部分の説明は省略する。また、他の実施の形態に付加しても同等の効果を得るものであり、重複する説明は省略する。
この集磁部材３５は、高透磁率を有する磁性材料で、例えば鉄など強磁性体の金属があるが、これに限定されるものではなく、半導体微細加工技術により一貫して作製される材料を選択するのが望ましい。この実施の形態４では、第２の絶縁層９内部に、各磁気抵抗効果素子１の両脇方向から挟み込むように集磁部材３５を設置する形態であるが、被測定電流に起因した測定磁界、および補償電流に起因した補償磁界を共に効率よく磁気抵抗効果素子１に導く構成であればこれに限るものではなく、他の絶縁層に複数の集磁部材３５を設置するのも良い。このように集磁部材３５を設けることにより、各磁気抵抗効果素子１に印加する磁界の効率を上げることが可能となり被測定電流の検出精度がより向上する。

以上のように、この実施の形態４によれば、集磁部材３５を設けるように構成したので、被測定電流に起因した測定磁界、および補償電流に起因した補償磁界を共に効率よく磁気抵抗効果素子１に印加でき、測定精度を向上させることができる。

この発明の実施形態１による電流検知デバイスの一部の斜視模式図である。この発明の実施形態１による電流検知デバイスの一部の断面図である。この発明の実施形態１による電流検知デバイスの一部の拡大断面図である。この発明の実施形態１による電流検知デバイスの被測定電流検出部を示す平面図である。この発明の実施形態１による電流検知デバイスの被測定電流検出部を示す構成概略図である。この発明の実施形態１による電流検知デバイスの電流センサ構成例であるこの発明の実施形態２による電流検知デバイスの一部の斜視模式図である。この発明の実施形態２による電流検知デバイスの一部の断面図である。この発明の実施形態２による電流検知デバイスの一部の拡大断面図である。この発明の実施形態２による補償電流線を配置した構成図である。この発明の実施形態３による電流検知デバイスの一部の斜視模式図である。この発明の実施形態３による電流検知デバイスの一部の断面図である。この発明の実施形態３による電流検知デバイスの一部の拡大断面図である。この発明の実施形態４による電流検知デバイスの一部の断面図である。

符号の説明

１磁気抵抗効果素子、２接続電流線、３第１の被測定導体、４第２の被測定導体、５貫通接続電流線、６被測定電流線、７設置基板、８第１の絶縁層、９第２の絶縁層、１０第３の絶縁層、１１保護層、１２測定磁界方向、１３印加磁界方向、１４被測定電流検出部、１５中心線、１６接続エリア、１７ハーフブリッジ回路、１８ブリッジ回路、１９センサ基板、２０電流センサデバイス、２１センサ回路部、２２電流センサ、２３外部端子、２４電流端子、２５センサケース、２６第１の補償電流導体、２７接続補償電流線、２８補償電流線、２９第４の絶縁層、３０補償磁界方向、３１オペアンプ、３２第２の補償電流導体、３３貫通接続補償電流線、３４第５の絶縁層、３５集磁部材

Claims

設置基板上に構成された第１の絶縁層上に配置され、互いに逆方向の磁界の増加に応じて抵抗値が共に増加する磁気抵抗効果特性を有する第１および第４の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に構成された第１の絶縁層上に配置され、互いに逆方向の上記磁界の増加に応じて抵抗値が共に減少する磁気抵抗効果特性を有する第２および第３の磁気抵抗効果素子と、
上記設置基板上に構成された第１の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の磁気抵抗効果素子を接続することにより、上記第１および第２の磁気抵抗効果素子による第１のハーフブリッジ回路、および上記第３および第４の磁気抵抗効果素子による第２のハーフブリッジ回路からなるブリッジ回路を構成する接続電流線と、
上記設置基板上に構成された第２の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第１の被測定電流導体と、上記設置基板上に構成された第３の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第２の被測定電流導体と、上記設置基板上に上記絶縁層を面外方向に貫通して構成され、上記第１と第２の被測定電流導体を接続することにより被測定電流線を構成する貫通接続電流線とを備えた電流検知デバイスであって、
上記被測定電流線に被測定電流が印加されることにより、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子は対向して設置した上記第１および第２の被測定電流導体からそれぞれ同一方向の測定磁界が付与されるとともに、
第１および第２の磁気抵抗効果素子に付与される第１の測定磁界の方向と、第３および第４の磁気抵抗効果素子に付与される第２の測定磁界の方向が互いに逆方向となるように被測定電流線が構成されたことを特徴とする電流検知デバイス。
上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子は、第１の絶縁層上において、それぞれ複数かつ線状の素子パターンで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電流検知デバイス。
上記設置基板上に構成された第４の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第１の補償電流導体と、上記設置基板上に構成された第４の絶縁層上に配置され、上記第１の補償電流導体を接続することにより補償電流線を構成する接続補償電流線とを備えた電流検知デバイスであって、
上記補償電流線に補償電流が印加されることにより、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子に付与される補償磁界において、第１および第２の磁気抵抗効果素子に付与される第１の補償磁界の方向と、第３および第４の磁気抵抗効果素子に付与される第２の補償磁界の方向が互いに逆方向となるように補償電流線が構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流検知デバイス。
上記設置基板上に構成された第４の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第１の補償電流導体と、上記設置基板上に構成された第５の絶縁層上に配置され、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子のそれぞれに対向して設置された第２の補償電流導体と、上記設置基板上に上記絶縁層を面外方向に貫通して構成され、上記第１と第２の補償電流導体を接続することにより補償電流線を構成する貫通接続補償電流線とを備えた電流検知デバイスであって、
上記補償電流線に補償電流が印加されることにより、上記第１から第４の各磁気抵抗効果素子は対向して設置した上記第１および第２の補償電流導体からそれぞれ同一方向の補償磁界が付与されるとともに、
第１および第２の磁気抵抗効果素子に付与される第１の補償磁界の方向と、第３および第４の磁気抵抗効果素子に付与される第２の補償磁界の方向が互いに逆方向となるように補償電流線が構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流検知デバイス。
上記絶縁層の少なくとも１層において、絶縁層上または絶縁層内、または両方に少なくとも１つの集磁部材を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電流検知デバイス。