JP5432082B2 - Semiconductor device with current detector - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置に関するものであり、特に磁気抵抗効果素子を用いて電流を検知するセンサを備えた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device provided with a sensor that detects a current using a magnetoresistive element.
外部から印加された磁界を検出する磁電変換素子として、ホール素子のほかに磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子には、金属の磁気抵抗効果を利用したAMR(Anisotropic Magneto-Resistance)素子、巨大磁気抵抗効果を利用したGMR(Giant Magneto-Resistance)素子、トンネル磁気抵抗効果を利用したTMR(Tunnel Magneto-Resistance)素子などがある。特に、他に比べて大きなMR比が得られるGMR素子およびTMR素子が注目されている。 In addition to the Hall element, a magnetoresistive effect element is known as a magnetoelectric conversion element that detects a magnetic field applied from the outside. The magnetoresistive element includes an AMR (Anisotropic Magneto-Resistance) element using a metal magnetoresistive effect, a GMR (Giant Magneto-Resistance) element using a giant magnetoresistive effect, and a TMR (Tunnel) using a tunnel magnetoresistive effect. Magneto-Resistance) element. In particular, GMR elements and TMR elements that can obtain a larger MR ratio than others are drawing attention.
特許文献1は、スピンバルブ構造を有したGMR素子およびTMR素子について開示する。スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子は、非磁性の薄膜層によって仕切られた強磁性体の第1の薄膜層(自由層)および第2の薄膜層(固定層)を有する。強磁性体の第1の薄膜層の磁化方向は、印加磁界がゼロの場合に、第2の薄膜層の固定された磁化方向に対して直交するように設定される。強磁性体の第2の薄膜層の磁化方向を固定させるために、反強磁性体の薄膜層が、第2の薄膜層に直接、接触して付着されている。代替構造として、反強磁性体の薄膜層を、高飽和保磁力を有する強磁性の層にすることもできる。
TMR素子は、自由層と固定層を仕切る非磁性層に、AlOxやMgOなどの絶縁性材料を用いて、膜の面に対して垂直方向に流れる電流の変化を検出する。GMR素子は非磁性層にCuやRuのような導電性材料を用いて膜の面に対して平行方向に流れる電流の変化を検出する。CPP(Current-Perpendicular-to-Plane)−GMR素子は非磁性層にCuやRuのような導電性材料を用いて膜の面に対して垂直方向に流れる電流の変化を検出する。 The TMR element uses a nonmagnetic layer such as AlOx or MgO for the nonmagnetic layer that partitions the free layer and the fixed layer to detect a change in current flowing in a direction perpendicular to the film surface. The GMR element uses a conductive material such as Cu or Ru for the nonmagnetic layer to detect a change in current flowing in a direction parallel to the film surface. A CPP (Current-Perpendicular-to-Plane) -GMR element uses a conductive material such as Cu or Ru as a nonmagnetic layer to detect a change in current flowing in a direction perpendicular to the film surface.
外部磁界が印加されていないときの自由層と固定層の磁化の方向を実質的に垂直にすることで、外部磁界に対して線形の出力が得られるTMR素子、GMR素子を構成できる。TMR素子をはじめとした磁電変換素子をIC(Integrated Circuit)の中に組み込むことで、ICに流れる電流を検出することができる。例えば特許文献2には、IC上に作製されたTMR素子を用いて、IC内に流れる電流を検知する電流センサが開示されている。
By making the magnetization direction of the free layer and the fixed layer substantially perpendicular to each other when no external magnetic field is applied, a TMR element and a GMR element that can obtain a linear output with respect to the external magnetic field can be configured. By incorporating a magnetoelectric conversion element such as a TMR element into an IC (Integrated Circuit), the current flowing through the IC can be detected. For example,
IC内を流れる電流を正確に検出することで、素子の異常動作や故障の検出をすることが可能となる。異常な電流信号の流入を検知するばかりでなく、回路における消費電力を抑制するように制御することで、ICの消費電力は低減する。 By accurately detecting the current flowing through the IC, it is possible to detect an abnormal operation or failure of the element. In addition to detecting the inflow of an abnormal current signal, the power consumption of the IC is reduced by controlling the power consumption in the circuit to be suppressed.
電流が発生する磁界は、電線からの距離に対して反比例して弱くなる。このため、同じ磁電変換素子をもちいて、より微弱な電流を検出するためには、磁電変換素子を電線に近接させることが好ましいが、電線からの距離の変化に対する磁界強度の変化率も増大するため、電線と磁電変換素子のばらつきに対して検出感度が敏感になる。また電線の近くに磁電変換素子を配置すると、電線で発生するジュール熱の影響で磁電変換素子の温度変化が起こりやすくなる。このため、微弱な電流を精度良く検出することは困難であった。 The magnetic field generated by the current becomes weaker in inverse proportion to the distance from the electric wire. For this reason, in order to detect a weak current using the same magnetoelectric conversion element, it is preferable to bring the magnetoelectric conversion element close to the electric wire, but the rate of change of the magnetic field strength with respect to the change in the distance from the electric wire also increases. Therefore, the detection sensitivity becomes sensitive to variations between the electric wire and the magnetoelectric conversion element. If the magnetoelectric conversion element is arranged near the electric wire, the temperature of the magnetoelectric conversion element is likely to change due to the effect of Joule heat generated in the electric wire. For this reason, it was difficult to accurately detect a weak current.
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、簡単な構成により、検出精度の高い電流検出器を提供することを目的にする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a current detector with high detection accuracy with a simple configuration.
この発明に関わる半導体装置は、半導体回路が形成された基板と、基板に配設された第1の配線部材と、第1の配線部材に立設された垂直配線部材と、垂直配線部材に接続され第1の配線部材と平行に架設された第2の配線部材と、垂直配線部材に対向配置された第1の磁電変換素子と、垂直配線部材をはさんで第1の磁電変換素子と対向する第2の磁電変換素子と、第1の磁電変換素子と第2の磁電変換素子を直列に接続する第1の素子配線と、第1の素子配線の中点が入力される第1の増幅回路とを備えているものである。 A semiconductor device according to the present invention is connected to a substrate on which a semiconductor circuit is formed, a first wiring member disposed on the substrate, a vertical wiring member erected on the first wiring member, and a vertical wiring member The second wiring member laid in parallel with the first wiring member, the first magnetoelectric conversion element arranged to face the vertical wiring member, and the first magnetoelectric conversion element across the vertical wiring member The first magnetoelectric conversion element, the first element wiring connecting the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element in series, and the first amplification to which the midpoint of the first element wiring is input And a circuit.
この発明によれば、磁電変換素子と検出電流線の間に生じる、重ね合わせずれによる電流検出誤差を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce a current detection error caused by an overlay error that occurs between the magnetoelectric conversion element and the detection current line.
一般に素子の抵抗の変化から信号を検出する場合、素子に接続された電源ラインに電流ノイズが印加されると、検出したい信号が変化していなくても、素子の両端の電圧が変化する。信号の誤検出を防ぐためには、所謂ハーフブリッジ構造が好ましいことが知られている。ハーフブリッジ構造では、2つの実質的に等しい素子を直列接続して等しい電流を流し、その中点電位を検出する。 In general, when a signal is detected from a change in resistance of an element, when current noise is applied to a power supply line connected to the element, the voltage at both ends of the element changes even if the signal to be detected does not change. It is known that a so-called half-bridge structure is preferable in order to prevent erroneous signal detection. In the half-bridge structure, two substantially equal elements are connected in series to pass an equal current, and the midpoint potential is detected.
この構造をICの配線に流れる電流を検出する場合に適用することを考えてみる。IC内に実質的に等しい素子を2つ設けるためには、素子の特性を等しくするのみならず、検出したい電流から発生した磁界の影響を等しくすることが必要である。例えば、MR素子、ホール素子の場合には、素子の形状と配置を適切にすることで実現される。スピンバルブ型のGMR素子、TMR素子においては、さらに固定層の磁化の方向を適切に配向させる必要がある。 Consider that this structure is applied to the case of detecting the current flowing in the IC wiring. In order to provide two substantially equal elements in an IC, it is necessary not only to make the characteristics of the elements equal, but also to equalize the influence of the magnetic field generated from the current to be detected. For example, in the case of an MR element or a Hall element, this can be realized by making the shape and arrangement of the element appropriate. In the spin valve type GMR element and TMR element, it is necessary to further orient the magnetization direction of the fixed layer appropriately.
電線の内部を流れる電流が形成する磁場は、電流の実質的な流れの中心軸を中心として円を描くように形成される。TMR素子の抵抗変化は、固定層に対して垂直方向に磁界を印加するように配置したときに最も大きくなる。このため、電流の流れる方向に垂直な面と、TMR素子形成面が平行でない場合は、電流の流れる方向に垂直な面と、TMR素子形成面が交差してなる線に平行な線であって、電流の実質的な流れの中心軸と交わる直線上であって、電流線からの距離が等しい2点にTMR素子を設け、かつ、電流の流れる方向に垂直な面と、TMR素子形成面が交差してなる線に平行乃至は反平行方向にTMR素子の固定層の磁化方向を固定させることが好ましい。 The magnetic field formed by the current flowing inside the electric wire is formed so as to draw a circle around the central axis of the substantial current flow. The resistance change of the TMR element is greatest when the magnetic field is arranged so as to be applied in a direction perpendicular to the fixed layer. For this reason, when the plane perpendicular to the direction of current flow and the TMR element formation surface are not parallel, the plane perpendicular to the direction of current flow and the line parallel to the line formed by intersecting the TMR element formation plane are The TMR element is provided at two points on the straight line intersecting the central axis of the substantial current flow, and the distance from the current line is equal, and the surface perpendicular to the current flow direction and the TMR element formation surface are It is preferable to fix the magnetization direction of the fixed layer of the TMR element in a direction parallel to or anti-parallel to the intersecting line.
TMR素子の固定層の磁化方向は、素子に磁場を印加しながら熱処理を施すことによって固定される。同じチップ内のTMR素子は、固定層の磁化方向が同一でかつ、ハーフブリッジ出力が得られるように配置されていることが好ましい。しかし、上記のように配置した2個のTMR素子から異なる出力を得るためには、例えば電線を屈曲させて、電流の流れの方向が異なる部分を少なくとも2つ形成し、それぞれの部分に近接するようにTMR素子を形成する必要がある。 The magnetization direction of the fixed layer of the TMR element is fixed by performing a heat treatment while applying a magnetic field to the element. The TMR elements in the same chip are preferably arranged so that the magnetization directions of the fixed layers are the same and a half-bridge output can be obtained. However, in order to obtain different outputs from the two TMR elements arranged as described above, for example, an electric wire is bent to form at least two portions having different current flow directions, and close to the respective portions. Thus, it is necessary to form a TMR element.
このとき、それぞれの電流の流れの方向が異なる部分が、遠い方のTMR素子に及ぼす影響を小さくなるようする。TMR素子は充分な間隔をあけて配設されなければならないので、電流の検出線を形成するためにIC上に広い面積が必要になる。これは、ICの小型化に対して制約が増えるばかりでなく、TMR素子特性の面内分布の影響も受けやすくなるため、好ましくない。 At this time, the influence of the portions having different current flow directions on the distant TMR element is reduced. Since the TMR elements must be arranged with a sufficient interval, a large area is required on the IC in order to form a current detection line. This is not preferable because not only the restrictions on the miniaturization of the IC are increased, but also the in-plane distribution of the TMR element characteristics is easily affected.
一方、電流の流れる方向に垂直な面と、TMR素子形成面が平行な場合、電流の実質的な流れの中心軸と交わる任意の直線上であって、電線からの距離が等しい2点にTMR素子を設け、かつ、2個のTMR素子を結んだ直線に対して平行乃至は反平行方向にTMR素子の固定層の磁化方向を固定させることが好ましい。 On the other hand, when the plane perpendicular to the current flow direction and the TMR element formation surface are parallel, the TMR is set to two points that are on an arbitrary straight line intersecting the central axis of the substantial current flow and have the same distance from the electric wire. It is preferable to provide an element and fix the magnetization direction of the fixed layer of the TMR element in a parallel or antiparallel direction to a straight line connecting the two TMR elements.
このように形成すると、素子形成面に対して垂直な電線の一部分に対して等距離にTMR素子を配置するので、例えばコンタクトの両端のような小さい部分に電流センサを設けることが可能である。このため、ICの小型化に寄与するばかりでなく、TMR素子特性の面内分布の影響も受けにくくなる。このTMR素子の固定層の素子形成面に垂直な方向から見た形状は、自由層の磁区構造が、磁界の変化に追随して滑らかに変化するように、角の無い構造、例えば円形や楕円形が好ましい。以下では、本発明に関わる半導体装置の実施の形態を具体的に説明する。 If formed in this way, the TMR element is arranged at an equal distance with respect to a part of the electric wire perpendicular to the element forming surface, so that a current sensor can be provided in a small part such as both ends of the contact. For this reason, not only does it contribute to miniaturization of the IC, but it is also less susceptible to the in-plane distribution of TMR element characteristics. The shape of the TMR element viewed from the direction perpendicular to the element formation surface of the fixed layer is such that the magnetic domain structure of the free layer smoothly changes following the change of the magnetic field, such as a circle or an ellipse. Shape is preferred. Hereinafter, embodiments of the semiconductor device according to the present invention will be specifically described.
実施の形態1.
先ずこの発明に関わる半導体装置を図1に基づいて説明する。図1は、半導体装置と電流検出器の関係を模式的に示す斜視図である。左側には、基板3に回路1aが形成された半導体装置1が表示されている。右側の図は、半導体装置1の一部を拡大表示したもので、実施の形態1に関わる電流検出器2の構成が表示されている。電流検出器2は基板3に形成された回路に流れる電流を検出する。電流検出器2は、磁電変換素子10、11と、検出電流線15と、電圧源21と、差動増幅回路22と素子配線23を備えている。
First, a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a relationship between a semiconductor device and a current detector. On the left side, the
検出電流線15は、基板3に対して概略垂直に設けられた第1の部分(垂直配線部材)16と、基板3に対して概略平行な平行部19、20を備えている。平行部(第1の配線部材)19は第1の部分16に一端が接続され、平行部(第2の配線部材)20と平行に架設されている。磁電変換素子10と磁電変換素子11は素子配線23によって直列に接続されていて、ハーフブリッジを形成している。素子配線23の一端には電圧源21が接続され、別端はグランドに落とされている。磁電変換素子10と磁電変換素子11の中点23aは差動増幅回路22に入力されている。
The detection
図2は、磁電変換素子の固定層と検出電流の関係を表している。検出電流(被測定電流)は、平行部20、第1の部分16、平行部19を経由して流れる。磁電変換素子10、11は、第1の部分16の中心を基点にして概略等距離で、互いに正反対の位置に配置されている。磁電変換素子10、11の固定層の磁化の向きはどちらでも良いが、平行部19、20の影響が相殺されるように、固定層の形成されている面内方向であって磁電変換素子10から第1の部分16を望む方向に対して垂直である事が望ましい。すなわち、磁化方向は平行部19、20の長手方向を向いている。磁電変換素子10、11の固定層の磁化の向きは、実質的に等しい。
FIG. 2 shows the relationship between the fixed layer of the magnetoelectric transducer and the detected current. The detected current (current to be measured) flows through the
第1の部分16の周囲に発生する磁界は、検出電流線15に流れる電流に比例する。ハーフブリッジに電圧源21を接続し、その中点電位と参照電圧の電位差を増幅することで、検出電流線15を流れる電流に応じた出力を得ることができる。参照電圧は、適切な定電圧源に接続しても良いが、例えば、実質的に同一に形成された抵抗素子を直列に接続してハーフブリッジと同じ電圧源に接続し、その中点電位を参照電圧としても良い。実施の形態1の電流検出器2によれば、IC内に大きな電流路を形成することなく、配線に流れる電流を検出可能な電流検出器を形成することができる。また、温度特性の揃った磁電変換素子でハーフブリッジを構成しているので、温度による抵抗変化の影響を受けにくい。
The magnetic field generated around the
図3は、電流検出器を表す上面図(a)と側面図(b)である。平行部19は、基板3に形成された絶縁膜27の上に、配設されている。磁電変換素子10、11は、好ましくは、平行部19と平行部20の中間に形成される。磁電変換素子10、11には磁束ガイドを設けても良い。この図では、磁電変換素子10、11を囲むように、磁性体からなる磁束ガイド(ヨーク)24を設けている。磁性体は、非磁性体に比べて、多くの磁束を通すことが可能で、磁性ガイド24は磁束を集める(集磁する)ことができる。
FIG. 3 is a top view (a) and a side view (b) showing the current detector. The
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による電流検出器の構成を模式的に示す斜視図である。電流検出器2は、磁電変換素子10、11、12、13と、検出電流線15と、電圧源21と、差動増幅回路22を備えている。検出対象となる電流が流れる検出電流線15は、基板3に対して概略垂直に設けられた第1の部分(第1の垂直配線部材)16と第2の部分(第2の垂直配線部材)17を備えている。また検出電流線15は、基板に対して概略平行な平行部18、19、20を備えている。平行部20は第1の部分16に一端が接続され、平行部19と平行に架設されている。平行部(第3の配線部材)18は第2の部分17に一端が接続され、平行部19と平行に架設されている。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of a current detector according to
検出電流(被測定電流)は、平行部20、第1の部分16、平行部19、第2の部分17、平行部18を経由して流れる。磁電変換素子10、11は、第1の部分16の中心を基点にして概略等距離で、互いに正反対の位置に配置されている。磁電変換素子12、13は、第2の部分17の中心を基点にして概略等距離で、互いに正反対の位置に配置されている。磁電変換素子10と磁電変換素子13は素子配線23Aによって直列に接続されていて、ハーフブリッジを形成している。磁電変換素子11と磁電変換素子12は素子配線23Bによって直列に接続されていて、ハーフブリッジを形成している。素子配線23A、23Bの一端には電圧源21が接続され、別端はグランドに落とされている。磁電変換素子10と磁電変換素子13の中点23aと、磁電変換素子11と磁電変換素子12の中点23bは、差動増幅回路22に入力されている。
The detected current (current to be measured) flows through the
図5は、実施の形態2による電流検出器2の構成を模式的に示す平面図である。磁電変換素子10、11の固定層の磁化の向きは、固定層の形成されている面内方向であって磁電変換素子10から第1の部分16を望む方向に対して垂直である。磁電変換素子12、13の固定層の磁化の向きは、固定層の形成されている面内方向であって磁電変換素子12から第2の部分17を望む方向に対して垂直である。磁電変換素子10〜13の固定層の磁化の向きは、すべて等しいことが好ましい。固定層の磁化方向は、平行部18〜20の長手方向に対して平行であればさらに好ましい。
FIG. 5 is a plan view schematically showing the configuration of the
第1の部分16と第2の部分17に流れる電流が発生する磁界は、図5における細矢印で記載される方向に発生する。電流が検出電流線15に流れると、磁電変換素子10、12の抵抗は、固定層と自由層の磁化の向きが反平行に近づくために、電流が流れていないときの抵抗を基準として増加する。しかし検出電流線15に電流が流れると、磁電変換素子11、13の抵抗は、固定層と自由層の磁化の向きが平行に近づくために、電流が流れていないときの抵抗を基準として減少する。
The magnetic field generated by the current flowing through the
磁界に対して線形に抵抗が変化する特性を持つ磁電変換素子をもちいると、差動増幅回路22から被測定電流量に比例した出力が生じる。磁電変換素子10〜13は、TMR素子あるいはCPPGMR素子のように、基板に対して垂直に電流を流す素子であると好ましい。磁界は被測定電流の流れる配線からの距離に依存して変化する。素子の大きさの影響を受けにくいように、磁電変換素子10、11の大きさは、第1の部分16と磁電変換素子が形成されている面の交差する面積と比較して小さいことが望ましい。同様に、磁電変換素子12、13の大きさは、第2の部分17と磁電変換素子が形成されている面の交差する面積と比較して小さいことが望ましい。
When a magnetoelectric conversion element having a characteristic in which resistance changes linearly with respect to a magnetic field is used, an output proportional to the amount of current to be measured is generated from the
磁電変換素子の配線は、例えば図6のように構成することが好ましい。この例では、磁電変換素子を接続する素子配線(配線A〜F)23と、被測定電流が流れる検出電流線15は、基板表面から同じ高さの位置に、同時に形成されている。配線A、Bには差動増幅回路22を接続する。配線C、Eには定圧源21を接続する。配線D、Fは接地する。こうすることで、被測定電流量に比例した出力が得られる。
The wiring of the magnetoelectric conversion element is preferably configured as shown in FIG. 6, for example. In this example, the element wiring (wirings A to F) 23 for connecting the magnetoelectric conversion elements and the detection
実施の形態2の電流検出器2によれば、磁電変換素子10〜13のパターニング用のマスクと、第1の部分16、第2の部分17のパターニング(コンタクトホール)用のマスクが、並進ずれを起こしても、その影響を互いに打ち消しあうので、出力への影響を小さくでき、電流検出精度を向上させることができる。
According to the
実施の形態3.
実施の形態3を図7、8に基づいて説明する。本発明に関わる電流検出器2は、図7に示すように、基板に概略垂直に設けられた第1の部分16の周りに、4個の磁電変換素子10〜13を、固定層の磁化方向と垂直方向に伸びる直線上であって、第1の部分16の中心を通る直線上に配置する。磁電変換素子10、11は、第1の部分16を挟んで反対側に配置されている。素子配線23Aは磁電変換素子10、11を直列に接続していて、第1のハーフブリッジを構成する。
A third embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, the
磁電変換素子12は、磁電変換素子11の外側に配置されている。磁電変換素子13は、磁電変換素子10の外側に配置されている。素子配線23Bは磁電変換素子12、13を直列に接続していて、第2のハーフブリッジを構成する。第1のハーフブリッジと第2のハーフブリッジは、第1の部分16からの距離が異なる。第1のハーフブリッジの中点23aは作動増幅回路22aに接続されている。第2のハーフブリッジの中点23bは作動増幅回路22bに接続されている。
The
電流Iが流れる電線から距離r離れた位置における磁界の強さ(H)は、アンペールの法則によりH=I/2πrであることが知られている。第1のハーフブリッジは検出電流線15(第1の部分16)からの距離がrであるとすると、第1のハーフブリッジが検出する磁界H1は、H1=I/2πrと表せる。同様に、第2のハーフブリッジは検出電流線15(第1の部分16)からの距離がr+δrであるとすると、第2のハーフブリッジが検出する磁界H2は、H2=I/2π(r+δr)と表せる。この式を連立することで、r=H2/(H1−H2)*δrの形で、rが求められる。 It is known that the strength (H) of the magnetic field at a position r away from the electric wire through which the current I flows is H = I / 2πr according to Ampere's law. If the distance from the detection current line 15 (the first portion 16) is r, the first half bridge can express the magnetic field H1 detected by the first half bridge as H1 = I / 2πr. Similarly, when the distance from the detection current line 15 (first portion 16) is r + δr, the magnetic field H2 detected by the second half bridge is H2 = I / 2π (r + δr). By combining these equations, r is obtained in the form of r = H2 / (H1−H2) * δr.
IC内の電流は高速で変動するため、TMR素子を用いて高速に電流検出を行う際には表皮効果による配線内の電流分布が無視できない。高周波電流を検出する際には、表皮効果によって、電流が配線表面付近に分布するため、電流線とTMR素子の距離が実効的に短くなり、電流量を実際よりも多く見積もることになる。本実施の形態では、電線からの距離が異なる2つのハーフブリッジの出力から、配線とTMR素子との実効的な距離が求められる。この値で補正することにより、電流量を正しく検出することができる。 Since the current in the IC fluctuates at a high speed, the current distribution in the wiring due to the skin effect cannot be ignored when the current is detected at high speed using the TMR element. When a high frequency current is detected, the current is distributed near the surface of the wiring due to the skin effect, so the distance between the current line and the TMR element is effectively shortened, and the amount of current is estimated more than the actual amount. In the present embodiment, the effective distance between the wiring and the TMR element is obtained from the outputs of two half bridges having different distances from the electric wire. By correcting with this value, the amount of current can be detected correctly.
TMR素子は飽和磁界以上の磁界が印加されると、抵抗が一定となり磁界が検出できなくなる。実施の形態3では、電線からの距離が異なる位置に設けられた2個のTMR素子によるハーフブリッジを備えている。電流量が少ないときには第1の部分16に近い第1のハーフブリッジの出力を参照して、高精度に電流を検出する。電流量が多く第1のハーフブリッジの出力が飽和するときには、第1の部分16から遠い第2のハーフブリッジの出力を参照して、高電流を検出することができる。結果として、高精度かつ検出電流範囲の広い電流検出器を得ることができる。
When a magnetic field higher than the saturation magnetic field is applied to the TMR element, the resistance becomes constant and the magnetic field cannot be detected. In
第1のハーフブリッジ、第2のハーフブリッジの出力は、用途に応じて、そのままアナログ演算しても良いし、ADコンバータでデジタル変換して所望の演算をしても良い。また、本実施例では、2個のハーフブリッジの例を示したが、3個以上のハーフブリッジを配置し、測定磁界範囲に適した距離に配置したTMR素子からの信号を使用することで、より広い電流レンジに対応して高精度で電流を検出できる。 The outputs of the first half bridge and the second half bridge may be analog-calculated as they are, or may be digitally converted by an AD converter to perform a desired calculation depending on the application. Further, in the present embodiment, an example of two half bridges has been shown, but by using three or more half bridges and using signals from TMR elements arranged at a distance suitable for the measurement magnetic field range, Current can be detected with high accuracy corresponding to a wider current range.
実施の形態4.
実施の形態4を図9に基づいて説明する。図9に示す電流検出器は、図7に示す電流検出器と同様に、第1のハーフブリッジと第2のハーフブリッジを備えている。第1のハーフブリッジの中点23aは作動増幅回路22aに接続されている。第2のハーフブリッジの中点23bは作動増幅回路22bに接続されている。実施の形態4で示す電流検出器2は、出力選択回路25を備えている。出力選択回路25は、制御回路26の指示により、差動増幅回路22aまたは差動増幅回路22bの出力を、Voutに出力する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. The current detector shown in FIG. 9 includes a first half bridge and a second half bridge, similarly to the current detector shown in FIG. The
1 半導体装置、2 電流検出器、3 基板、10〜13 磁電変換素子、15 検出電流線、16 第1の部分、17 第2の部分、18〜20 平行部、21 電圧源、22 差動増幅回路、23 素子配線、24 磁束ガイド、25 出力選択回路、26 制御回路、27 絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板に配設された第1の配線部材と、
前記第1の配線部材に立設された垂直配線部材と、
前記垂直配線部材に接続され前記第1の配線部材と平行に架設された第2の配線部材と、前記垂直配線部材に対向配置された第1の磁電変換素子と、
前記垂直配線部材をはさんで前記第1の磁電変換素子と対向する第2の磁電変換素子と、前記第1の磁電変換素子と前記第2の磁電変換素子を直列に接続する第1の素子配線と、前記第1の素子配線の中点が入力される第1の増幅回路とを備えている半導体装置。 A substrate on which a semiconductor circuit is formed;
A first wiring member disposed on the substrate;
A vertical wiring member provided upright on the first wiring member,
A second wiring member in which the are connected to the vertical wiring member extending parallel to said first wiring member, a first magneto-electric conversion element which is opposed to the vertical wiring member,
First element connected to the second magneto-electric conversion element which faces the first electromagnetic element across the vertical wiring member, and the first electromagnetic element and said second magneto-electric conversion element in series A semiconductor device comprising: a wiring; and a first amplifier circuit to which a midpoint of the first element wiring is input.
前記垂直配線部材をはさんで前記第3の磁電変換素子と対向し、前記第2の磁電変換素子よりも前記垂直配線部材の外側に配設された第4の磁電変換素子と、
前記第3の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子を直列に接続する第2の素子配線と、前記第2の素子配線の中点が入力される第2の増幅回路とを備えている請求項1に記載の半導体装置。 A third magnetoelectric conversion element disposed outside the first magnetoelectric conversion element;
The opposite to the third electric transducer across the vertical wiring member, and the fourth magneto-electric transducer than said second magneto-electric transducer disposed outside the vertical wiring member,
And it includes a second element wiring for connecting the third said the magnetoelectric element of the fourth electromagnetic element in series, and a second amplifier circuit midpoint of the second element wires is input The semiconductor device according to claim 1.
前記基板に配設された第1の配線部材と、
前記第1の配線部材に立設された第1の垂直配線部材と、
前記第1の垂直配線部材に接続され前記第1の配線部と平行に架設された第2の配線部材と、
前記第1の垂直配線部材から間隔をあけて前記第1の配線部材に立設された第2の垂直配線部材と、
前記第2の垂直配線部材に接続され前記第1の配線部材と平行に架設された第3の配線部材と、
前記第1の垂直配線部材に対向配置された第1の磁電変換素子と、
前記第1の垂直配線部材をはさんで前記第1の磁電変換素子と対向する第2の磁電変換素子と、
前記第2の垂直配線部材に対向配置された第3の磁電変換素子と、
前記第2の垂直配線部材をはさんで前記第3の磁電変換素子と対向する第4の磁電変換素子と、
前記第1の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子を直列に接続する第1の素子配線と、前記第3の磁電変換素子と前記第2の磁電変換素子を直列に接続する第2の素子配線と、前記第1の素子配線の中点と前記第2の素子配線の中点が入力される増幅回路と、を備えている半導体装置。 A substrate on which a semiconductor circuit is formed;
A first wiring member disposed on the substrate;
A first vertical wiring member erected on the first wiring member;
A second wiring member extending parallel to and connected to said first vertical wiring member first wiring portion,
A second vertical interconnection member provided upright on the first wiring member spaced from said first vertical interconnection member,
A third wiring member extending parallel to said first wiring member connected to the second vertical wire members,
A first magnetoelectric conversion element disposed opposite to the first vertical wiring member;
A second magneto-electric conversion element which faces the first electromagnetic element across the first vertical wire members,
A third magnetoelectric transducer disposed opposite to the second vertical wiring member;
A fourth electric transducer which faces the third electromagnetic element across the second vertical wire members,
Wherein the first element wires of the first magneto-electric transducer fourth magnetoelectric transducers connected in series, a second connecting said third and magneto-electric transducer and the second magnetoelectric transducer in series element wiring and an amplifying circuit midpoint of the first middle point and the second element wires of the element wires is inputted, the semiconductor device comprising a.
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