JP6717442B2 - 磁気センサおよび電流センサ - Google Patents

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Description

本開示は、磁気センサおよび電流センサに関する。
従来、磁気抵抗効果を用いた磁気センサにおいて、センサ特性および信頼性を向上するために、各種の磁気異方性を制御する方法が提案されている。たとえば、特開平７−２４４１４２号公報（特許文献１）、および特開２００２−１８９０６７号公報（特許文献２）には、逆磁歪効果による応力誘起異方性を利用する方法が開示されている。
特許文献１に開示の磁気センサにあっては、磁場の強さに応じて磁化の向きが磁化容易方向と磁化困難方向との間で変化する強磁性金属薄膜を用いたセンサパターンを備える磁気センサにおいて、強磁性金属薄膜が正の磁歪定数を持つ場合、センサパターンの磁化困難方向に継続的な引張応力を印加する。一方で、強磁性金属薄膜が負の磁歪定数を持つ場合に、センサパターンの磁化困難方向に継続的な圧縮応力を印加する。これにより、微小磁界での高感度化が可能となる。
特許文献２に開示の磁気センサは、圧電基板上に配置されており、電圧が圧電基板に印加されることにより、磁気センサに歪みが印加される。これにより、磁気センサを構成する磁性材料の内部の異方性が変化して、センサ特性が変化する。この結果、磁気センサが高感度となる点に動作点を定めることができる。
特開平７−２４４１４２号公報 特開２００２−１８９０６７号公報
しかしながら、特許文献１に開示の磁気センサにあっては、継続的な応力が印加される場合であっても外部からの入力等によって応力が変動した場合には、感磁方向と平行な方向に応力誘起磁気異方性が発現する。これにより、ゼロ磁場における磁気センサの抵抗値が変動してしまう。
特許文献２に開示の磁気センサは、圧電素子を用いる構成であるため、その構成が大掛かりとなり、製造コストが増加する。
本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、応力変動に対する信頼性を向上させることができる磁気センサおよび電流センサを提供することにある。
本開示の第１局面に基づく磁気センサは、基板と、所定の感磁方向を有するように上記基板上に設けられ、上記感磁方向と直交する方向にバイアス磁場が印加される磁気抵抗素子部と、を備え、上記磁気抵抗素子部は、負の磁歪定数を有する磁性層を含み、上記基板に対して上記感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合に、上記バイアス磁場の方向と平行な方向に上記磁性層の応力誘起異方性が発現する。
本開示の第２局面に基づく磁気センサは、基板と、所定の感磁方向を有するように上記基板上に設けられ、上記感磁方向と直交する方向にバイアス磁場が印加される磁気抵抗素子部と、を備え、上記磁気抵抗素子は、正の磁歪定数を有する磁性層を含み、上記基板に対して上記感磁方向と平行な方向に圧縮応力を作用させた場合に、上記バイアス磁場の方向と平行な方向に上記磁性層の応力誘起異方性が発現する。
上記本開示の第１局面および第２局面に基づく磁気センサにあっては、上記基板は、長手方向を有する長手形状を有することが好ましい。この場合には、上記感磁方向は、上記長手方向と平行であることが好ましい。
上記本開示の第１局面および第２局面に基づく磁気センサにあっては、上記磁気抵抗素子部は、上記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並ぶように、直列に電気的に接続された第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子、および第４磁気抵抗素子を含んでいてもよい。この場合には、上記第１磁気抵抗素子および上記第２磁気抵抗素子間を接続する接続部から上記第１磁気抵抗素子と上記第２磁気抵抗素子との中点電位を検出し、上記第３磁気抵抗素子および上記第４磁気抵抗素子間を接続する接続部から上記第３磁気抵抗素子と上記第４磁気抵抗素子との中点電位を検出することが好ましい。
上記本開示の第１局面および第２局面に基づく磁気センサにあっては、上記磁気抵抗素子部は、行列状に配置された第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子、および第４磁気抵抗素子を含んでいてもよい。この場合には、上記第１磁気抵抗素子、上記第２磁気抵抗素子、上記第３磁気抵抗素子、および上記第４磁気抵抗素子によってフルブリッジ回路が構成されていることが好ましい。
上記本開示の第１局面および第２局面に基づく磁気センサにあっては、上記第１磁気抵抗素子および上記第２磁気抵抗素子は、上記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第１ハーフブリッジ回路を構成していてもよい。また、上記第３磁気抵抗素子および上記第４磁気抵抗素子は、上記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第２ハーフブリッジ回路を構成していてもよい。この場合には、上記第１ハーフブリッジ回路および上記第２ハーフブリッジ回路によって上記フルブリッジ回路が構成されること好ましい。また、上記第１磁気抵抗素子および上記第２磁気抵抗素子間を接続する接続部から上記第１磁気抵抗素子と上記第２磁気抵抗素子との中点電位を検出し、上記第３磁気抵抗素子および上記第４磁気抵抗素子間を接続する接続部から上記第３磁気抵抗素子と上記第４磁気抵抗素子との中点電位を検出することが好ましい。
本開示に基づく電流センサは、測定対象の電流が流れるバスバーと、上記の磁気センサと、を備える。
本開示によれば、応力変動に対する信頼性を向上させることができる磁気センサおよび電流センサを提供することができる。
実施の形態１に係る磁気センサを示す概略断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ素子を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサにおいて磁気センサ素子に印加されるバイアス磁場の方向と感磁方向との関係を示す図である。 実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合に作用する力を示す図である。 実施の形態１に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気センサ素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。 実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。 実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 実施の形態２に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気センサ素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。 実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。 実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 実施の形態３に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気抵抗素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。 実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。 実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 比較例に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気抵抗素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。 比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。 比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。 変形例に係る磁気センサ素子が感磁方向に圧縮された場合に作用する力を示す図である。 実施の形態４に係る電流センサの斜視図である。 実施の形態４に係る電流センサの平面図である。 実施の形態４に係る電流センサの正面図である。
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る磁気センサを示す概略断面図である。図１を参照して、実施の形態１に係る磁気センサ１００について説明する。
図１に示すように、実施の形態１に係る磁気センサ１００は、磁気センサ素子１、リードフレーム２、接合部材３、ボンディングワイヤ４、およびモールド部材５を備える。磁気センサ素子１は、接合部材３によってリードフレーム２に接合された状態で、モールド部材５にモールドされている。磁気センサ素子１は、ボンディングワイヤ４によってリードフレーム２に電気的に接続されている。
リードフレーム２、接合部材３および磁気センサ素子１が並ぶ方向に平行な方向を厚さ方向とした場合に、当該厚さ方向におけるリードフレーム２の中心を通過するリードフレーム２の中心線ＣＬに対して、接合部材３および磁気センサ素子１が位置する側におけるモールド部材５の厚さＴ１は、接合部材３および磁気センサ素子１が位置する側とは反対側におけるモールド部材５の厚さよりも厚くなっている。
図２は、実施の形態１に係る磁気センサ素子を示す概略断面図である。図２を参照して、実施の形態１に係る磁気センサ素子１について説明する。
図２に示すように、実施の形態１に係る磁気センサ素子１は、たとえばＡＭＲ素子である。磁気センサ素子１は、基板１０、磁気抵抗素子部としての積層体１１、一対の電極部１５、および保護層１６を含む。
基板１０は、たとえば熱酸化膜付きＳｉ基板によって構成されている。なお、基板１０は、ガラス基板等の絶縁性基板によって構成されていてもよく、絶縁膜が形成された板状部材によって構成されていてもよい。
積層体１１は、基板１０の主面上に設けられている。積層体１１は、後述するように所望のパターンに形成されている。積層体１１は、下地膜１２、磁性膜１３、保護膜１４を有する。これら下地膜１２、磁性膜１３、および保護膜１４は、基板１０側から順に積層されている。
下地膜１２は、絶縁性の高い熱酸化膜上に形成される。下地膜１２としては、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｒｕ等の金属からなる金属膜、またはこれら金属膜が積層された積層膜が用いられる。下地膜１２は、磁性膜１３を適切に成長させるために設けられている。なお、下地膜１２を用いることなく磁性膜１３を適切に成長させることができる場合には、下地膜１２は省略してもよい。
磁性膜１３は、下地膜１２上に形成される。磁性膜１３は、負の磁歪定数λを有する。磁性膜１３は、磁歪定数λが−１ｐｐｍ＜λ＜０ｐｐｍとなるように形成されている。磁性膜１３は、たとえばＮｉとＦｅとを含む合金によって構成されている。この場合において、磁性膜１３の磁歪定数λは、Ｎｉの組成を調整することにより適宜設定することができる。
保護膜１４は、磁性膜１３上に形成される。保護膜１４としては、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｒｕ等の金属からなる金属膜、またはこれら金属膜が積層された積層膜が用いられる。保護膜１４は、磁性膜１３を保護するために設けられている。なお、デバイス特性に影響がない場合には、保護膜１４を省略してもよい。
一対の電極部１５は、積層体１１の両端に設けられている。電極部１５は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の電気導電性の良好な金属材料からなる。積層体１１と電極部１５との密着性を高めるために、積層体１１と電極部１５との間には、Ｔｉ，Ｃｒなどからなる密着層が設けられていてもよい。
保護層１６は、積層体１１、および一対の電極部１５を覆うように設けられる。保護層１６には、一対の電極部１５の一部が露出するようにコンタクトホール１６ａが設けられている。当該コンタクトホール１６ａにボンディングワイヤ４の一端側挿入され、ボンディングワイヤ４の一端が電極部１５に接続される。ボンディングワイヤ４の他端側は、リードフレーム２に接続される。
保護層１６としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２等の絶縁性の高い材料を採用することができる。保護層１６は、積層体１１などが酸化および腐食することを防ぐために設けられている。なお、保護層１６は、省略してもよい。
図３は、実施の形態１に係る磁気センサにおいて磁気センサ素子に印加されるバイアス磁場の方向と感磁方向との関係を示す図である。
図３に示すように、磁気センサ１００は、平面視した場合に、長手方向（ＤＲ１方向）および短手方向（ＤＲ２方向）を有する長手形状を有する。同様に、磁気センサ素子１も、平面視した場合に、長手方向（ＤＲ１方向）および短手方向（ＤＲ２方向）を有する長手形状を有する。磁気センサ素子１は、上記長手方向と平行となる方向に感磁方向を有する。
磁気センサ１００は、磁気センサ素子１にバイアス磁場を印加するための磁場印加部（不図示）を有する。磁場印加部は、たとえば永久磁石（不図示）によって構成されている。当該永久磁石は、磁気センサ素子１とともにモールド部材５によってモールドされている。上記磁場印加部は、感磁方向と直交する方向（ＤＲ２方向）にバイアス磁場を印加する。
上記磁気センサ１００を製造する場合には、まず基板１０を準備する。次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング等を用いて、基板１０上に所望のパターンを有する積層体１１を形成する。
続いて、フォトリソグラフィ法、蒸着、またはスパッタ法等を用いて、一対の電極部１５を形成する。次に、スパッタまたはＣＶＤ法等を用いて、積層体１１、および一対の電極部１５を覆うように保護層１６を形成する。
次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング等を用いて、コンタクトホール１６ａを形成する。続いて、ダイシング装置を用いて基板１０を所望のサイズに個片化し、磁気センサ素子１を形成する。
次に、接合部材３を用いてリードフレーム２に磁気センサ素子１を固定する。続いて、ボンディングワイヤ４によって一対の電極部１５とリードフレーム２とを電気的に接続する。この状態で、バイアス磁場を印加するための永久磁石とともにリードフレーム２および磁気センサ素子１をモールド部材５にてモールドする。これにより、磁気センサ１００が製造される。
なお、磁気センサ素子１は、モールド部材５と磁気センサ素子１との熱膨張係数の差によって磁気センサ素子１に対して長手方向（ＤＲ１方向）に平行な長手方向に引張応力（初期応力）が作用するようにモールドされる。このようにモールドすることにより、初期応力の方向、および環境温度にさらされた状態での使用状況による応力の変動方向は、上記長手方向、すなわち感磁方向と平行な方向が支配的になる。
図４は、実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合に作用する力を示す図である。図４を参照して、実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合に作用する力について説明する。
図４に示すように、磁気センサ素子１が感磁方向と平行な方向に引張された場合、すなわち、磁気センサ素子１に感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合には、当該感磁方向と平行な方向における磁気センサ素子１の両端側が外側に向けて引張され、当該感磁方向と平行における磁気センサ素子１の中央部が、感磁方向と直交する方向に圧縮される。このため、磁気抵抗素子部を磁気センサ素子１の中央部に配置した場合には、逆磁歪効果により発現する磁性膜１３の応力誘起異方性の方向がバイアス磁場の方向と平行となる。
図５は、実施の形態１に係る磁気抵抗素子を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気センサ素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。
図５に示すように、磁気センサ素子１は、行列状に配置された第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含む。第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、所望の形状にパターニングされた積層体１１によって構成される。第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、２行２列に配置され、フルブリッジ回路を構成する。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第３磁気抵抗素子Ｅ３は、バイアス磁場の方向と直交する方向に沿って行状に並んで配置されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と直交する方向に沿って行状に並んで配置されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されている。第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２は、第１ハーフブリッジ回路を構成する。第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、第２ハーフブリッジ回路を構成する。上記第１ハーフブリッジ回路および上記第２ハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が構成される。
第１磁気抵抗素子Ｅ１の一端側は、配線パターンによって電圧を印加するための電極パッドＶｄｄに電気的に接続されている。第１磁気抵抗素子Ｅ１の他端側は、配線パターンによって、第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側に接続されるとともに、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の中点電位Ｖｏｕｔ１を検出するための電極パッドＳ１に電気的に接続されている。
第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側は、配線パターンによって、第１磁気抵抗素子Ｅ１の他端側に接続されるとともに、上記電極パッドＳ１に電気的に接続されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側は、配線パターンによってグランドに接続される電極パッドＧに電気的に接続されている。
第３磁気抵抗素子Ｅ３の一端側は、配電パターンによって上記電極パッドＶｄｄに電気的に接続されている。第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側は、配線パターンによって、第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側に接続されるとともに、第３磁気抵抗素子Ｅ３と第４磁気抵抗素子Ｅ４との中点電位Ｖｏｕｔ２を検出するための電極パッドＳ２に電気的に接続されている。
第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側は、配線パターンによって、第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側に接続されるとともに、上記電極パッドＳ２に電気的に接続されている。第４磁気抵抗素子Ｅ４の他端側は、配線パターンによって上記電極パッドＧに電気的に接続されている。
電極パッドＶｄｄと電極パッドＧとの間に電圧を印加すると、電極パッドＳ１および電極パッドＳ２からは、磁界強度に応じて中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２が取り出される。
ここで、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗をＲ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗をＲ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗をＲ３、第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗をＲ４とした場合には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、以下の式（１）および（２）によって表される。なお、上記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の値は、磁気センサ素子１に印加される引張応力によって変動する。
中点電位Ｖｏｕｔ１＝Ｖｄｄ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（式１）
中点電位Ｖｏｕｔ２＝Ｖｄｄ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）・・・（式２）
磁気センサ素子１が感磁方向に引張された場合においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の各磁気抵抗素子には、図５に示すように、バイアス磁場の方向と平行な方向に応力Ｂｓｔｒｅｓｓが作用する。これにより、磁性体の磁化Ｍの向きは、バイアス磁場Ｂｂｉａｓと平行な方向からバイアス磁場Ｂｂｉａｓおよび応力Ｂｓｔｒｅｓｓを合成した方向に移動する。この結果、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の各磁気抵抗素子の抵抗も変化することとなる。
図６は、実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。なお、図６においては、引張前における磁気センサ素子に作用する力を破線で示し、引張後における磁気センサ素子に作用する力を実線で示すとともに、引張前後における各磁気抵抗素子の抵抗を数値（相対比率）で表している。
図６に示すように、磁気センサ素子１が感磁方向に引張される前においては、上記初期応力によって感磁方向と平行な方向（短手方向）における応力分布は、短手方向の中央部が大きくなるような凸形状となる。この場合においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２、ならびに、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、短手方向の中央部から短手方向に沿って等距離に位置している。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、ほぼ等しい状態となっている。この場合において、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４を３とする。
一方、磁気センサ素子１が初期状態から感磁方向に引張された後、すなわち、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合には、各磁気抵抗素子において応力Ｂｓｔｒｅｓｓが作用する。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、磁気センサ素子１が感磁方向に引張される前から変化する。
具体的には、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２は、３から２に変化する。第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４は、３から４に変化する。
一方で、磁気センサ素子１が感磁方向に引張された場合には、当該感磁方向と平行における磁気センサ素子１の中央部が、感磁方向と直交する方向に圧縮される。このため、磁気抵抗素子部を磁気センサ素子１の中央部に配置した場合には、上述のように、逆磁歪効果により発現する磁性膜１３の応力誘起異方性の方向がバイアス磁場の方向と平行となる。これにより、応力誘起異方性に起因する第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗の変動を抑制できる。
図７は、実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図７に示すように、磁気センサ素子１が感磁方向に引張される前においては、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が同じ値であり、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．５となる。この結果、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。
図８は、実施の形態１に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図８に示すように、磁気センサ素子１が感磁方向に引張された後においても、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が同じ値であり、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．５となる。この結果、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。
この結果、実施の形態１に係る磁気センサにおいては、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆが、引張前後において変化することを抑制することができる。
以上のように実施の形態１に係る磁気センサ１００にあっては、所定の感磁方向を有するように基板上に設けられ、感磁方向と直交する方向にバイアス磁場が印加される磁気抵抗素子と、を備え、磁気抵抗素子は、負の磁歪定数を有する磁性膜を含み、基板に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合に、バイアス磁場の方向と平行な方向に磁性膜の応力誘起異方性が発現する。
この結果、上述のように、応力誘起異方性に起因する第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗の変動を抑制できる。これにより、当該磁気センサ１００は、応力変動に対する信頼性を向上させることができる。
特に、上述のように、磁気抵抗素子部としての積層体１１が、行列状に配置された第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含み、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４によってフルブリッジ回路が構成されている場合には、Ｖｏｆｆが、引張前後において変化することを好的に抑制することができる。
加えて、磁気センサ１００にあっては、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第１ハーフブリッジ回路を構成し、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第２ハーフブリッジ回路を構成し、上記第１ハーフブリッジ回路および上記第２ハーフブリッジ回路によって上記フルブリッジ回路が構成され、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子間を接続する接続部から第１磁気抵抗素子Ｅ１と第２磁気抵抗素子Ｅ２との中点電位を検出し、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４間を接続する接続部から第３磁気抵抗素子Ｅ３と第４磁気抵抗素子Ｅ４との中点電位を検出する。
これにより、上述のように、引張前後において、中点電位Ｖｏｕｔ１の変動を抑制できるとともに、中点電位Ｖｏｕｔ２の変動も抑制することができる。
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係る磁気抵抗素子を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気センサ素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。図９を参照して、実施の形態２に係る磁気センサについて説明する。
図９に示すように、実施の形態２に係る磁気センサは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と比較した場合に、磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子の配置パターンが主として相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
磁気センサ素子１Ａは、行列状に配置された第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含む。第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、２行２列に配置され、フルブリッジ回路を構成する。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第３磁気抵抗素子Ｅ３は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２は、バイアス磁場の方向と直交する方向に沿って行状に並んで配置されている。第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と直交する方向に沿って行状に並んで配置されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２は、第１ハーフブリッジ回路を構成する。第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、第２ハーフブリッジ回路を構成する。上記第１ハーフブリッジ回路および上記第２ハーフブリッジ回路によってフルブリッジ回路が構成される。
電極パッドＶｄｄと電極パッドＧとの間に電圧を印加すると、電極パッドＳ１および電極パッドＳ２からは、磁界強度に応じて中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２が取り出される。
この場合においても、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、実施の形態１同様に、上述の式（１）および式（２）によって表される。
図１０は、実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。なお、図１０においては、引張前における磁気センサ素子に作用する力を破線で示し、引張後における磁気センサ素子に作用する力を実線で示すとともに、引張前後における各磁気抵抗素子の抵抗を数値（相対比率）で表している。
図１０に示すように、磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張される前においては、初期応力によって感磁方向と平行な方向（短手方向）における応力分布は、短手方向の中央部が大きくなるような凸形状となる。この場合においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２、ならびに、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、短手方向の中央部から短手方向に沿って等距離に位置している。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、ほぼ等しい状態となっている。この場合において、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４を３とする。
一方、磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張された後、すなわち、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合には、各磁気抵抗素子において応力Ｂｓｔｒｅｓｓが作用する。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張される前から変化する。
具体的には、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１は、３から２に変化する。第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２は、３から４に変化する。第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３は、３から４に変化する。第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４は、３から２に変化する。
一方で、磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張された場合には、当該感磁方向と平行における磁気センサ素子１の中央部が、感磁方向と直交する方向に圧縮される。このため、磁気抵抗素子部を磁気センサ素子１Ａの中央部に配置した場合には、上述のように、逆磁歪効果により発現する磁性膜１３の応力誘起異方性の方向がバイアス磁場の方向と平行となる。これにより、応力誘起異方性に起因する第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗の変動を抑制できる。
図１１は、実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図１１に示すように、磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張される前においては、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が同じ値であり、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．５となる。中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。
図１２は、実施の形態２に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図１２に示すように、実施の形態２に係る磁気センサ素子１Ａが感磁方向に引張された後においては、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が異なる値となる。また、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４は、異なる値となる。このため、上記の式（１）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１は、引張前後で異なる値となる。同様に上記の式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ２は、引張前後で異なる値となる。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．６６７となる。
一方で、引張前後における第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１の変化と第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３の変化とはほぼ同じであり、引張前後における第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２の変化と第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４の変化とはほぼ同じである。このため、引張後における中点電位Ｖｏｕｔ１の値と中点電位Ｖｏｕｔ２の値とはほぼ同じである。これにより、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。この結果、実施の形態２に係る磁気センサにおいては、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆが、引張前後において変化することを抑制することができる。
実施の形態２に係る磁気センサにておいても、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合に、バイアス磁場の方向と平行な方向に磁性膜１３の応力誘起異方性が発現することにより、応力変動に対する信頼性を向上させることができる。
（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気抵抗素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。図１３を参照して、実施の形態３に係る磁気抵抗素子について説明する。
図１３に示すように、実施の形態３に係る磁気センサは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と比較した場合に、磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子の配置パターンが主として相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
磁気センサ素子１Ｂは、列状に配置された第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含む。第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って、第３磁気抵抗素子Ｅ３、第４磁気抵抗素子Ｅ４、第２磁気抵抗素子Ｅ２、および第１磁気抵抗素子Ｅ１の順に並んで配置され、この順で直列に電気的に接続されている。
第３磁気抵抗素子Ｅ３の一端側は、配線パターンによって電極パッドＶｄｄに電気的に接続されている。第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側は、配線パターンによって、第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ２に電気的に接続されている。
第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側は、配線パターンによって、第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側に接続されるとともに、電極パッドＳ２に電気的に接続されている。第４磁気抵抗素子Ｅ４の他端側は、配線パターンによって第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側に電気的に接続されている。
第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側は、配線パターンによって第４磁気抵抗素子Ｅ４の他端側に電気的に接続されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側は、配線パターンによって、第１磁気抵抗素子Ｅ１の一端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ１に電気的に接続されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１の一端側は、配線パターンによって第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ１に電気的に接続されている。第１磁気抵抗素子Ｅ１の他端側は、電極パッドＧに電気的に接続されている。
電極パッドＶｄｄと電極パッドＧとの間に電圧を印加すると、電極パッドＳ１および電極パッドＳ２からは、磁界強度に応じて中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２が取り出される。
この場合においても、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、実施の形態１同様に、上述の式（１）および式（２）によって表される。
図１４は、実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。なお、図１４においては、引張前における磁気抵抗素子に作用する力を破線で示し、引張後における磁気抵抗素子に作用する力を実線で示すとともに、引張前後における各磁気抵抗素子の抵抗を数値（相対比率）で表している。
図１４に示すように、磁気センサ素子１Ｂが感磁方向に引張される前においては、初期応力によって感磁方向と平行な方向（短手方向）における応力分布は、短手方向の中央部が大きくなるような凸形状となる。この場合においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２、ならびに、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、短手方向の中央部に位置している。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、ほぼ等しい状態となっている。この場合において、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４を５とする。
一方、磁気センサ素子１Ｂが感磁方向に引張された後、すなわち、すなわち、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合には、各磁気抵抗素子において応力Ｂｓｔｒｅｓｓが作用する。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、磁気センサ素子１が感磁方向に引張される前から変化する。
具体的には、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４は、５から４に変化する。
一方で、磁気センサ素子１Ｂが感磁方向に引張された場合には、当該感磁方向と平行における磁気センサ素子１Ｂの中央部が、感磁方向と直交する方向に圧縮される。このため、磁気抵抗素子部を磁気センサ素子１Ｂの中央部に配置した場合には、上述のように、逆磁歪効果により発現する磁性膜１３の応力誘起異方性の方向がバイアス磁場の方向と平行となる。これにより、応力誘起異方性に起因する第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗の変動を抑制できる。
図１５は、実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図１５に示すように、磁気センサ素子１Ｂが感磁方向に引張される前においては、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が同じ値であり、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．５となる。この結果、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。
図１６は、実施の形態３に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図１６に示すように、磁気センサ素子１Ｂが感磁方向に引張された後においても、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２が同じ値であり、第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．５となる。これにより、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。この結果、実施の形態３に係る磁気センサにおいては、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆが、引張前後において変化することを抑制することができる。
実施の形態３に係る磁気センサにておいても、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合に、バイアス磁場の方向と平行な方向に磁性膜１３の応力誘起異方性が発現することにより、応力変動に対する信頼性を向上させることができる。
加えて、実施の形態３に係る磁気センサにおいては、磁気抵抗素子部としの積層体１１は、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含み、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って、第３磁気抵抗素子Ｅ３、第４磁気抵抗素子Ｅ４、第２磁気抵抗素子Ｅ２および第１磁気抵抗素子Ｅ１の順に列状に並んで配置されるとともに、直列に電気的に接続され、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第２磁気抵抗素子Ｅ２間を接続する接続部から第１磁気抵抗素子Ｅ１と第２磁気抵抗素子Ｅ２との中点電位を検出し、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４間を接続する接続部から第３磁気抵抗素子Ｅ３と第４磁気抵抗素子Ｅ４との中点電位を検出する。
これにより、上述のように、引張前後において、中点電位Ｖｏｕｔ１の変動を抑制できるとともに、中点電位Ｖｏｕｔ２の変動も抑制することができる。
（比較例）
図１７は、比較例に係る磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子のパターン、ならびに、磁気センサ素子が引張された場合における各磁気抵抗素子に作用する力および各磁気抵抗素子の磁化方向等を示す概略図である。
図１７に示すように、比較例に係る磁気センサは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と比較した場合に、磁気抵抗素子部を構成する複数の磁気抵抗素子の配置パターンが主として相違するとともに、磁性膜１３が正の磁歪定数を有する点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
磁気センサ素子１Ｘは、行方向に並んで配置された第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４を含む。第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３、および第４磁気抵抗素子Ｅ４は、バイアス磁場の方向と直交する感磁方向に沿って、第３磁気抵抗素子Ｅ３、第４磁気抵抗素子Ｅ４、第２磁気抵抗素子Ｅ２および第１磁気抵抗素子Ｅ１の順に並んで配置されている。
第３磁気抵抗素子Ｅ３の一端側は、配線パターンによって電極パッドＶｄｄに電気的に接続されている。第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側は、配線パターンによって、第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ２に電気的に接続されている。
第４磁気抵抗素子Ｅ４の一端側は、配線パターンによって、第３磁気抵抗素子Ｅ３の他端側に接続されるとともに、電極パッドＳ２に電気的に接続されている。第４磁気抵抗素子Ｅ４の他端側は、配線パターンによって第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＧに電気的に接続されている。
第２磁気抵抗素子Ｅ２の一端側は、配線パターンによって第４磁気抵抗素子Ｅ４の他端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＧに電気的に接続されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側は、配線パターンによって、第１磁気抵抗素子Ｅ１の一端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ１に電気的に接続されている。
第１磁気抵抗素子Ｅ１の一端側は、配線パターンによって第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側に電気的に接続されるとともに、電極パッドＳ１に電気的に接続されている。第２磁気抵抗素子Ｅ２の他端側は、電極パッドＶｄｄに電気的に接続されている。
電極パッドＶｄｄと電極パッドＧとの間に電圧を印加すると、電極パッドＳ１および電極パッドＳ２からは、磁界強度に応じて中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２が取り出される。
この場合においても、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、実施の形態１同様に、上述の式（１）および式（２）によって表される。
図１８は、比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された場合における複数の磁気抵抗素子の抵抗の変化を示す図である。なお、図１８においては、引張前における磁気抵抗素子に作用する力を破線で示し、引張後における磁気抵抗素子に作用する力を実線で示すとともに、引張前後における各磁気抵抗素子の抵抗を数値（相対比率）で表している。
図１８に示すように、磁気センサ素子１Ｘが感磁方向に引張される前においては、初期応力によって感磁方向と平行な方向（短手方向）における応力分布は、短手方向の中央部が大きくなるような凸形状となる。この場合においては、第２磁気抵抗素子Ｅ２および第４磁気抵抗素子Ｅ４が短手方向の中央部の近傍に位置し、次いで、第１磁気抵抗素子Ｅ１および第３磁気抵抗素子Ｅ３が短手方向の中央部から離れて位置する。
このため、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２と第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４とは、ほぼ等しい状態となっている。また、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１と第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３とは、ほぼ等しい状態となっている。この場合において、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４を４とし、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３を２とする。
一方、磁気センサ素子１が感磁方向に引張された後、すなわち、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合には、各磁気抵抗素子において応力Ｂｓｔｒｅｓｓが作用するとともに、感磁方向と平行な方向に磁性膜１３の応力誘起異方性が発現する。これにより、第１磁気抵抗素子Ｅ１、第２磁気抵抗素子Ｅ２、第３磁気抵抗素子Ｅ３および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗は、磁気センサ素子１が感磁方向に引張される前から大きく変化する。
具体的には、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１は、３から２に変化する。第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２は、４から５に変化する。第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３は、２から１に変化する。第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４は、４から３に変化する。
図１９は、比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張される前において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図１９に示すように、磁気センサ素子１Ｘが引張される前においては、上記のように、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１および第３磁気抵抗素子Ｅ３の抵抗Ｒ３が同じ値であり、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２および第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４が同じ値である。このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに同じ値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．６６７となる。この結果、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、０となる。
図２０は、比較例に係る磁気センサ素子が感磁方向に引張された後において第１磁気抵抗素子から第４磁気抵抗素子の各磁気抵抗素子に作用する力、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との中点電位、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との中点電位、およびこれら２つの中点電位の差を示す図である。
図２０に示すように、磁気センサ素子１Ｘが感磁方向に引張された後においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１の抵抗Ｒ１と第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４とが同じ値であるが、第２磁気抵抗素子Ｅ２の抵抗Ｒ２の値と第４磁気抵抗素子Ｅ４の抵抗Ｒ４との値が異なっている。
このため、上記の式（１）および式（２）から算出される中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２は、互いに異なる値となっている。具体的には、中点電位Ｖｏｕｔ１は、０．６２５となり、中点電位Ｖｏｕｔ２は、０．７５となる。これにより、中点電位Ｖｏｕｔ１と中点電位Ｖｏｕｔ２と差であるＶｏｆｆは、−０．１２５となる。
このように、比較例に係る磁気センサにおいては、感磁方向と平行な方向に磁性膜１３の応力誘起異方性が発現することにより、引張前後で中点電位Ｖｏｕｔ１および中点電位Ｖｏｕｔ２が変動するだけでなく、Ｖｏｆｆも変動してしまう。これにより、比較例に係る磁気センサにあっては、応力変動に対する信頼性が低下してしまう。
（変形例）
図２１は、変形例に係る磁気センサ素子が感磁方向に圧縮された場合に作用する力を示す図である。図２１を参照して変形例に係る磁気センサについて説明する。
図２１に示すように、変形例に係る磁気センサは、実施の形態１に係る磁気センサ１００と比較した場合に、磁気センサ素子１の磁性膜１３が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
変形例においては、磁性膜１３が正の磁歪定数を有する。磁性膜１３は、磁歪定数λが−１ｐｐｍ＜λ＜０ｐｐｍとなるように形成されている。変形例においては、基板１０に対して感磁方向と平行な方向に圧縮応力を作用させた場合に、バイアス磁場の方向と平行な方向に磁性膜の応力誘起異方性が発現する。
このように構成される場合であっても、変形例に係る磁気センサは、実施の形態１に係る磁気センサとほぼ同様の効果が得られる。
なお、変形例においては、磁気抵抗素子部としての積層体における複数の磁気抵抗素子のパターンが実施の形態１と同様のパターンである場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態２または実施の形態３と同様のパターンであってもよい。
（その他の変形例）
実施の形態１から３および変形例においては、第１磁気抵抗素子Ｅ１から第４磁気抵抗素子Ｅ４が直線状の形状を有する場合を例示して説明したが、これに限定されず、長い短冊状パターンと、短い短冊状パターンとを交互に直交させて接続することで形成されるミアンダ形状を有していてもよい。
実施の形態１から３および変形例においては、磁気センサ素子１内に４つの抵抗領域からなるホイーストンブリッジ回路が１つ形成される場合を例示して説明したが、これに限定されない。たとえば、磁気センサ１内においてブリッジ回路を構成せず、１つの抵抗のみで磁気抵抗素子部が形成されていてもよいし、１つの磁気センサ素子１内に複数のブリッジ回路が形成されていてもよい。
（実施の形態４）
（電流センサ）
図２２は、実施の形態４に係る電流センサの斜視図である。図２３は、実施の形態４に係る電流センサの平面図である。図２４は、実施の形態４に係る電流センサの正面図である。
図２２から図２４に示すように、電流センサ２００は、支持基板１５０、２つの磁気センサ１００を備える。電流センサ２００は、磁気センサ１００による磁気検出のもとに被検出体に流れる電流を検出する。
２つの磁気センサ１００は、実施の形態１に係る磁気センサ１００とほぼ同様の構成を有する。
支持基板１５０は、たとえば、集積チップにより構成される。支持基板１５０には、２つの磁気センサ１００が搭載されている。支持基板１５０には、２つの磁気センサ１００の各々から出力される信号に対して所定の信号処理（差動増幅等）を施す回路（図示略）が設けられている。
電流センサ２００は、図２４中左右方向における一端側がバスバー２１０の上方に位置し、図２４中左右方向における他端側がバスバー２２０の下方に位置するように配置されている。電流センサ２００は、図２４中に示す二点鎖線にて示される、バスバー２１０とバスバー２２０との間に形成される段差空間Ｓに配置されている。
バスバー２１０，２２０には、測定対象の電流が流れる。バスバー２１０およびバスバー２２０は、その法線方向から見た場合に並設されている。バスバー２１０およびバスバー２２０は、上下方向にずれた配置されている。バスバー２１０，２２０は、たとえば、車載バッテリに接続された電源供給用の棒状導体が分岐されることにより構成されている。
電流センサ２００は、バスバー２１０，２２０から付与される磁気（磁界）を２つの磁気センサ１００によって検出する。この場合において、磁石（不図示）から磁気抵抗素子に印加されるバイアス磁界の方向は、図２４中の前後方向となる。電流センサ２００の磁気検出方向（感磁方向）は、図２４中の左右方向となる。
バスバー２１０が支持基板１５０の裏面側に位置し、バスバー２２０が支持基板１５０の表面側に位置することにより、バスバー２１０，２２０に、図２３に示す矢印方向に電流が流れると、支持基板１５０の表面に平行な方向（図２４中左右方向）で、且つ、互いに異なる（相反する）方向の磁気ベクトルが、２つの磁気センサ１００に対して付与される（図２４中の一点鎖線矢印を参照）。
２つの磁気センサ１００によって、磁気ベクトルを各々電圧値（ホール電圧）として検出することにより、これら各検出される磁気ベクトル（電圧値）の差動増幅値に基づいて、バスバー２１０およびバスバー２２０に流れる電流を検出（差動検出）することができる。
このように磁気ベクトルの差分値をとる（減算する）ことで、外乱（外乱磁界）の影響が相殺（キャンセル）、除去され、上記被検出体（バスバー）に電流が流れることに起因した磁気（磁界）に対応する信号成分のみが抽出、検出される。
実施の形態４に電流センサ２００にあっては、実施の形態１に係る２つの磁気センサ１００を備えることにより、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
なお、実施の形態４においては、電流センサ２００が、実施の形態１に係る磁気センサ１００を備える場合を例示して説明したが、これに限定されない。電流センサ２００は、実施の形態２，３、変形例、およびその他の変形例におけるいずれかの磁気センサを備えていればよい。
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
１，１Ａ，１Ｘ 磁気センサ素子、２ リードフレーム、３ 接合部材、４ ボンディングワイヤ、５ モールド部材、１０ 基板、１１ 積層体、１２ 下地膜、１３ 磁性膜、１４ 保護膜、１５ 電極部、１６ 保護層、１６ａ コンタクトホール、１００ 磁気センサ、１５０ 支持基板、２００ 電流センサ、２１０，２２０ バスバー、Ｅ１ 第１磁気抵抗素子、Ｅ２ 第２磁気抵抗素子、Ｅ３ 第３磁気抵抗素子、Ｅ４ 第４磁気抵抗素子。

Claims (7)

  1. 基板と、
    所定の感磁方向を有するように前記基板上に設けられ、前記感磁方向と直交する方向にバイアス磁場が印加される磁気抵抗素子部と、を備え、
    前記磁気抵抗素子部は、負の磁歪定数を有する磁性膜を含み、
    前記基板に対して前記感磁方向と平行な方向に引張応力を作用させた場合に、前記バイアス磁場の方向と平行な方向に前記磁性膜の応力誘起異方性が発現する、磁気センサ。
  2. 基板と、
    所定の感磁方向を有するように前記基板上に設けられ、前記感磁方向と直交する方向にバイアス磁場が印加される磁気抵抗素子部と、を備え、
    前記磁気抵抗素子部は、正の磁歪定数を有する磁性膜を含み、
    前記基板に対して前記感磁方向と平行な方向に圧縮応力を作用させた場合に、前記バイアス磁場の方向と平行な方向に前記磁性膜の応力誘起異方性が発現する、磁気センサ。
  3. 前記基板は、長手方向を有する長手形状を有し、
    前記感磁方向は、前記長手方向と平行である、請求項１または２に記載の磁気センサ。
  4. 前記磁気抵抗素子部は、第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子、および第４磁気抵抗素子を含み、
    前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子は、前記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って、前記第３磁気抵抗素子、前記第４磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子および前記第１磁気抵抗素子の順に列状に並んで配置されるとともに、直列に電気的に接続され、
    前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子間を接続する接続部から前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子との中点電位を検出し、
    前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子間を接続する接続部から前記第３磁気抵抗素子と前記第４磁気抵抗素子との中点電位を検出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  5. 前記磁気抵抗素子部は、行列状に配置された第１磁気抵抗素子、第２磁気抵抗素子、第３磁気抵抗素子、および第４磁気抵抗素子を含み、
    前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子によってフルブリッジ回路が構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  6. 前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子は、前記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第１ハーフブリッジ回路を構成し、
    前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子は、前記バイアス磁場の方向と平行な方向に沿って列状に並んで配置されるとともに、第２ハーフブリッジ回路を構成し、
    前記第１ハーフブリッジ回路および前記第２ハーフブリッジ回路によって前記フルブリッジ回路が構成され、
    前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子間を接続する接続部から前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子との中点電位を検出し、
    前記第３磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子間を接続する接続部から前記第３磁気抵抗素子と前記第４磁気抵抗素子との中点電位を検出する、請求項５に記載の磁気センサ。
  7. 測定対象の電流が流れるバスバーと、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気センサと、を備える電流センサ。
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