JPH05291647A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】基板１上に感磁部としての強磁性磁気抵抗膜パ
ターン２，３をミアンダライン状に形成し、その上部に
絶縁層を介して導体膜パターン３８，４８を平面コイル
状に形成する。端子３７，４７から導体膜パターン３
８，４８に被検出電流を通電することにより、その下層
の強磁性磁気抵抗膜パターン２，３は磁界を受ける。 【効果】導体膜パターン３８，４８の巻回分に応じて被
検出電流に対する発生磁界強度が増大し、またミアンダ
ライン状の強磁性磁気抵抗膜パターン２，３は導体膜パ
ターンによる発生磁界を効率よく受ける。これにより高
感度，高確度の電流センサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被検出電流の通電によ
り生じる磁界を強磁性磁気抵抗膜により検出する電流セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】強磁性磁気抵抗膜を用いた従来の電流セ
ンサの構造を図１３に示す。図１３において５０は絶縁
性ガラス基板であり、この基板５０の上にＮｉ２５％Ｃ
ｏ合金を磁場中蒸着法により膜厚４００Å成膜し、次い
でフォトリソグラフィにより磁気容易軸を長手方向とし
て線幅１０μｍ長さ３００μｍの短冊状パターンの強磁
性磁気抵抗膜５１を形成する。この強磁性磁気抵抗膜５
１の上部で基板のほぼ全面にＳｉＯ₂ 膜５２を高周波ス
パッタリング法により１μｍ成膜する。さらに、ＳｉＯ
₂ 膜５２の上部に強磁性磁気抵抗膜５１と同一形状でＴ
ｉ膜を下地としてＡｕ／Ｔｉ膜５３をリフトオフ蒸着法
によりそれぞれ３０００Å／５００Å形成する。このよ
うな構成であるため、導体５３に被検出電流を通電すれ
ば、強磁性磁気抵抗膜５１の磁気容易軸に対し直角方向
に磁界が生じる。したがって導体５３に流れる被検出電
流量に応じて強磁性磁気抵抗膜５１の抵抗値が変化す
る。この強磁性磁気抵抗膜５１の抵抗値変化を電圧変化
または電流変化として出力する回路を接続することによ
って電流検出を行うことができる。被検出電流に対する
出力の変化例を図１４に示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
従来の強磁性磁気抵抗膜を用いた電流センサにおいて
は、強磁性磁気抵抗膜と導体とをそれぞれ一本ずつ絶縁
膜を介して基板上に積層しただけであるため、強磁性磁
気抵抗膜に印加される磁界は、導体からの距離と導体を
流れる被検出電流により決定され、充分な電流検出感度
を得ることができなかった。またこのような従来の電流
センサでは、被検出電流を通電する導体および強磁性磁
気抵抗膜の抵抗値が低いため、この電流センサに接続す
べき電流検出回路の設計上の自由度が低いという問題も
あった。

【０００４】この発明の目的は、被検出電流の通電によ
る発生磁界を高めるとともに、強磁性磁気抵抗膜による
磁気抵抗効果を高め、さらに接続すべき電流検出回路の
設計上の自由度を高めることによって、高感度、高確度
の電流センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の電流センサ
は、ミアンダライン状の強磁性磁気抵抗膜パターンと複
数巻回分の平面コイル状の導体膜パターンを絶縁層を介
して基板上に積層形成してなり、前記導体パターンの通
電により生じる磁界を前記強磁性磁気抵抗膜パターンの
抵抗値変化により検出する。

【０００６】

【作用】この発明の電流センサでは、被検出電流が流れ
る導体膜パターンは複数巻回分の平面コイル状に形成さ
れているため、この平面コイル状の導体膜パターンの近
傍には、その巻回分に応じた強度の磁界が発生する。一
方、強磁性磁気抵抗膜パターンはミアンダライン状に形
成されているため、導体膜パターンにより一定範囲に生
じる磁界を効率よく受ける。その結果、被検出電流の電
流変化に対する強磁性磁気抵抗膜パターンの抵抗値変化
は、平面コイル状導体膜パターンの巻回数およびミアン
ダライン状の折り返し回数に略比例して大きくなる。し
かも、導体膜パターンおよび強磁性磁気抵抗膜パターン
は、共に限られた微小面積内に細い線幅で実質上のパタ
ーン長を長くとることができるため、抵抗値を比較的高
くすることができ、接続すべき電流検出回路の設計上の
自由度を高めることができる。

【０００７】

【実施例】この発明の実施例である電流センサの構造を
図１〜図１１に示す。その内図２〜図８は製造途中の状
態を示す図であり、これらの図に基づき以下その作成手
順を示す。

【０００８】まず、図２において１は熱酸化シリコン基
板であり、その絶縁面上にＮｉ１９％Ｆｅ合金を磁場中
蒸着法により膜厚３００Å成膜し、次いでフォトリソグ
ラフィにより同図に示すように４つのミアンダライン状
の強磁性磁気抵抗膜パターン２，３，４，５を形成す
る。その内２，３は感磁部として作用し、４，５は後述
するブリッジ回路の対辺抵抗であるダミー抵抗として、
また後述するように温度補償抵抗として作用する。各強
磁性磁気抵抗膜パターンは、磁気容易軸を長手方向とし
て、線幅を３０μｍ、間隙を１０μｍとして、またパタ
ーン２，３の両端間の長さを５００μｍ、パターン４，
５の長さをそれぞれ１７５μｍとして形成する。

【０００９】次に、図３に示すように基板上にＣｏ１７
％Ｎｉ合金３０００Å、Ａｕ１０００Åからなる電極膜
を形成し、これをフォトリソグラフィにより図３に示す
ように電極６，７，８，９および補助電極１０，１１，
１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２
０，２１をそれぞれ形成する。その際、これらの電極膜
および補助電極膜は図２に示した強磁性磁気抵抗膜パタ
ーン２，３，４，５の磁気容易軸方向に着磁形成する。
（但し図面を明瞭化するため、図３では図２に示した強
磁性磁気抵抗膜パターン２，３，４，５を省略してい
る。）ここで補助電極１０〜２１は図２に示した強磁性
磁気抵抗膜パターン２，３，４，５の折り返し部分にお
ける磁気抵抗効果の影響を受けないようにするためと、
電極６，７，８，９にそれぞれミアンダライン状の強磁
性磁気抵抗膜パターンの端部を接続するための電極とし
て作用する。図８は図３におけるＡで示す部分の拡大図
である。なお、図３に示す電極６，７，８，９の端部６
ａ，７ａ，８ａ，９ａは後述するように電流検出回路を
接続するための端子となる。

【００１０】次に、図４に示すように、基板上に膜厚１
０μｍのポリイミド膜３０を絶縁層として形成する。こ
こで３１，３２，３３，３４は図３に示した端子６ａ，
７ａ，８ａ，９ａに対応するコンタクトホールである。

【００１１】その後、図５に示すように、絶縁膜上に下
層導体膜パターン３８を形成する。

【００１２】この下層導体膜パターン３８は、図に示す
ように３７を端子、３９をコンタクト部とする複数巻回
分の平面コイルとして作用する。

【００１３】続いて、図６に示すように、上面にさらに
膜厚５μｍのポリイミド膜４０を絶縁層として形成す
る。ここで４１，４２，４３，４４は図３に示した端子
６ａ，７ａ，８ａ，９ａのコンタクトホール、４５は図
５に示した端子３７のコンタクトホール、４６は図５に
示したコンタクト部３９に対応するスルーホールであ
る。

【００１４】さらに図７に示すように絶縁膜上に上層導
体膜パターン４８を形成する。この上層導体膜パターン
４８は４７を端子、４９をコンタクト部とする複数巻回
分の平面コイルとして作用する。コンタクト部４９は図
６に示したスルーホール４６を介して図５に示した下層
導体膜パターンのコンタクト部３９と導通する。これに
より３７，４７を端子とする二層の平面コイルを形成す
る。

【００１５】図９は以上のようにして構成した電流セン
サの導体膜パターンおよび感磁部の強磁性磁気抵抗膜パ
ターンを直交するラインにおける部分断面図である。こ
のように強磁性磁気抵抗膜パターン２，３の上部に絶縁
層３０を介して導体膜パターン３８，４８を形成してい
る。したがって導体膜パターン３８，４８に図に示す方
向に被検出電流が通電すれば、図中矢印で示す方向に磁
界が発生し、強磁性磁気抵抗膜パターン２，３はその磁
界の影響を受けることになる。

【００１６】図１は以上のようにして構成した電流セン
サの平面図である。ここで端子３７，４７間に被検出電
流を通電することによって、導体膜パターン３８，４８
は、その下層にある強磁性磁気抵抗膜パターン２，３に
対し磁界を与える。この導体膜パターン３８，４８の発
する磁界はダミー抵抗として作用する強磁性磁気抵抗膜
パターン４，５にはほとんど印加されない。

【００１７】図１０は図１に示した電流センサにおける
強磁性磁気抵抗膜パターンによる回路を簡略化した図、
図１１はこれを電気回路として示した図である。このよ
うに一方の対辺を感磁部としての強磁性磁気抵抗膜パタ
ーン２，３、他方の対辺をダミー抵抗としての強磁性磁
気抵抗膜パターン４，５とするブリッジ回路が構成され
る。したがって、たとえば端子６ａ−８ａ間に定電圧を
印加すれば、端子９ａ−７ａ間に強磁性磁気抵抗膜パタ
ーン２，３の抵抗値変化に応じた電圧が現れる。ここで
抵抗膜パターン２，３，４，５の抵抗値をそれぞれＲ
２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と表せば、導体膜パターンに通電
される被検出電流が０のとき、平衡状態すなわちＲ２・
Ｒ３＝Ｒ４・Ｒ５の関係とすれば、被検出電流が０のと
き端子９ａ−７ａ間の出力電圧は最低（ほぼ０）とな
り、被検出電流がいずれかの方向に通電されれば、出力
電圧が大きく上昇することになる。なお、強磁性磁気抵
抗膜パターン２，３と強磁性磁気抵抗膜パターン４，５
は同一材料であり、その抵抗温度係数が同一（約２５０
０ｐｐｍ／℃）であるため、強磁性磁気抵抗膜パターン
４，５は図１１に示したブリッジ回路を構成することに
よって、温度補償抵抗としても作用する。

【００１８】図１２は図１１に示したブリッジ回路によ
る被検出電流に対する出力電圧の変化を示す。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、被検出電流に対する
発生磁界が充分高まり、さらに強磁性磁気抵抗膜パター
ンの感磁効率も高まるため、高感度、高確度の電流セン
サが得られる。また、導体膜パターンおよび強磁性磁気
抵抗膜パターンの抵抗値を比較的高めることができ、電
流センサに接続すべき電流検出回路の設計上の自由度が
高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である電流センサの構造を示
す平面図である。

【図２】基板上に強磁性磁気抵抗膜パターンを形成した
状態を示す平面図である。

【図３】基板上の電極パターンの形状を示す平面図であ
る。

【図４】絶縁層のパターンを示す平面図である。

【図５】下層導体膜パターンを示す平面図である。

【図６】絶縁層のパターンを示す平面図である。

【図７】上層導体膜パターンを示す平面図である。

【図８】図３におけるＡ部分の拡大平面図である。

【図９】強磁性磁気抵抗膜パターンと導体膜パターンを
直交するラインにおける部分断面図である。

【図１０】電流センサにおける強磁性磁気抵抗膜パター
ンの簡略図である。

【図１１】電流センサにおける強磁性磁気抵抗膜パター
ン電気回路図である。

【図１２】実施例に係る電流センサの特性図である。

【図１３】従来の電流センサの構造を示す断面図であ
る。

【図１４】従来の電流センサの特性図である。

【符号の説明】

１−基板 ２，３−感磁部としての強磁性磁気抵抗膜パターン ４，５−ダミー抵抗としての強磁性磁気抵抗膜パターン ６，７，８，９−電極 ３０−絶縁層 ３８−下層導体膜パターン ４８−上層導体膜パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 卓二 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ミアンダライン状の強磁性磁気抵抗膜パタ
   ーンと複数巻回分の平面コイル状の導体膜パターンを絶
   縁層を介して基板上に積層形成してなり、前記導体パタ
   ーンの通電により生じる磁界を前記強磁性磁気抵抗膜パ
   ターンの抵抗値変化により検出する電流センサ。