JPH054038U - 電流検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １チップの素子で電流検出が行える電流検出
素子を提供する。 【構成】 被検出電流が流される薄膜状の電流経路２２
に絶縁薄膜２８を被覆し、この絶縁薄膜２８上に感磁部
３０が設置されている。ここで、感磁部３０には、強磁
性薄膜磁気抵抗素子による磁気抵抗素子パターン３１及
び３２及び３３及び３４が印刷されている。電流経路２
２に被検出電流が流されると矢印Ｈに示されるような方
向に磁界が発生し、磁気抵抗素子パターン３２と３３の
電気抵抗が変化する。そこで、これを検出することによ
って電流経路２２に流れている被検出電流の電流量を検
出することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、強磁性薄膜磁気抵抗素子を用いて電流の検出を行う電流検出装置の 電流検出素子の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

磁気抵抗素子は、外部磁界の強弱によって磁気抵抗素子内の内部抵抗が変化す る現象を利用したもので、ホール素子と同様磁電変換素子の一種である。しかし ながら、ホール素子に比べて扱い易く、アレイなどの復号化が容易となっている ため、補助部材を併用させることで、磁極の判別能力をもたせるなどして、広い 分野で実用化され、いずれも幅広く使われている。

【０００３】 このような磁気抵抗素子には、半導体磁気抵抗素子と強磁性薄膜磁気抵抗素子 とがあり、半導体磁気抵抗素子は正の磁気特性を有しており、一方強磁性薄膜磁 気抵抗素子は負の磁気特性を有している。すなわち、半導体磁気抵抗素子は磁界 を加えると素子の内部抵抗は増加するのに対し、強磁性薄膜磁気抵抗素子におい ては磁界をかけると素子の内部抵抗が減少する。

【０００４】 ここで、半導体磁気抵抗素子に用いられる代表的な素材としてはインジウムア ンチモン（ＩｎＳｂ）やインジウム砒素（ＩｎＡｓ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ ）などがあり、強磁性薄膜磁気抵抗素子に用いられる代表的な素材としてはパー マロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）やニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）などがある。

【０００５】 ところで、このような磁気抵抗素子は、外部の磁界の変化に対して比較的忠実 に素子の内部抵抗が変化するために、電流を検出するための電流検出器にも用い られている。すなわち、電流が導体中を流れるとその電流の方向と垂直方向に磁 界が発生し、しかもこの磁界の強度は流れた電流の量に比例するので、電流が流 れることによって生じた磁界の強さを磁気抵抗素子の電気抵抗値として検出する ことによって、導体に通じられた電流の量を検出することが可能となる。

【０００６】 ここで、このような原理に基づいて構成された従来の電流検出素子の構成が図 ５に示されている。

【０００７】 この従来装置は、端子１１ａ及び１１ｂと、コイル部１３と、コア１５と、磁 気抵抗素子部１７とから構成され、さらには、コイル部１３においては導線によ ってコイルが形成されており全体で電磁石が構成されていて、このコイルの両端 は端子１１ａ及び端子１１ｂにそれぞれ接続されている。そして、このコア１５ の開口部、すなわち電磁石の開口部に、磁気抵抗素子１８が設けられた磁気抵抗 素子部１７が設置されている。

【０００８】 このようにして構成された従来装置においては、前記磁気抵抗素子部１７に設 置されている磁気抵抗素子１８の電気抵抗を検出することによって、端子１１ａ から端子１１ｂに流された被検出電流の量を検出することができるようになって いる。すなわち、端子１１ａから１１ｂに流される電流は、コイル部１３とコア １５からなる電磁石によって磁気に変換され、磁気抵抗素子部１７の磁気抵抗素 子１８の電気抵抗を変化させる。そして、前述のとうり、磁気抵抗素子１８の電 気抵抗の大きさは外部の磁界の強度に反比例して変化するため、磁気抵抗素子部 １７の電気抵抗の大きさを検出することによって、端子１１ａから１１ｂに流さ れた被検出電流の量が検出できることになる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、以上のように、従来の電流検出素子を使用して電流検出装置を 構成していた場合においては、被検出電流によって発生する磁界を強めるための コイルやコアを用いる必要があったため、 (1)コイル部１５において、数１００ターンもの巻線をしてコイルを作る必要が あり、このためコイル，コア及び磁気抵抗素子が主たる検出部を構成してしまい 、装置全体が大型化してしまうとともに高周波特性が劣化する。

【００１０】 (2)コイル，コア及び磁気抵抗素子それぞれの位置精度及び加工精度及び固定方 法が重要であるため、加工性及び価格の点で難があることに加え、製造後におい ても振動や衝撃に弱い。

【００１１】 (3)コアとして使用できる素材が限られている、すなわち電流が止められた後に 残留磁気が残らないような特性を有する材料を選ばなければならない。

【００１２】 などの問題があった。

【００１３】 本考案は以上の課題を鑑みてなされたものであり、コイルやコアを用いる構成 を排除することができる、より実用的な電流検出素子を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

以上のような課題を解決するために、本考案に係る電流検出素子においては、 被測定電流が流される薄膜状の電流経路と、薄膜状に形成された強磁性薄膜磁気 抵抗素子と、該素子と前記電流経路を電気的に絶縁する絶縁薄膜と、これらを多 層に支持する基板とから構成することを特徴とする。

【００１５】

【作用】

以上のような構成を有する本考案の電流検出装置においては、検出端子に被検 出電流が流されると薄膜状の電流経路の周囲に磁界が発生し、この薄膜状の電流 経路の周囲に発生する磁界によって、絶縁薄膜を介して多層となっている強磁性 薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗が変化する。

【００１６】 この時、前記薄膜状の電流経路を流れる電流の量に追従した強さの磁界が前記 薄膜状の電流経路の周囲に発生し、また、前記薄膜状の電流経路の周囲に発生す る磁界の強度に反比例して、前記強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗の大きさが 変化するので、前記強磁性薄膜磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を検出することに よって被検出電流の電流の量を検出することが可能となる。

【００１７】

【実施例】

以下図面に基づいて本考案の好適な一実施例について説明する。

【００１８】 図１は、本考案の一実施例に係る電流検出素子の構成を示した図である。なお 、図１ａは強磁性薄膜磁気抵抗素子の配置と端子と電流経路の配置を説明する図 であり、図１ｂは図１ａのＡ−Ａ線の断面図である。

【００１９】 この電流検出素子においては、素子を構成する基板２１上に電流経路２２が、 蒸着やスパッタリング等の手段で形成されている。そして、この電流経路２２の 両端は、被検出電流が導かれる端子２４及び端子２６となっており、さらに、電 流経路２２上には、エポキシやＳｉＯ₂ などからなる絶縁薄膜２８が積層されて 設置されている。そしてさらに、絶縁薄膜２８上には、強磁性薄膜磁気抵抗素子 パターンが焼付けられることによって、感磁部３０が作成されている。ここで、 この感磁部３０は、磁気抵抗素子パターン３１，３２，３３及び３４と、端子３ ６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ及び３６Ｄとから構成されている。

【００２０】 次に、図２を基にして本実施例の動作について説明していく。

【００２１】 まず、電流経路２２に電流が流されると、図２ｂから明らかなように、電流経 路２２の周囲に右ネジの法則による磁界が発生する。このとき、例えば図２ａに 示されるように端子２４から端子２６に向って電流が流れた場合には、図中の矢 印Ｈに示されるような方向に磁界が発生し、これにより磁気抵抗素子パターン３ ２と３３とが抵抗変化する。なお、磁気抵抗素子パターン３１と３４は、磁気抵 抗素子パターン３２及び３３と配置の方向が異なるため、ほとんど電気抵抗に変 化は生じないが、万全を期して、例えば磁界の方向に対して４５度となるような 方向に配置するなどの、磁界の影響を全く受けないような構成にすることも可能 である。

【００２２】 次に、図３は本実施例の回路構成を示したブロック図である。この図において 、端子３６Ａに＋Ｅ，端子３６Ｃに０Ｖを印加していると、電流経路２２に流さ れる被検出電流Ｉによる磁界によって、磁気抵抗素子パターン３２及び３３の電 気抵抗が低くなるため、端子３６Ｂ〜端子３６Ｄ間の電位差がΔＶだけ変化する 。そして、このΔＶの大きさは、被検出電流Ｉが小さい間（約１Ａ程度まで）に おいては、被検出電流Ｉの電流量に比例するので、前記端子３Ｂ〜端子３Ｄ間の 電位差ΔＶの変化を検出することによって、電流経路２２に流れる被検出電流の 量が検出できることになる。

【００２３】 ここで図４は、本考案に係る電流検出素子の別の実施例の構成を示す断面図で ある。この実施例においては、図１ｂに示される実施例と比較して、電流経路２ ２と感磁部３０の位置が逆転しており、感磁部３０が絶縁薄膜２８に覆われてい る。従って、絶縁薄膜２８上に設置された電流経路２２に流される被検出電流の 量が、絶縁被膜２８に覆われた感磁部３０の電気抵抗の変化として検出されるこ とになる。そして、このように構成しても、図１ｂに示される実施例と同様の効 果を得ることが可能である。

【００２４】 以上のようにして構成された本実施例の電流検出素子においては、絶縁薄膜２ ８は、絶縁耐力によってその厚さがコントロールされるが、通常は１μｍ以下に とることができるので、電流経路２２と感磁部３０との距離は１μｍ程度と極め て近接した範囲に構成できるようになっている。

【００２５】 なお、強磁性薄膜磁気抵抗素子は、従来と同様にニッケルコバルトやパーマロ イを用いることができ、電流経路２２には、銅やアルミニウムや金などの導電性 物質を用いた薄膜層として形成することができる。しかしながらいずれにしても 、それらと同様の性質を有する素材であれば、いずれのものを用いることも可能 である。

【００２６】 電流経路２２の端子と磁気抵抗素子の端を直接または並列に接続して同一の電 流を流すことができる。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案に係る電流検出素子においては、磁界を発生する 電流経路が、強磁性薄膜磁気抵抗素子と同一チップ上に形成されているので、電 流検出装置の構成にあたって外部に磁界を印加するための大掛りな磁気回路、す なわちコイルやコアを設置することが不要となり、小型で安価な電流検出が行え る電流検出装置を提供することができるようになる。

【００２８】 さらには、電流経路を磁気抵抗素子の回路の一部とすると、電力検出もできる ようになる。

【００２９】 また、電流経路及び絶縁薄膜などがいずれも薄膜で構成されると共に積層構造 をとっているために、出来上った製品は小型でかつコンパクトであり、これが用 いられる装置内のいずれの場所においても容易に設置することが可能となってい る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例に係る電流検出素子の構成図
で、図１ａはパターン面を、図１ｂはその断面図を表し
た図である。

【図２】本実施例の動作を説明する動作説明図である。

【図３】本実施例の回路を示すブロック回路図である。

【図４】本考案の他の実施例の構成を示した断面図であ
る。

【図５】従来の電流検出素子を用いた電流検出装置の構
成を示した図である。

【符号の説明】

２２ 電流経路 ２４，２６ 検出端子 ２８ 絶縁薄膜 ３０ 感磁部 ３１，３２，３３，３４ 磁気抵抗素子パターン

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】被測定電流が流される薄膜状の電流経路
   と、薄膜状に形成された強磁性薄膜磁気抵抗素子と、該
   素子と前記電流経路を電気的に絶縁する絶縁薄膜と、こ
   れらを多層に支持する基板とから構成することを特徴と
   する電流検出素子。