JPWO2012172946A1

JPWO2012172946A1 - Current sensor

Info

Publication number: JPWO2012172946A1
Application number: JP2013520489A
Authority: JP
Inventors: 隆洋田岡; 竜矢小暮; 健司一戸; 井出　洋介; 洋介井出; 英明川▲崎▼
Original assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Current assignee: Alps Green Devices Co Ltd
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: WO2012172946A1; JP5853316B2

Abstract

ダイボンディング時の貼り付け誤差に起因して発生するバイアス磁界のオフセット成分をフリー磁性層に作用する誘導磁界から除去して、センサ出力の直線性の低下を抑制すること。本発明の電流センサ（１）は、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層を有し、同一センサチップ（２）上にハーフブリッジ回路を形成する一対の磁気抵抗効果素子（２１ａ、２１ｂ）と、フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層（２２）とを備え、ハードバイアス層（２２）は、一対の磁気抵抗効果素子（２１ａ、２１ｂ）の各フリー磁性層に対して互いに逆向きとなるようにバイアス磁界を作用させる。 The offset component of the bias magnetic field generated due to the sticking error at the time of die bonding is removed from the induced magnetic field acting on the free magnetic layer, thereby suppressing the decrease in linearity of the sensor output. The current sensor (1) of the present invention has a pair of magnetoresistive elements (21a, 21a, 21b) having a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field and forming a half bridge circuit on the same sensor chip (2). 21b) and a hard bias layer (22) for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer. The hard bias layer (22) is provided on each free magnetic layer of the pair of magnetoresistive elements (21a, 21b). On the other hand, a bias magnetic field is applied so as to be opposite to each other.

Description

本発明は、電流の大きさを測定する電流センサに関し、特に磁気抵抗効果素子を備えた電流センサに関する。 The present invention relates to a current sensor that measures the magnitude of a current, and more particularly, to a current sensor that includes a magnetoresistive effect element.

従来、電気自動車やソーラー電池などの分野では、被測定電流からの誘導磁界により出力信号を出力する磁気検出素子を備えた電流センサが用いられている。電流センサに使用される磁気検出素子としては、例えば、ＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子がある。 Conventionally, in fields such as electric vehicles and solar batteries, a current sensor including a magnetic detection element that outputs an output signal by an induced magnetic field from a current to be measured is used. Examples of the magnetic detection element used for the current sensor include a magnetoresistive effect element such as a GMR element.

ＧＭＲ素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層及びフリー磁性層を基本的な膜構成としている。固定磁性層は、反強磁性層上に積層されており、反強磁性層との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）により磁化方向が一方向に固定されている。フリー磁性層は、固定磁性層上に非磁性層（非磁性中間層）を介して積層され、外部磁界により磁化方向が変化する。ＧＭＲ素子を備えた電流センサにおいては、被測定電流からの誘導磁界（測定磁界）の印加によって変化するフリー磁性層の磁化方向と、固定層磁性の磁化方向との関係で変動するＧＭＲ素子の電気抵抗値により被測定電流の電流値を検出する。 A GMR element has an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a free magnetic layer as a basic film configuration. The pinned magnetic layer is laminated on the antiferromagnetic layer, and the magnetization direction is fixed in one direction by an exchange coupling magnetic field (Hex) generated between the pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer. The free magnetic layer is laminated on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic layer (nonmagnetic intermediate layer), and the magnetization direction is changed by an external magnetic field. In a current sensor provided with a GMR element, the electric current of the GMR element that varies depending on the relationship between the magnetization direction of the free magnetic layer and the magnetization direction of the fixed layer magnetism, which are changed by applying an induced magnetic field (measurement magnetic field) from the current to be measured. The current value of the current to be measured is detected by the resistance value.

ＧＭＲ素子を備えた電流センサとしては、ＧＭＲ素子の電気抵抗値と外部磁界の強さとの間の直線関係を高めるために、フリー磁性層にバイアス磁界を印加するハードバイアス層を設けた電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる電流センサにおいては、同一チップ上の各ＧＭＲ素子に対して誘導磁界の印加方向に対して直交方向にバイアス磁界が印加されており、フリー磁性層の磁化方向が同一方向に揃えられ、検出感度が向上されている。 As a current sensor provided with a GMR element, there is a current sensor provided with a hard bias layer for applying a bias magnetic field to a free magnetic layer in order to increase the linear relationship between the electric resistance value of the GMR element and the strength of an external magnetic field. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In such a current sensor, a bias magnetic field is applied to each GMR element on the same chip in a direction orthogonal to the direction in which the induced magnetic field is applied, and the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned in the same direction, thereby detecting sensitivity. Has been improved.

特開２００６−６６８２１号公報JP 2006-66821 A

ところで、センサチップをリードフレーム等にダイボンディングする場合、約±３度の範囲でセンサチップが傾いて貼り付けられる場合がある。この場合、バイアス磁界によるフリー磁性層の磁化方向が、誘導磁界の印加方向に対して斜めに交差する。このため、フリー磁性層に作用するバイアス磁界には誘導磁界の印加方向に平行な磁気成分が生じ、この磁気成分がフリー磁性層に作用する誘導磁界に対してオフセット成分として作用する。これにより、特許文献１に記載の電流センサでは、センサチップが傾いて貼り付けられると、センサ出力の直線性が悪化するという問題があった。 By the way, when the sensor chip is die-bonded to a lead frame or the like, the sensor chip may be inclined and attached within a range of about ± 3 degrees. In this case, the magnetization direction of the free magnetic layer by the bias magnetic field crosses obliquely with respect to the application direction of the induction magnetic field. For this reason, a magnetic component parallel to the direction in which the induced magnetic field is applied is generated in the bias magnetic field that acts on the free magnetic layer, and this magnetic component acts as an offset component on the induced magnetic field that acts on the free magnetic layer. As a result, the current sensor described in Patent Document 1 has a problem in that the linearity of the sensor output deteriorates when the sensor chip is attached while being tilted.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダイボンディング時の貼り付け誤差に起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制できる電流センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a current sensor that can suppress a decrease in linearity of a sensor output caused by a sticking error during die bonding.

本発明の電流センサは、ハーフブリッジ回路を形成するように同一センサチップ上に設けられており、それぞれ外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層を有する一対の磁気抵抗効果素子と、前記フリー磁性層に対してバイアス磁界を印加するハードバイアス層とを備え、前記ハードバイアス層は、前記一対の磁気抵抗効果素子の各フリー磁性層に対して互いに逆向きとなるようにバイアス磁界を作用させることを特徴とする。 The current sensor of the present invention is provided on the same sensor chip so as to form a half-bridge circuit, each of which includes a pair of magnetoresistive effect elements each having a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field, A hard bias layer that applies a bias magnetic field to the free magnetic layer, and the hard bias layer acts on the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements so as to be opposite to each other. It is characterized by making it.

この構成によれば、被測定電流からの誘導磁界の印加方向に対して感度軸方向が傾くように基板が配置されると、一方の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層では誘導磁界に対してバイアス磁界がプラス方向に作用し、他方の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層では誘導磁界に対してバイアス磁界がマイナス方向に作用する。したがって、バイアス磁界のオフセット成分によって一対の磁気抵抗効果素子の感度が互いに逆向き変化するため、一対の磁気抵抗効果素子の感度変化が相殺されてセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 According to this configuration, when the substrate is arranged such that the sensitivity axis direction is inclined with respect to the direction in which the induced magnetic field is applied from the current to be measured, the free magnetic layer of one magnetoresistive element is biased against the induced magnetic field. The magnetic field acts in the plus direction, and the bias magnetic field acts in the minus direction with respect to the induced magnetic field in the free magnetic layer of the other magnetoresistive element. Therefore, since the sensitivity of the pair of magnetoresistive elements changes in opposite directions due to the offset component of the bias magnetic field, the sensitivity change of the pair of magnetoresistive elements is canceled out, and the decrease in linearity of the sensor output is suppressed.

本発明の電流センサにおいては、前記一対の磁気抵抗効果素子によって形成される複数の前記ハーフブリッジ回路からなるフルブリッジ回路を有する。この構成によれば、各ハーフブリッジ回路においてセンサ出力の直線性の低下が抑制されるため、当該ハーフブリッジを組み合わせたフルブリッジ回路においてもセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 The current sensor of the present invention includes a full bridge circuit including a plurality of the half bridge circuits formed by the pair of magnetoresistive elements. According to this configuration, since the decrease in the linearity of the sensor output is suppressed in each half bridge circuit, the decrease in the linearity of the sensor output is also suppressed in the full bridge circuit in which the half bridges are combined.

本発明の電流センサにおいては、前記磁気抵抗効果素子は、帯状に延在する複数の素子部が平行に配置され、隣接する素子部間が導電部により接続されてミアンダ形状に形成されており、前記複数の素子部は、それぞれ延在方向において一対の前記ハードバイアス層により挟まれており、前記一対のハードバイアス層は、前記素子部の延在方向に対して略直交方向に着磁されており、一方のハードバイアス層では前記各素子部の延在方向に対して平行な漏洩磁界を発生するように着磁方向に対して交差する側面が設けられ、他方のハードバイアス層では、前記各素子部からの漏洩磁界を吸収するように着磁方向に対して交差する側面が設けられ、前記各素子部に作用する漏洩磁界により前記フリー磁性層にバイアス磁界を印加する。この構成によれば、各素子部の延在方向に対して直交する一方向に着磁されたハードバイアス層により、一対の磁気抵抗効果素子に互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the magnetoresistive effect element is formed in a meander shape in which a plurality of element parts extending in a strip shape are arranged in parallel, and adjacent element parts are connected by a conductive part, The plurality of element portions are each sandwiched between a pair of hard bias layers in the extending direction, and the pair of hard bias layers are magnetized in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the element portions. And one hard bias layer is provided with a side surface intersecting the magnetization direction so as to generate a leakage magnetic field parallel to the extending direction of each element portion, and the other hard bias layer Side surfaces intersecting with the magnetization direction are provided so as to absorb the leakage magnetic field from the element portion, and a bias magnetic field is applied to the free magnetic layer by the leakage magnetic field acting on each element portion. According to this configuration, the bias magnetic fields opposite to each other can be applied to the pair of magnetoresistive effect elements by the hard bias layer magnetized in one direction orthogonal to the extending direction of each element portion.

本発明の電流センサにおいては、前記複数の素子部毎に前記一対のハードバイアス層が設けられており、前記一対のハードバイアス層が平面視において三角形に形成されており、一方のハードバイアス層では前記素子部の一端に隣接する側面が着磁方向に向って当該一端から離れるように傾斜し、他方のハードバイアス層では前記素子部の他端に隣接する側面が着磁方向に向って当該他端に近づくように傾斜する。この構成によれば、簡易な構成により、一方向に着磁されたハードバイアス層から一対の磁気抵抗効果素子に互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the pair of hard bias layers are provided for each of the plurality of element portions, and the pair of hard bias layers are formed in a triangle in plan view. The side surface adjacent to one end of the element portion is inclined so as to be away from the one end in the magnetization direction, and in the other hard bias layer, the side surface adjacent to the other end of the element portion is directed to the magnetization direction and the other side. Tilt to approach the edge. According to this configuration, bias magnetic fields opposite to each other can be applied to the pair of magnetoresistive effect elements from the hard bias layer magnetized in one direction with a simple configuration.

本発明の電流センサにおいては、前記複数の素子部毎に前記一対のハードバイアス層が設けられており、前記一対のハードバイアス層は、平面視において円形に形成されており、一方のハードバイアス層では着磁方向における略前半部分が前記素子部の一端に隣接され、他方のハードバイアス層では着磁方向における略後半部分が前記素子部の他端に隣接される。この構成によれば、簡易な構成により、一方向に着磁されたハードバイアス層から一対の磁気抵抗効果素子に互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the pair of hard bias layers are provided for each of the plurality of element portions, and the pair of hard bias layers are formed in a circular shape in a plan view, and the one hard bias layer Then, a substantially first half part in the magnetization direction is adjacent to one end of the element part, and in the other hard bias layer, a substantially second half part in the magnetization direction is adjacent to the other end of the element part. According to this configuration, bias magnetic fields opposite to each other can be applied to the pair of magnetoresistive effect elements from the hard bias layer magnetized in one direction with a simple configuration.

本発明の電流センサにおいては、前記複数の端子部毎に前記一対のハードバイアス層が設けられており、前記一対のハードバイアス層が平面視において平行四辺形に形成されており、一方のハードバイアス層では前記素子部の一端に隣接する側面が着磁方向に向って当該一端から離れるように傾斜し、他方のハードバイアス層では前記素子部の他端に隣接する側面が着磁方向に向って当該他端に近づくように傾斜する。この構成によれば、簡易な構成により、一方向に着磁されたハードバイアス層から一対の磁気抵抗効果素子に互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the pair of hard bias layers are provided for each of the plurality of terminal portions, and the pair of hard bias layers are formed in a parallelogram in plan view, and one of the hard bias layers is formed. In the layer, the side surface adjacent to one end of the element portion is inclined so as to be away from the one end in the magnetization direction, and in the other hard bias layer, the side surface adjacent to the other end of the element portion is directed in the magnetization direction. It inclines so that the said other end may be approached. According to this configuration, bias magnetic fields opposite to each other can be applied to the pair of magnetoresistive effect elements from the hard bias layer magnetized in one direction with a simple configuration.

本発明の電流センサにおいては、前記複数の端子部に対して共有の前記一対のハードバイアス層が設けられており、前記一対のハードバイアス層は、平面視において着磁方向に長い平行四辺形に形成され、前記複数の端子部を挟んで平行に延在しており、前記複数の端子部の両端と当該両端に隣接する前記一対のハードバイアス層の側面との距離が、前記複数の端子間で一定に形成される。この構成によれば、一方向に着磁されたハードバイアス層から一対の磁気抵抗効果素子に互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the pair of hard bias layers shared by the plurality of terminal portions are provided, and the pair of hard bias layers have a parallelogram shape that is long in the magnetization direction in plan view. Formed and extending in parallel across the plurality of terminal portions, the distance between both ends of the plurality of terminal portions and the side surfaces of the pair of hard bias layers adjacent to the both ends is between the plurality of terminals It is formed constantly. According to this configuration, bias magnetic fields in opposite directions can be applied to the pair of magnetoresistive elements from the hard bias layer magnetized in one direction.

本発明の電流センサにおいては、前記素子部毎に前記一対のハードバイアス層が設けられており、前記一対のハードバイアス層は、前記端子部上に積層される。この構成によれば、ハードバイアス層から発生する漏洩磁界を増加でき、一対の磁気抵抗効果素子により強いバイアス磁界を印加できる。 In the current sensor of the present invention, the pair of hard bias layers is provided for each of the element portions, and the pair of hard bias layers are stacked on the terminal portion. According to this configuration, the leakage magnetic field generated from the hard bias layer can be increased, and a strong bias magnetic field can be applied by the pair of magnetoresistive elements.

本発明の電流センサによれば、ダイボンディング時の貼り付け誤差に起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制できる。 According to the current sensor of the present invention, it is possible to suppress a decrease in linearity of the sensor output due to a sticking error during die bonding.

比較例に係る電流センサの直線性低下の説明図である。It is explanatory drawing of the linearity fall of the current sensor which concerns on a comparative example. 比較例に係る電流センサの誘導磁界とセンサ出力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the induction magnetic field of the current sensor which concerns on a comparative example, and a sensor output. 比較例に係る電流センサにおいて、センサチップ毎の直線性データの説明図である。It is explanatory drawing of the linearity data for every sensor chip in the current sensor which concerns on a comparative example. 比較例に係る電流センサにおいて、一対のセンサチップの差動出力の直線性の説明図である。In the current sensor which concerns on a comparative example, it is explanatory drawing of the linearity of the differential output of a pair of sensor chip. 比較例に係る電流センサにおいて、一対のセンサチップの差動出力の直線性の説明図である。In the current sensor which concerns on a comparative example, it is explanatory drawing of the linearity of the differential output of a pair of sensor chip. 本実施の形態に係る電流センサの模式図である。It is a schematic diagram of the current sensor according to the present embodiment. 本実施の形態に係る電流センサによる直線性低下の抑制原理の説明図である。It is explanatory drawing of the suppression principle of the linearity fall by the current sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る測定電流に対する直線性のシミュレーション結果の説明図である。It is explanatory drawing of the simulation result of the linearity with respect to the measurement current which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るハードバイアス構成の説明図である。It is explanatory drawing of the hard bias structure which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る他のハードバイアス構成の説明図である。It is explanatory drawing of the other hard bias structure which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るセンサチップの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the sensor chip which concerns on this Embodiment.

図１Ａに示すように、磁気抵抗効果素子を備える電流センサにおいて、センサチップ５１をリードフレームにダイボンディングする場合、センサチップ５１の感度軸方向（磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのＰｉｎ方向）を電流路から発生する誘導磁界の印加方向に一致させることが望まれている。しかしながら、ダイボンディングにおいてセンサチップ５１を高精度に貼り付けることが困難であり、±３度の範囲でセンサチップ５１が傾いて貼り付けられる場合がある。この場合、センサチップ５１の感度軸方向と電流路から発生する誘導磁界の印加方向に角度誤差が生じ、電流センサのセンサ出力の直線性が低下する。 As shown in FIG. 1A, in a current sensor including a magnetoresistive effect element, when the sensor chip 51 is die-bonded to a lead frame, the sensitivity axis direction of the sensor chip 51 (Pin direction of the magnetoresistive effect elements 52a and 52b) is the current. It is desired to match the direction of application of the induction magnetic field generated from the road. However, it is difficult to attach the sensor chip 51 with high accuracy in die bonding, and the sensor chip 51 may be attached in an inclined manner within a range of ± 3 degrees. In this case, an angle error occurs between the direction of the sensitivity axis of the sensor chip 51 and the direction of application of the induction magnetic field generated from the current path, and the linearity of the sensor output of the current sensor decreases.

より詳細には、センサチップ５１上には、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂがＰｉｎ方向に対して直交方向に隣接して配置され、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂによってハーフブリッジ回路が形成されている。また、センサチップ５１上には、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂを挟むようにハードバイアス層５３が形成されている。各ハードバイアス層５３は、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのＰｉｎ方向に直交する一方向にバイアス磁界を発生しており、このバイアス磁界を一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのフリー磁性層に作用させている。 More specifically, on the sensor chip 51, a pair of magnetoresistive elements 52a and 52b are disposed adjacent to each other in a direction orthogonal to the Pin direction, and a half bridge circuit is formed by the pair of magnetoresistive elements 52a and 52b. Is formed. A hard bias layer 53 is formed on the sensor chip 51 so as to sandwich the pair of magnetoresistive elements 52a and 52b. Each hard bias layer 53 generates a bias magnetic field in one direction orthogonal to the Pin direction of the pair of magnetoresistive effect elements 52a and 52b, and this bias magnetic field is generated by the free magnetic layer of the pair of magnetoresistive effect elements 52a and 52b. Is acting on.

センサチップ５１が傾いて貼り付けられると、センサチップ５１の感度軸方向と誘導磁界の印加方向（理想感度軸方向）との間に角度差が生じ、図１Ｂに示すようにバイアス磁界Ｆｂによるフリー磁性層の磁化方向が、誘導磁界Ｆａの印加方向に対して斜めに交差する。これにより、フリー磁性層に作用するバイアス磁界Ｆｂには誘導磁界Ｆａの印加方向に平行な磁気成分が生じ、フリー磁性層に作用する誘導磁界に対してオフセット成分Ｆｃとして作用する。このとき、プラス方向（一方向）に印加された誘導磁界Ｆａに対しては、バイアス磁界Ｆｂのオフセット成分Ｆｃがマイナス方向に作用し、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのプラス方向の感度を共に減少させる。一方、図１Ｃに示すようにマイナス方向（逆方向）に印加された誘導磁界Ｆａに対しては、バイアス磁界Ｆｂのオフセット成分Ｆｃがマイナス方向に作用し、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのマイナス方向の感度を共に増加させる。 When the sensor chip 51 is attached with an inclination, an angle difference is generated between the sensitivity axis direction of the sensor chip 51 and the direction in which the induced magnetic field is applied (ideal sensitivity axis direction), and free by the bias magnetic field Fb as shown in FIG. 1B. The magnetization direction of the magnetic layer crosses obliquely with respect to the application direction of the induction magnetic field Fa. Thereby, a magnetic component parallel to the direction in which the induction magnetic field Fa is applied is generated in the bias magnetic field Fb acting on the free magnetic layer, and acts as an offset component Fc on the induction magnetic field acting on the free magnetic layer. At this time, with respect to the induction magnetic field Fa applied in the plus direction (one direction), the offset component Fc of the bias magnetic field Fb acts in the minus direction, and the sensitivity in the plus direction of the pair of magnetoresistive effect elements 52a and 52b is increased. Reduce both. On the other hand, as shown in FIG. 1C, the offset component Fc of the bias magnetic field Fb acts in the minus direction on the induced magnetic field Fa applied in the minus direction (reverse direction), and the pair of magnetoresistive effect elements 52a and 52b. Increase both negative sensitivity.

このように、理想感度軸方向に対してセンサチップ５１の感度軸方向が傾くことで、誘導磁界がプラス方向及びマイナス方向のいずれに印加されても、電流センサのセンサ出力の直線性が低下する。図２に示すように、この電流センサの出力特性は、誘導磁界をプラス方向に大きくした場合には、電流センサの理想の出力特性に対してセンサ出力が減少する方向に離間し、誘導磁界をマイナス方向に大きくした場合には、電流センサの理想の出力特性に対してセンサ出力が増加する方向に離間する。図３に示すように、この直線性の悪化は、センサチップ５１の傾きに依存しており、傾きが大きくなるほど顕著になる。例えば、センサチップ５１が±３．０度傾くと、直線性が０．４５［％ＦＳ］悪化する。これは、誘導磁界から電流値を１／１００００の精度で測定する場合に大きな誤差となる。 As described above, the sensitivity axis direction of the sensor chip 51 is tilted with respect to the ideal sensitivity axis direction, so that the linearity of the sensor output of the current sensor is lowered regardless of whether the induced magnetic field is applied in the plus direction or the minus direction. . As shown in FIG. 2, when the induced magnetic field is increased in the positive direction, the output characteristics of the current sensor are separated in the direction in which the sensor output decreases with respect to the ideal output characteristics of the current sensor, and the induced magnetic field is reduced. When it is increased in the minus direction, the sensor output is separated in the direction in which the sensor output increases with respect to the ideal output characteristics of the current sensor. As shown in FIG. 3, the deterioration of the linearity depends on the inclination of the sensor chip 51, and becomes more prominent as the inclination increases. For example, when the sensor chip 51 is tilted by ± 3.0 degrees, the linearity is deteriorated by 0.45 [% FS]. This is a large error when the current value is measured with an accuracy of 1/10000 from the induced magnetic field.

このような直線性の悪化は、図４Ａに示すように、差動出力を得るための一対のセンサチップ５１ａ、５１ｂ間の角度差によっても発生する。この場合、各センサチップ５１ａ、５１ｂの一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂによって、差動出力用のフルブリッジ回路が構成されている。また、センサチップ５１ａ、５１ｂのバイアス磁界の印加方向は、同一方向に向けられている。各センサチップ５１ａ、５１ｂが、互いに逆向きに傾いた状態では、誘導磁界の印加方向と各センサチップ５１ａ、５１ｂの感度軸方向とがなす角度α、βに角度差が生じる（α−β≠０）。この場合、図４Ｂに示すように、一方のセンサチップ５１ａでは、傾きが＋１．５度から離れるのにつれてセンサ出力の直線性が悪化し、他方のセンサチップ５１ｂでは、傾きが−２．０度から離れるのにつれてセンサ出力の直線性が悪化する。このため、両センサチップ５１ａ、５１ｂのセンサ出力の差動出力を取る場合でも直線性の悪化を抑制できない。 Such deterioration of linearity also occurs due to an angular difference between a pair of sensor chips 51a and 51b for obtaining a differential output, as shown in FIG. 4A. In this case, a pair of magnetoresistive elements 52a and 52b of the sensor chips 51a and 51b constitute a full bridge circuit for differential output. The application directions of the bias magnetic field of the sensor chips 51a and 51b are directed in the same direction. When the sensor chips 51a and 51b are inclined in opposite directions, an angle difference is generated between the angles α and β formed by the direction in which the induction magnetic field is applied and the sensitivity axis direction of the sensor chips 51a and 51b (α−β ≠). 0). In this case, as shown in FIG. 4B, in one sensor chip 51a, the linearity of the sensor output deteriorates as the inclination is away from +1.5 degrees, and in the other sensor chip 51b, the inclination is −2.0 degrees. The linearity of the sensor output deteriorates with distance from the distance. For this reason, even when taking the differential output of the sensor outputs of both sensor chips 51a and 51b, deterioration of linearity cannot be suppressed.

一方、図５Ａに示すように、各センサチップ５１ａ、５１ｂが、同一方向に同じ角度だけ傾いた状態では、誘導磁界の印加方向と各センサチップ５１ａ、５１ｂの感度軸方向とがなす角度α、βに角度差が生じない（α−β＝０）。この場合、図５Ｂに示すように、両方のセンサチップ５１ａ、５１ｂの傾きに対して同じようにセンサ出力の直線性が悪化するため、両センサチップ５１ａ、５１ｂのセンサ出力の差動出力を取ることで直線性の悪化を抑制できる。しかしながら、センサチップ５１ａ、５１ｂのダイボンディング時に、両センサチップ５１ａ、５１ｂの角度差を無くすようにリードフレームに貼り付けることは困難である。 On the other hand, as shown in FIG. 5A, when the sensor chips 51a and 51b are inclined in the same direction by the same angle, the angle α formed by the direction in which the induced magnetic field is applied and the sensitivity axis direction of the sensor chips 51a and 51b, An angle difference does not occur in β (α−β = 0). In this case, as shown in FIG. 5B, since the linearity of the sensor output is similarly deteriorated with respect to the inclination of both sensor chips 51a and 51b, the differential output of the sensor outputs of both sensor chips 51a and 51b is taken. Therefore, deterioration of linearity can be suppressed. However, it is difficult to attach the sensor chips 51a and 51b to the lead frame so as to eliminate the angular difference between the sensor chips 51a and 51b during die bonding.

本発明者らは、センサチップの傾きよって、一対の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層に作用する誘導磁界に対してバイアス磁界の磁気成分がオフセット成分として作用することを発見し、本発明をするに至った。すなわち、本発明者らは、一対の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層に対してバイアス磁界の磁気成分を逆向きに作用させることで、一対の磁気抵抗効果素子における出力感度の変動を相殺し、センサチップの貼り付け精度に起因したセンサ出力の直線性の低下を抑制することを見出した。 The present inventors have discovered that the magnetic component of the bias magnetic field acts as an offset component with respect to the induced magnetic field that acts on the free magnetic layer of the pair of magnetoresistive elements due to the tilt of the sensor chip, and makes the present invention. It came to. That is, the present inventors counteract fluctuations in output sensitivity in the pair of magnetoresistive elements by causing the magnetic component of the bias magnetic field to act in the opposite direction on the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements. It has been found that the decrease in linearity of the sensor output due to the sensor chip attaching accuracy is suppressed.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図６は、本実施の形態に係る電流センサの模式図である。電流センサ１は、磁気比例式電流センサであり、被測定電流が流れる電流線の近傍に配置される。この電流センサ１は、一対の磁気抵抗効果素子２１が作り込まれた一対のセンサチップ２ａ、２ｂを有している。センサチップ２ａ上には一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂによってハーフブリッジ回路が形成され、センサチップ２ｂ上には一対の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄによってハーフブリッジ回路が形成されている。磁気比例式電流センサには、センサチップ２ａ、２ｂの磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄによって、被測定電流による誘導磁界（測定磁界）に基づいて電流線に流れる電流値を測定するフルブリッジ回路２５が形成されている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 6 is a schematic diagram of the current sensor according to the present embodiment. The current sensor 1 is a magnetic proportional current sensor and is disposed in the vicinity of a current line through which a current to be measured flows. The current sensor 1 has a pair of sensor chips 2a and 2b in which a pair of magnetoresistive effect elements 21 are formed. A half bridge circuit is formed on the sensor chip 2a by a pair of magnetoresistance effect elements 21a and 21b, and a half bridge circuit is formed on the sensor chip 2b by a pair of magnetoresistance effect elements 21c and 21d. The magnetic proportional current sensor includes a full bridge circuit 25 that measures the value of a current flowing through a current line based on an induced magnetic field (measured magnetic field) due to a current to be measured by the magnetoresistive effect elements 21a-21d of the sensor chips 2a and 2b. Is formed.

この場合、同一センサチップ２ａ上の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂは、Ｐｉｎ方向が互いに逆向き（反平行）に向けられている。同様に、同一センサチップ２ｂ上の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄは、Ｐｉｎ方向が互いに逆向き（反平行）に向けられている。また、誘導磁界の印加方向に隣接する磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｃは、Ｐｉｎ方向が互いに逆向き（反平行）に向けられ、同様に誘導磁界の印加方向に隣接する磁気抵抗効果素子２１ｂ、２１ｄは、Ｐｉｎ方向が互いに逆向き（反平行）に向けられている。磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂは同一センサチップ２ａ上に同時にパターニング（蝕刻）されたものであり、磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄは同一センサチップ２ｂ上に同時にパターニング（蝕刻）されたものである。 In this case, the pin directions of the magnetoresistive effect elements 21a and 21b on the same sensor chip 2a are opposite to each other (anti-parallel). Similarly, in the magnetoresistive effect elements 21c and 21d on the same sensor chip 2b, the Pin directions are opposite to each other (antiparallel). Further, the magnetoresistive effect elements 21a and 21c adjacent in the direction in which the induced magnetic field is applied have their Pin directions opposite to each other (anti-parallel), and similarly, the magnetoresistive effect elements 21b and 21d adjacent in the direction in which the induced magnetic field is applied. The Pin directions are directed in opposite directions (anti-parallel). The magnetoresistive elements 21a and 21b are simultaneously patterned (etched) on the same sensor chip 2a, and the magnetoresistive elements 21c and 21d are simultaneously patterned (etched) on the same sensor chip 2b.

各磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄのＰｉｎ方向に直交する両側方には、ハードバイアス層２２が形成されている。ハードバイアス層２２は、各磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄのフリー磁性層に対してバイアス磁界を印加する。この場合、同一センサチップ２ａ上の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂは、バイアス磁界の印加方向が互いに逆向き（反平行）に向けられている。同様に、同一センサチップ２ｂ上の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄは、バイアス磁界の印加方向が互いに逆向き（反平行）に向けられている。 A hard bias layer 22 is formed on both sides of each magnetoresistive element 21a-21d orthogonal to the Pin direction. The hard bias layer 22 applies a bias magnetic field to the free magnetic layer of each magnetoresistive element 21a-21d. In this case, in the magnetoresistive effect elements 21a and 21b on the same sensor chip 2a, the application directions of the bias magnetic fields are directed in opposite directions (antiparallel). Similarly, in the magnetoresistive effect elements 21c and 21d on the same sensor chip 2b, the application directions of the bias magnetic fields are directed in opposite directions (antiparallel).

このように構成されたフルブリッジ回路２５では、電流線からの誘導磁界に応じて２つのセンサ出力が出力される。フルブリッジ回路２５では、磁気抵抗効果素子２１ａと磁気抵抗効果素子２１ｃとの間の接続点に電源Ｖｄｄが印加され、磁気抵抗効果素子２１ｂ及び磁気抵抗効果素子２１ｄのそれぞれにグラウンド（ＧＮＤ）が接続されている。また、磁気抵抗効果素子２１ａと磁気抵抗効果素子２１ｂとの間の接続点から第一のセンサ出力（Ｏｕｔ１）が取り出され、磁気抵抗効果素子２１ｃと磁気抵抗効果素子２１ｄとの接続点から第二のセンサ出力（Ｏｕｔ２）が取り出される。 In the full bridge circuit 25 configured as described above, two sensor outputs are output according to the induced magnetic field from the current line. In the full bridge circuit 25, the power supply Vdd is applied to the connection point between the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21c, and the ground (GND) is connected to each of the magnetoresistive effect element 21b and the magnetoresistive effect element 21d. Has been. Further, the first sensor output (Out1) is taken out from the connection point between the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b, and the second sensor output from the connection point between the magnetoresistive effect element 21c and the magnetoresistive effect element 21d. Sensor output (Out2) is taken out.

磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄは、電流線からの誘導磁界が印加されることで抵抗値が変化する特性を備えている。磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄは、いわゆるＧＭＲ（Giant Magnet Resistance）素子であり、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層、フリー磁性層を積層して形成されている。磁気抵抗効果素子２１ａ−２１ｄは、誘導磁界の印加によって固定磁性層のピン方向に対してフリー磁性層の磁化方向が変化することで抵抗値が変化する。このような構成により、誘導磁界の大きさに応じて第一、第二のセンサ出力（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）が変化する。第一、第二のセンサ出力は、差動増幅器３で差動増幅され、誘導磁界に略比例した電流センサ１のセンサ出力として出力される。 The magnetoresistive effect element 21a-21d has a characteristic that the resistance value changes when an induction magnetic field from a current line is applied. The magnetoresistive effect elements 21a-21d are so-called GMR (Giant Magnet Resistance) elements, and are formed by laminating an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a free magnetic layer. The magnetoresistive effect element 21a-21d changes its resistance value by changing the magnetization direction of the free magnetic layer with respect to the pin direction of the fixed magnetic layer by applying an induction magnetic field. With such a configuration, the first and second sensor outputs (Out1, Out2) change according to the magnitude of the induced magnetic field. The first and second sensor outputs are differentially amplified by the differential amplifier 3 and output as the sensor output of the current sensor 1 substantially proportional to the induced magnetic field.

また、本実施の形態に係る電流センサでは、同一センサチップ２上の一対の磁気抵抗効果素子２１に対してバイアス磁界の印加方向が互いに逆向きに向けられている。この場合、センサチップ２が傾いた場合であっても、フリー磁性層に作用する誘導磁界にオフセット成分として作用するバイアス磁界の磁気成分が除去される。このオフセット成分の除去により、電流センサ１のセンサ出力の直線性（理想直線に対する乖離率）の低下が抑制される。 Further, in the current sensor according to the present embodiment, the bias magnetic field application directions are directed in opposite directions with respect to the pair of magnetoresistive effect elements 21 on the same sensor chip 2. In this case, even if the sensor chip 2 is tilted, the magnetic component of the bias magnetic field that acts as an offset component on the induced magnetic field that acts on the free magnetic layer is removed. By removing this offset component, a decrease in the linearity of the sensor output of the current sensor 1 (the deviation rate from the ideal straight line) is suppressed.

図７を参照して、センサチップが傾けて貼り付けられる場合に、電流センサの直線性の低下が抑制される原理について詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係る電流センサによる直線性の低下の抑制原理の説明図である。なお、図７においては、一対のセンサチップのうち一方のセンサチップを例示して説明するが、他方のセンサチップについても同様な理由で直線性の低下が抑制される。 With reference to FIG. 7, the principle of suppressing a decrease in linearity of the current sensor when the sensor chip is attached while being tilted will be described in detail. FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of suppressing the decrease in linearity by the current sensor according to the present embodiment. In addition, in FIG. 7, although one sensor chip is illustrated and demonstrated among a pair of sensor chips, the fall of linearity is suppressed also for the other sensor chip for the same reason.

ここでは、図７Ａに示すように、センサチップ２ａが、誘導磁界の印加方向、すなわち理想感度軸方向に対して一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの感度軸方向を約３度傾けて、リードフレーム上に貼り付けられているものとする。ハードバイアス層２２によるバイアス磁界の印加方向は、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂのピン方向に対して直交している。このため、バイアス磁界による一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂのフリー磁性層の磁化方向が、それぞれ誘導磁界の印加方向に対して直交せずに斜めに交差する。 In this case, as shown in FIG. 7A, the sensor chip 2a tilts the sensitivity axis direction of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b with respect to the direction in which the induction magnetic field is applied, that is, the ideal sensitivity axis direction, by about 3 degrees. It is assumed that it is pasted on the frame. The direction in which the bias magnetic field is applied by the hard bias layer 22 is orthogonal to the pin direction of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b. For this reason, the magnetization directions of the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b by the bias magnetic field cross each other obliquely without being orthogonal to the direction in which the induction magnetic field is applied.

上述したように、バイアス磁界は、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きとなるようにそれぞれに印加されている。よって、一方の磁気抵抗効果素子２１ａでは、バイアス磁界によるフリー磁性層の磁化方向が、誘導磁界の印加方向との角度を拡げる方向（時計回り）に約３度回転する。他方の磁気抵抗効果素子２１ｂでは、バイアス磁界によるフリー磁性層の磁化方向が、誘導磁界の印加方向との角度を狭める方向（時計回り方向）に約３度回転する。したがって、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂのフリー磁性層の磁化方向は、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの間の回転中心Ｐを基準として点対称の関係となる。なお、回転中心Ｐは磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの間のちょうど真ん中に設定される。 As described above, the bias magnetic field is applied to the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b so as to be opposite to each other. Therefore, in one magnetoresistive element 21a, the magnetization direction of the free magnetic layer by the bias magnetic field rotates about 3 degrees in a direction (clockwise) that widens the angle with the direction in which the induced magnetic field is applied. In the other magnetoresistive element 21b, the magnetization direction of the free magnetic layer by the bias magnetic field rotates about 3 degrees in a direction (clockwise direction) that narrows the angle with the direction in which the induced magnetic field is applied. Therefore, the magnetization directions of the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b are point-symmetric with respect to the rotation center P between the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b. Note that the rotation center P is set in the middle between the magnetoresistive elements 21a and 21b.

この場合、図７Ｂに示すように、磁気抵抗効果素子２１ａのフリー磁性層では、バイアス磁界Ｆｂが誘導磁界Ｆａの印加方向（理想感度軸方向）に平行な磁気成分Ｆｃを含んでいる。この磁気成分Ｆｃは、磁気抵抗効果素子２１ａのフリー磁性層に対しプラス方向に印加される誘導磁界Ｆａに対し、オフセット成分としてマイナス方向に作用する。一方、図７Ｃに示すように、磁気抵抗効果素子２１ｂのフリー磁性層では、バイアス磁界Ｆｂが誘導磁界Ｆａの印加方向（理想感度軸方向）に平行な磁気成分Ｆｃを含んでいる。この磁気成分Ｆｃは、磁気抵抗効果素子２１ｂのフリー磁性層に対してプラス方向に印加される誘導磁界Ｆａに対し、オフセット成分としてプラス方向に作用する。 In this case, as shown in FIG. 7B, in the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21a, the bias magnetic field Fb includes a magnetic component Fc parallel to the application direction (ideal sensitivity axis direction) of the induction magnetic field Fa. The magnetic component Fc acts in the minus direction as an offset component with respect to the induced magnetic field Fa applied in the plus direction to the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21a. On the other hand, as shown in FIG. 7C, in the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21b, the bias magnetic field Fb includes a magnetic component Fc parallel to the application direction (ideal sensitivity axis direction) of the induction magnetic field Fa. This magnetic component Fc acts in the positive direction as an offset component on the induced magnetic field Fa applied in the positive direction to the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21b.

このため、一方の磁気抵抗効果素子２１ａの感度が減少され、他方の磁気抵抗効果素子２１ｂの感度が増加する。よって、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂにおけるオフセット成分による感度変化が相殺され、センサチップ２が傾いた状態でもセンサ出力の直線性の低下が抑制される。なお、上記した例では、プラス方向に誘導磁界が印加される構成としたが、マイナス方向に誘導磁界Ｆが印加されても、同様にセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 For this reason, the sensitivity of one magnetoresistive effect element 21a is decreased, and the sensitivity of the other magnetoresistive effect element 21b is increased. Therefore, the sensitivity change due to the offset component in the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b is canceled out, and even when the sensor chip 2 is tilted, the decrease in linearity of the sensor output is suppressed. In the above example, the induction magnetic field is applied in the positive direction. However, even if the induction magnetic field F is applied in the negative direction, the decrease in linearity of the sensor output is similarly suppressed.

また、本実施の形態においては、各センサチップ２ａ、２ｂにおいて直線性の低下が抑制されるため、センサチップ２ａ、２ｂを組み合わせてフルブリッジ回路を構成しても直線性が悪化することがない。すなわち、誘導磁界の印加方向に対して各センサチップ２ａ、２ｂの感度軸方向に角度差が生じていても、センサチップ２ａ、２ｂ個々のセンサ出力の直線性が向上されているため、両センサチップ２ａ、２ｂのセンサ出力の差動出力を取る場合でも直線性が悪化することがない。 Further, in the present embodiment, since the decrease in linearity is suppressed in each sensor chip 2a, 2b, the linearity does not deteriorate even if the sensor chip 2a, 2b is combined to form a full bridge circuit. . That is, even if there is an angle difference in the sensitivity axis direction of each sensor chip 2a, 2b with respect to the direction in which the induced magnetic field is applied, the linearity of the sensor output of each sensor chip 2a, 2b is improved. Even when the differential output of the sensor outputs of the chips 2a and 2b is taken, the linearity does not deteriorate.

図８を参照して、センサチップを傾けた場合の被測定電流に対する直線性のシミュレーション結果について説明する。図８は、被測定電流に対する直線性のシミュレーション結果の説明図である。比較例に係るセンサチップは、図１Ａに示すように、一対の磁気抵抗効果素子でバイアス磁界の向きが同一方向である点について、本実施の形態に係るセンサチップと異なる。 With reference to FIG. 8, the simulation result of the linearity with respect to the current to be measured when the sensor chip is tilted will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram of a simulation result of linearity with respect to the current to be measured. As shown in FIG. 1A, the sensor chip according to the comparative example is different from the sensor chip according to the present embodiment in that the direction of the bias magnetic field is the same in a pair of magnetoresistive elements.

図８において、本実施の形態に係るセンサチップ２は、被測定電流の大きさを変えても、センサ出力の直線性が略０．０［％ＦＳ］付近となっている。これは、上述したように、センサチップ２の傾きによる一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの感度変化が相殺されるからである。これに対して比較例に係るセンサチップ５１（図１参照）では、センサ出力の直線性が被測定電流の変化に応じてお椀型に変化する。具体的には、被測定電流が流れていない状態でもセンサ出力の直線性が略０．２［％ＦＳ］となっている。これは、各磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂのフリー磁性層に作用するバイアス磁界が、理想感度軸方向である誘導磁界の印加方向に平行な磁気成分を生じさせるためである。 In FIG. 8, in the sensor chip 2 according to the present embodiment, the linearity of the sensor output is about 0.0 [% FS] even if the magnitude of the current to be measured is changed. This is because the sensitivity change of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b due to the inclination of the sensor chip 2 is canceled as described above. On the other hand, in the sensor chip 51 according to the comparative example (see FIG. 1), the linearity of the sensor output changes to a bowl shape according to the change in the current to be measured. Specifically, the linearity of the sensor output is approximately 0.2 [% FS] even when the current to be measured is not flowing. This is because the bias magnetic field acting on the free magnetic layers of the magnetoresistive effect elements 52a and 52b generates a magnetic component parallel to the direction in which the induced magnetic field is applied, which is the ideal sensitivity axis direction.

そして、被測定電流が０［Ａ］から２０［Ａ］に変化すると、センサ出力の直線性が０．２０［％ＦＳ］から−０．４５［％ＦＳ］に変化する。同様に、被測定電流が０［Ａ］から−２０［Ａ］に変化すると、センサ出力の直線性が０．２０［％ＦＳ］から−０．４５［％ＦＳ］に変化する。このように、比較例に係るセンサチップ５１では、センサ出力の直線性が大きく変化するため、誘導磁界から電流値を高精度に測定する場合に大きな誤差を生じる。 When the measured current changes from 0 [A] to 20 [A], the linearity of the sensor output changes from 0.20 [% FS] to −0.45 [% FS]. Similarly, when the measured current changes from 0 [A] to −20 [A], the linearity of the sensor output changes from 0.20 [% FS] to −0.45 [% FS]. As described above, in the sensor chip 51 according to the comparative example, the linearity of the sensor output greatly changes, so that a large error occurs when the current value is measured with high accuracy from the induced magnetic field.

ここで、図９及び図１０を参照して、ハードバイアス構成について説明する。図９及び図１０は、ハードバイアス構成の説明図である。図９Ａは、上記した比較例に係るハードバイアス構成であり、図９Ｂ及び図９Ｃは、本実施の形態に係るハードバイアス構成の一例である。図１０Ａから図１０Ｃは、本実施の形態に係るハードバイアス構成の他の一例である。なお、本実施の形態に係るハードバイアス構成は、以下に示すハードバイアスの構成例に限定されない。 Here, the hard bias configuration will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 and 10 are explanatory diagrams of the hard bias configuration. FIG. 9A is a hard bias configuration according to the comparative example described above, and FIGS. 9B and 9C are examples of the hard bias configuration according to the present embodiment. 10A to 10C show another example of the hard bias configuration according to the present embodiment. The hard bias configuration according to the present embodiment is not limited to the hard bias configuration example shown below.

図９Ａに示すハードバイアス構成では、磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂとハードバイアス層５３とが交互に配置されている。磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂは、一方のハードバイアス層５３側から他方のハードバイアス層５３側に向って帯状に延在する複数の素子部５７を有している。複数の素子部５７は、一対のハードバイアス層５３間において平行に配置されており、隣接する素子部５７間が導電部５８によってミアンダ形状に接続されている。各磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂにおいて、平面視において素子部５７の延在方向に対する直交方向がＰｉｎ方向になっている。 In the hard bias configuration shown in FIG. 9A, the magnetoresistive effect elements 52a and 52b and the hard bias layer 53 are alternately arranged. The magnetoresistive effect elements 52a and 52b have a plurality of element portions 57 extending in a strip shape from one hard bias layer 53 side toward the other hard bias layer 53 side. The plurality of element portions 57 are arranged in parallel between the pair of hard bias layers 53, and the adjacent element portions 57 are connected in a meander shape by the conductive portion 58. In each magnetoresistive effect element 52a, 52b, the direction orthogonal to the extending direction of the element portion 57 is the Pin direction in plan view.

このハードバイアス構成では、各ハードバイアス層５３が素子部５７の延在方向に平行な一方向に着磁されている。したがって、磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂに対して同一方向のバイアス磁界が印加される。このため、比較例に係るハードバイアス構成では、センサ出力の直線性の低下を抑制することができない。この場合、ハードバイアス層５３の着磁方向を個々に変えることで、一対の磁気抵抗効果素子５２ａ、５２ｂに対して互いに逆方向のバイアス磁界を印加することも考えられるが、ハードバイアス層５３の着磁方向を個々に変えることは困難である。 In this hard bias configuration, each hard bias layer 53 is magnetized in one direction parallel to the extending direction of the element portion 57. Therefore, a bias magnetic field in the same direction is applied to the magnetoresistive effect elements 52a and 52b. For this reason, the hard bias configuration according to the comparative example cannot suppress a decrease in linearity of the sensor output. In this case, it is conceivable to apply a bias magnetic field in the opposite direction to the pair of magnetoresistive elements 52a and 52b by individually changing the magnetization direction of the hard bias layer 53. It is difficult to change the magnetization direction individually.

これに対し、本実施の形態に係るハードバイアス構成では、ハードバイアス層２２を素子部２６の延在方向に直交する一方向に着磁するだけで、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きのバイアス磁界を印加できる。 On the other hand, in the hard bias configuration according to the present embodiment, the hard bias layer 22 is magnetized in one direction orthogonal to the extending direction of the element portion 26, and the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b A reverse bias magnetic field can be applied.

図９Ｂには、平面視においてハードバイアス層２２を三角形に形成したハードバイアス構成を示している。このハードバイアス構成では、複数の素子部２６毎に一対のハードバイアス層２２ａが形成されており、複数の素子部２６はそれぞれの延在方向において一対のハードバイアス層２２ａに挟まれている。一方のハードバイアス層２２ａは、素子部２６の一端に隣接する側面３１がハードバイアスの着磁方向に向って当該一端から離れるように傾斜している。よって、一方のハードバイアス層２２ａは、着磁方向に交差する側面３１から素子部２６の延在方向に対して平行な漏洩磁界を発生する。 FIG. 9B shows a hard bias configuration in which the hard bias layer 22 is formed in a triangle in plan view. In this hard bias configuration, a pair of hard bias layers 22a is formed for each of the plurality of element portions 26, and the plurality of element portions 26 are sandwiched between the pair of hard bias layers 22a in the respective extending directions. One hard bias layer 22a is inclined such that a side surface 31 adjacent to one end of the element portion 26 is separated from the one end in the hard bias magnetization direction. Therefore, one hard bias layer 22a generates a leakage magnetic field parallel to the extending direction of the element portion 26 from the side surface 31 intersecting with the magnetization direction.

他方のハードバイアス層２２ａは、一方のハードバイアス層２２ａの三角形を１８０度回転させた形状を有しており、素子部２６の他端に隣接する側面３２がハードバイアスの着磁方向に向って当該他端に近付くように傾斜している。よって、他方のハードバイアス層２２ａは、着磁方向に交差する側面３２から素子部２６を介して漏洩磁界を吸収する。このようにハードバイアス層２２ａからの漏洩磁界によって、素子部２６の延在方向にバイアス磁界が印加される。また、このハードバイアス構成は、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂ間を横切る中心線Ｃを基準として対称に形成されている。よって、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きのバイアス磁界を印加することが可能となっている。 The other hard bias layer 22a has a shape obtained by rotating the triangle of one hard bias layer 22a by 180 degrees, and the side surface 32 adjacent to the other end of the element portion 26 faces the magnetization direction of the hard bias. It inclines so that it may approach the said other end. Therefore, the other hard bias layer 22 a absorbs the leakage magnetic field from the side surface 32 intersecting with the magnetization direction via the element portion 26. Thus, a bias magnetic field is applied in the extending direction of the element portion 26 by the leakage magnetic field from the hard bias layer 22a. The hard bias configuration is formed symmetrically with respect to a center line C that crosses between the magnetoresistive effect elements 21a and 21b. Therefore, it is possible to apply bias magnetic fields opposite to each other by the magnetoresistive elements 21a and 21b.

図９Ｃには、平面視においてハードバイアス層２２を円形に形成したハードバイアス構成を示している。このハードバイアス構成では、複数の素子部２６毎に一対のハードバイアス層２２ｂが形成されており、複数の素子部２６はそれぞれの延在方向において一対のハードバイアス層２２ｂに挟まれている。一方のハードバイアス層２２ｂは、着磁方向における略前半部分３３が素子部２６の一端に隣接されている。すなわち、一方のハードバイアス層２２ｂの略前半部分３３は、素子部２６の一端に隣接する側面がハードバイアスの着磁方向に向って当該一端から離れるように湾曲している。よって、一方のハードバイアス層２２ｂは、着磁方向に交差する側面から素子部２６の延在方向に対して平行な漏洩磁界を発生する。 FIG. 9C shows a hard bias configuration in which the hard bias layer 22 is formed in a circular shape in plan view. In this hard bias configuration, a pair of hard bias layers 22b is formed for each of the plurality of element portions 26, and the plurality of element portions 26 are sandwiched between the pair of hard bias layers 22b in the respective extending directions. One hard bias layer 22 b has a substantially first half portion 33 in the magnetization direction adjacent to one end of the element portion 26. That is, the substantially first half portion 33 of one hard bias layer 22b is curved so that the side surface adjacent to one end of the element portion 26 is away from the one end in the hard bias magnetization direction. Therefore, one hard bias layer 22b generates a leakage magnetic field parallel to the extending direction of the element portion 26 from the side surface intersecting the magnetization direction.

他方のハードバイアス層２２ｂは、着磁方向における略後半部分３４が素子部２６の他端に隣接されている。すなわち、他方のハードバイアス層２２ｂの略後半部分３４は、素子部２６の他端に隣接する側面がハードバイアスの着磁方向に向って当該他端に近付くように湾曲している。よって、他方のハードバイアス層２２ｂは、着磁方向に交差する側面から素子部２６を介して漏洩磁界を吸収する。このようにハードバイアス層２２ｂからの漏洩磁界によって、素子部２６の延在方向にバイアス磁界が印加される。また、このハードバイアス構成は、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂ間を横切る中心線Ｃを基準として対称に形成されている。よって、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きのバイアス磁界を印加することが可能となっている。 In the other hard bias layer 22 b, a substantially latter half portion 34 in the magnetization direction is adjacent to the other end of the element portion 26. That is, the substantially second half portion 34 of the other hard bias layer 22b is curved so that the side surface adjacent to the other end of the element portion 26 approaches the other end in the hard bias magnetization direction. Therefore, the other hard bias layer 22b absorbs the leakage magnetic field via the element portion 26 from the side surface intersecting with the magnetization direction. Thus, a bias magnetic field is applied in the extending direction of the element portion 26 by the leakage magnetic field from the hard bias layer 22b. The hard bias configuration is formed symmetrically with respect to a center line C that crosses between the magnetoresistive effect elements 21a and 21b. Therefore, it is possible to apply bias magnetic fields opposite to each other by the magnetoresistive elements 21a and 21b.

図１０Ａには、平面視においてハードバイアス層２２を平行四辺形に形成したハードバイアス構成を示している。このハードバイアス構成では、複数の素子部２６毎に一対のハードバイアス層２２ｃが形成されており、複数の素子部２６はそれぞれの延在方向において一対のハードバイアス層２２ｃに挟まれている。一方のハードバイアス層２２ｃは、素子部２６の一端に隣接する側面３５がハードバイアスの着磁方向に向って当該一端から離れるように傾斜している。よって、一方のハードバイアス層２２ｃは、着磁方向に交差する側面３５から素子部２６の延在方向に対して平行な漏洩磁界を発生する。 FIG. 10A shows a hard bias configuration in which the hard bias layer 22 is formed in a parallelogram in plan view. In this hard bias configuration, a pair of hard bias layers 22c is formed for each of the plurality of element portions 26, and the plurality of element portions 26 are sandwiched between the pair of hard bias layers 22c in the respective extending directions. One hard bias layer 22c is inclined such that a side surface 35 adjacent to one end of the element portion 26 is separated from the one end in the hard bias magnetization direction. Therefore, one hard bias layer 22c generates a leakage magnetic field parallel to the extending direction of the element portion 26 from the side surface 35 intersecting the magnetization direction.

他方のハードバイアス層２２ｃは、一方のハードバイアス層２２ｃと同じ形状を有しており、素子部２６の他端に隣接する側面３６がハードバイアスの着磁方向に向って当該他端に近付くように傾斜している。よって、他方のハードバイアス層２２ｃは、着磁方向に交差する側面３６から素子部２６を介して漏洩磁界を吸収する。このようにハードバイアス層２２からの漏洩磁界によって、素子部２６の延在方向にバイアス磁界が印加される。また、このハードバイアス構成は、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂ間を横切る中心線Ｃを基準として対称に形成されている。よって、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きのバイアス磁界を印加することが可能となっている。 The other hard bias layer 22c has the same shape as the one hard bias layer 22c, and the side surface 36 adjacent to the other end of the element portion 26 approaches the other end toward the magnetization direction of the hard bias. It is inclined to. Therefore, the other hard bias layer 22c absorbs the leakage magnetic field from the side surface 36 intersecting the magnetization direction via the element portion 26. Thus, a bias magnetic field is applied in the extending direction of the element portion 26 by the leakage magnetic field from the hard bias layer 22. The hard bias configuration is formed symmetrically with respect to a center line C that crosses between the magnetoresistive effect elements 21a and 21b. Therefore, it is possible to apply bias magnetic fields opposite to each other by the magnetoresistive elements 21a and 21b.

図１０Ｂには、平面視においてハードバイアス層２２を着磁方向に長い平行四辺形に形成したハードバイアス構成を示している。このハードバイアス構成では、複数の素子部２６で共有の一対のハードバイアス層２２ｄが形成されている。一対のハードバイアス層２２ｄは、複数の素子部２６を挟んで平行に延在している。複数の素子部２６は、両端と当該両端に隣接する一対のハードバイアス層２２ｄの側面３７、３８との距離が、複数の素子部２６間で一定となっている。すなわち、複数の素子部２６は、一対のハードバイアス層２２ｄの側面３７、３８に沿って並んで配置されている。 FIG. 10B shows a hard bias configuration in which the hard bias layer 22 is formed in a parallelogram shape that is long in the magnetization direction in plan view. In this hard bias configuration, a pair of hard bias layers 22 d shared by the plurality of element portions 26 are formed. The pair of hard bias layers 22d extend in parallel with the plurality of element portions 26 interposed therebetween. In the plurality of element portions 26, the distance between both ends and the side surfaces 37 and 38 of the pair of hard bias layers 22 d adjacent to both ends is constant between the plurality of element portions 26. That is, the plurality of element portions 26 are arranged side by side along the side surfaces 37 and 38 of the pair of hard bias layers 22d.

一方のハードバイアス層２２ｄは、素子部２６の一端に隣接する側面３７がハードバイアスの着磁方向に向って当該一端から離れるように傾斜している。よって、一方のハードバイアス層２２ｄは、着磁方向に交差する側面３７から素子部２６の延在方向に対して平行な漏洩磁界を発生する。他方のハードバイアス層２２ｄは、素子部２６の他端に隣接する側面３８がハードバイアスの着磁方向に向って当該他端に近付くように傾斜している。よって、他方のハードバイアス層２２ｄは、着磁方向に交差する側面３８から素子部２６を介して漏洩磁界を吸収する。 One hard bias layer 22d is inclined such that a side surface 37 adjacent to one end of the element portion 26 is separated from the one end in the hard bias magnetization direction. Therefore, one hard bias layer 22d generates a leakage magnetic field parallel to the extending direction of the element portion 26 from the side surface 37 intersecting the magnetization direction. The other hard bias layer 22d is inclined such that a side surface 38 adjacent to the other end of the element portion 26 is closer to the other end in the hard bias magnetization direction. Therefore, the other hard bias layer 22d absorbs the leakage magnetic field from the side surface 38 intersecting the magnetization direction via the element portion 26.

このようにハードバイアス層２２ｄからの漏洩磁界によって、素子部２６の延在方向にバイアス磁界が印加される。また、このハードバイアス構成は、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂ間を横切る中心線Ｃを基準として対称に形成されている。よって、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂで互いに逆向きのバイアス磁界を印加することが可能となっている。 Thus, a bias magnetic field is applied in the extending direction of the element portion 26 by the leakage magnetic field from the hard bias layer 22d. The hard bias configuration is formed symmetrically with respect to a center line C that crosses between the magnetoresistive effect elements 21a and 21b. Therefore, it is possible to apply bias magnetic fields opposite to each other by the magnetoresistive elements 21a and 21b.

図１０Ｃには、素子部２６上にハードバイアス層２２を積層したハードバイアス構成を示している。このハードバイアス構成では、複数の素子部２６毎に一対のハードバイアス層２２ｅが形成されており、複数の素子部２６の両端部近傍に一対のハードバイアス層２２ｅが積層されている。このような構成にすることで、ハードバイアス層２２ｅから発生する漏洩磁界を増加でき、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂに対して強いバイアス磁界を印加することが可能となっている。 FIG. 10C shows a hard bias configuration in which the hard bias layer 22 is stacked on the element portion 26. In this hard bias configuration, a pair of hard bias layers 22 e is formed for each of the plurality of element portions 26, and a pair of hard bias layers 22 e are laminated in the vicinity of both end portions of the plurality of element portions 26. With such a configuration, the leakage magnetic field generated from the hard bias layer 22e can be increased, and a strong bias magnetic field can be applied to the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b.

なお、図１０Ｃのハードバイアス構成では、ハードバイアス層２２ｅを三角形状に形成した一例について説明したが、この構成に限定されない。一対のハードバイアス層２２ｅが、複数の素子部２６毎に形成されていればよく、ハードバイアス層２２が円形や平行四辺形であってもよい。 In the hard bias configuration of FIG. 10C, an example in which the hard bias layer 22e is formed in a triangular shape has been described, but the configuration is not limited to this configuration. The pair of hard bias layers 22e may be formed for each of the plurality of element portions 26, and the hard bias layer 22 may be circular or parallelogram.

なお、本実施の形態に係るハードバイアス構成は、一対のハードバイアス層２２が着磁方向に交差する側面によって、ハードバイアス層２２の漏洩磁界を各素子部２６に印加する構成であれば、どのような構成でもよい。この構成によれば、一方向に着磁されたハードバイアス層２２により、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂに対して互いに逆向きのバイアス磁界を印加することが可能となる。 As long as the hard bias configuration according to the present embodiment is a configuration in which the leakage magnetic field of the hard bias layer 22 is applied to each element portion 26 by the side surface where the pair of hard bias layers 22 intersects the magnetization direction, whichever Such a configuration may be used. According to this configuration, it is possible to apply bias magnetic fields in opposite directions to the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b by the hard bias layer 22 magnetized in one direction.

図１１を参照して、電流センサのセンサチップの製造方法について説明する。図１１は、センサチップの製造方法の説明図である。なお、図１１は、センサチップの製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。 With reference to FIG. 11, the manufacturing method of the sensor chip of a current sensor is demonstrated. FIG. 11 is an explanatory diagram of a sensor chip manufacturing method. FIG. 11 shows an example of a method for manufacturing a sensor chip, and the present invention is not limited to this.

図１１Ａに示すように、電流センサ１においては、基板１１（ウェーハ）上に絶縁層である熱シリコン酸化膜１２が形成される。熱シリコン酸化膜１２上には、アルミニウム酸化膜１３が形成される。アルミニウム酸化膜１３は、例えば、スパッタリング等の方法により成膜することができる。また、基板１１としては、シリコン基板等が用いられる。 As shown in FIG. 11A, in the current sensor 1, a thermal silicon oxide film 12 that is an insulating layer is formed on a substrate 11 (wafer). An aluminum oxide film 13 is formed on the thermal silicon oxide film 12. The aluminum oxide film 13 can be formed by a method such as sputtering. Further, a silicon substrate or the like is used as the substrate 11.

アルミニウム酸化膜１３上には、分割予定のセンサチップ毎に磁気抵抗効果素子２１が形成される。このとき、各センサチップに２つの磁気抵抗効果素子２１によって磁界検出用のハーフブリッジ回路が作り込まれる。磁気抵抗効果素子２１としては、ＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）などを用いることができる。例えば、ＧＭＲ素子として、反強磁性層、固定磁性層、非磁性層、フリー磁性層を有する多層膜で構成されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子やスピンバルブ型ＴＭＲ素子を用いることができる。 On the aluminum oxide film 13, a magnetoresistive effect element 21 is formed for each sensor chip to be divided. At this time, a half-bridge circuit for magnetic field detection is built in each sensor chip by the two magnetoresistive elements 21. As the magnetoresistive effect element 21, a TMR element (tunnel type magnetoresistive effect element), a GMR element (giant magnetoresistive effect element), etc. can be used. For example, as the GMR element, a spin valve type GMR element or a spin valve type TMR element constituted by a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a free magnetic layer can be used.

スピンバルブ型ＧＭＲ素子としては、ミアンダ形状を有するＧＭＲ素子である。このミアンダ形状においては、リニアリティを考慮すると、ピン（Ｐｉｎ）方向の幅Ｄが０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。このようなミアンダ形状にすることにより、ホール素子よりも少ない端子数（２端子）で磁気抵抗効果素子の出力を採ることができる。また、スピンバルブ型ＴＭＲ素子としては、リニアリティを考慮すると、ピン方向の幅が０．５μｍ〜１０μｍの長方形であることが好ましい。 The spin valve GMR element is a GMR element having a meander shape. In this meander shape, in consideration of linearity, the width D in the pin direction is preferably 0.5 μm to 10 μm. By adopting such a meander shape, the output of the magnetoresistive effect element can be taken with a smaller number of terminals (two terminals) than the Hall element. In addition, the spin valve TMR element is preferably a rectangle having a width in the pin direction of 0.5 μm to 10 μm in consideration of linearity.

図１１Ｂに示すように、各磁気抵抗効果素子２１の素子部２６の延在方向の両側方には、ハードバイアス層２２が形成される。ハードバイアス層２２は、アルミニウム酸化膜１３上に絶縁層（不図示）を介して積層される。ハードバイアス層２２は、磁気抵抗効果素子２１の素子部２６に直交する一方向（紙面に対して直交方向）に磁界が印加される。ハードバイアス層２２は、上記したハードバイアス構成で形成されており、着磁方向に対して直交方向に漏洩磁界を発生させる。この場合、ハードバイアス層２２は、隣接する磁気抵抗効果素子２１間で逆向きに漏洩磁界を発生させるように形成されている。このため、隣接する磁気抵抗効果素子２１のフリー磁性層には、素子部２６に平行なバイアス磁界が逆向きに印加される。 As shown in FIG. 11B, hard bias layers 22 are formed on both sides in the extending direction of the element portion 26 of each magnetoresistive effect element 21. The hard bias layer 22 is laminated on the aluminum oxide film 13 via an insulating layer (not shown). The hard bias layer 22 is applied with a magnetic field in one direction orthogonal to the element portion 26 of the magnetoresistive effect element 21 (direction orthogonal to the paper surface). The hard bias layer 22 is formed with the hard bias configuration described above, and generates a leakage magnetic field in a direction orthogonal to the magnetization direction. In this case, the hard bias layer 22 is formed so as to generate a leakage magnetic field in the opposite direction between the adjacent magnetoresistive elements 21. For this reason, a bias magnetic field parallel to the element portion 26 is applied to the free magnetic layer of the adjacent magnetoresistive element 21 in the reverse direction.

図１１Ｃに示すように、磁気抵抗効果素子２１及びハードバイアス層２２を形成したアルミニウム酸化膜１３上には、絶縁層としてポリイミド層１４が形成される。ポリイミド層１４は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。ポリイミド層１４上には、保護膜としてシリコン酸化膜１５が形成される。シリコン酸化膜１５は、例えば、スパッタリング等の方法により成膜することができる。そして、このように回路パターンが作り込まれた基板は、ダイシングによって個々のセンサチップ２に分割され、一対のセンサチップ２をリードフレームにダイボンディングすることで電流センサ１が形成される。 As shown in FIG. 11C, a polyimide layer 14 is formed as an insulating layer on the aluminum oxide film 13 on which the magnetoresistive effect element 21 and the hard bias layer 22 are formed. The polyimide layer 14 can be formed by applying and curing a polyimide material. A silicon oxide film 15 is formed on the polyimide layer 14 as a protective film. The silicon oxide film 15 can be formed by a method such as sputtering. The substrate on which the circuit pattern is thus formed is divided into individual sensor chips 2 by dicing, and the current sensor 1 is formed by die-bonding the pair of sensor chips 2 to the lead frame.

このように形成された電流センサ１では、被測定電流からの誘導磁界の印加方向（理想感度軸方向）に対して感度軸方向が傾くようにセンサチップ２が配置された場合でもセンサ出力の直線性の低下が抑制される。すなわち、一方の磁気抵抗効果素子２１ａのフリー磁性層では、誘導磁界に対してバイアス磁界がプラス方向に作用し、他方の磁気抵抗効果素子２１ｂのフリー磁性層では、誘導磁界に対してバイアス磁界がマイナス方向に作用する。したがって、バイアス磁界のオフセット成分によって一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの感度が互いに逆向き変化するため、一対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの感度変化が相殺されてセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 In the current sensor 1 thus formed, even if the sensor chip 2 is arranged so that the sensitivity axis direction is inclined with respect to the direction of application of the induced magnetic field from the current to be measured (ideal sensitivity axis direction), the sensor output straight line The decline in sex is suppressed. That is, in the free magnetic layer of one magnetoresistive effect element 21a, a bias magnetic field acts in the positive direction with respect to the induced magnetic field, and in the free magnetic layer of the other magnetoresistive effect element 21b, the bias magnetic field is applied to the induced magnetic field. Acts in the negative direction. Therefore, the sensitivity of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b changes in opposite directions due to the offset component of the bias magnetic field, so that the change in sensitivity of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b is canceled and the linearity of the sensor output is reduced. Is suppressed.

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における各素子の接続関係、大きさなどは適宜変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態においては、磁気比例式電流センサを例示して説明しているが、この構成に限定されない。本発明は、磁気平衡式電流センサに適用することも可能である。また、本実施の形態では、フルブリッジ回路の２つのセンサ出力の差動出力を得る構成としたが、この構成に限定されない。電流センサは、ハーフブリッジ回路の１つのセンサ出力を得るものであってもよい。また、本実施の形態では、各センサチップに形成されたハーフブリッジ回路を２つ組み合わせてフルブリッジ回路を形成する構成としたが、この構成に限定されない。１つのセンサチップにフルブリッジ回路を形成してもよい。これらの構成であっても、センサ出力の直線性の低下を抑制することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, the connection relationship, size, and the like of each element in the above embodiment can be changed as appropriate. In the above embodiment, a magnetic proportional current sensor is described as an example, but the present invention is not limited to this configuration. The present invention can also be applied to a magnetic balance type current sensor. In this embodiment, the differential output of the two sensor outputs of the full bridge circuit is obtained. However, the present invention is not limited to this configuration. The current sensor may obtain one sensor output of the half bridge circuit. Further, in this embodiment, the full bridge circuit is formed by combining two half bridge circuits formed in each sensor chip. However, the present invention is not limited to this configuration. A full bridge circuit may be formed in one sensor chip. Even with these configurations, it is possible to suppress a decrease in linearity of the sensor output. In addition, the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.

本発明は、電気自動車やハイブリッドカーのモータ駆動用の電流の大きさを検出する電流センサに適用することが可能である。 The present invention can be applied to a current sensor that detects the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid car.

本出願は、２０１１年６月１３日に出願の特願２０１１−１３１１８６に基づく。この内容は、全てここに含めておく。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2011-131186 of application on June 13, 2011. FIG. All this content is included here.

Claims

A pair of magnetoresistive elements provided on the same sensor chip so as to form a half-bridge circuit, each having a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field;
A hard bias layer for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer,
The current sensor, wherein the hard bias layer causes a bias magnetic field to act on the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements in opposite directions.

The current sensor according to claim 1, further comprising a full bridge circuit including a plurality of the half bridge circuits formed by the pair of magnetoresistive effect elements.

The magnetoresistive effect element is formed in a meander shape in which a plurality of element parts extending in a strip shape are arranged in parallel, and adjacent element parts are connected by a conductive part,
The plurality of element portions are sandwiched between a pair of the hard bias layers in the extending direction,
The pair of hard bias layers are magnetized in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the element portions, and one hard bias layer has a leakage magnetic field parallel to the extending direction of the element portions. A side surface that intersects with the magnetization direction is provided so as to be generated, and the other hard bias layer is provided with a side surface that intersects with the magnetization direction so as to absorb the leakage magnetic field from each element portion, 3. The current sensor according to claim 1, wherein a bias magnetic field is applied to the free magnetic layer by a leakage magnetic field acting on each of the element portions.

The pair of hard bias layers is provided for each of the plurality of element portions,
The pair of hard bias layers are formed in a triangle in a plan view, and in one hard bias layer, a side surface adjacent to one end of the element portion is inclined so as to be away from the one end toward the magnetization direction, and the other 4. The current sensor according to claim 3, wherein a side surface adjacent to the other end of the element portion in the hard bias layer is inclined so as to approach the other end in a magnetization direction.

The pair of hard bias layers is provided for each of the plurality of element portions,
The pair of hard bias layers are formed in a circular shape in plan view. In one hard bias layer, a substantially first half portion in the magnetization direction is adjacent to one end of the element portion, and in the other hard bias layer, the magnetization direction. 4. The current sensor according to claim 3, wherein a substantially second half portion is adjacent to the other end of the element portion.

The pair of hard bias layers is provided for each of the plurality of terminal portions,
The pair of hard bias layers are formed in a parallelogram in plan view, and one hard bias layer is inclined so that a side surface adjacent to one end of the element portion is away from the one end toward the magnetization direction, 4. The current sensor according to claim 3, wherein in the other hard bias layer, a side surface adjacent to the other end of the element portion is inclined so as to approach the other end in the magnetization direction.

The pair of hard bias layers shared with the plurality of terminal portions are provided,
The pair of hard bias layers are formed in a parallelogram shape that is long in the magnetization direction in a plan view, and extend in parallel with the plurality of terminal portions interposed therebetween,
The current sensor according to claim 3, wherein a distance between both ends of the plurality of terminal portions and side surfaces of the pair of hard bias layers adjacent to the both ends is formed between the plurality of terminals. .

The pair of hard bias layers is provided for each element portion,
The current sensor according to claim 3, wherein the pair of hard bias layers are stacked on the terminal portion.