(57)【要約】【課題】  フィードバックコイルの上に形成されるシールド層を平坦な状態に形成して絶縁層の亀裂を防止し、さらにシールド層の飽和磁化を高めることができる電流検知装置を提供する。【解決手段】  基板２の上に磁気検知部１１，１２，１３，１４と、これらを覆う下部絶縁層４が形成されている。下部絶縁層４の上にフィードバックコイル３０の対向検知部３０ａを形成する複数条のコイル層３５が形成され、コイル層３５の両側に高さ調整層３６，３７が形成されている。コイル層３５と高さ調整層３６，３７が上部絶縁層９で覆われ、その上にシールド層３が形成されている。そのため、シールド層３をほぼ平坦な状態に形成することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定される電流が流れる電流路と、平面的な螺旋パターンに形成されたコイル層と、前記コイル層に対向する磁気検知部と、前記電流路と前記コイル層との間に形成されたシールド層と、前記磁気検知部の検知出力の増減に応じて前記コイル層に与える電流を制御するコイル通電部と、前記コイル層に流れる電流量を検知する電流検知部、とを有しており、
前記磁気検知部を覆う下部絶縁層の上に、螺旋パターンを構成するために複数条に並ぶ前記コイル層と、複数条の前記コイル層の両側に配置された非磁性金属で形成された高さ調整層と、前記コイル層と前記高さ調整層を覆う無機材料で形成された上部絶縁層とが設けられており、
前記上部絶縁層の上に形成された前記シールド層が、複数条の前記コイル層と前記高さ調整層の双方を覆っており、前記シールド層の両側部が前記高さ調整層の上方に位置していることを特徴とする電流検知装置。
【請求項２】
前記コイル層と前記高さ調整層とが同じ高さに形成されている請求項１記載の電流検知装置。
【請求項３】
前記コイル層と前記高さ調整層が共にメッキ層である請求項１または２記載の電流検知装置。
【請求項４】
前記コイル層と前記支持装置が同じ導電性金属材料で形成されている請求項３記載の電流検知装置。
【請求項５】
前記高さ調整層は、前記コイル層に流れる電流に沿う方向の長さ寸法が、前記シールド層の前記方向の長さ寸法よりも大きい請求項１ないし４のいずれかに記載の電流検知装置。
【請求項６】
複数条に配置されたそれぞれの前記コイル層の電流方向と交差する方向の幅寸法よりも、前記高さ調整層の前記方向の幅寸法の方が大きい請求項１ないし５のいずれかに記載の電流検知装置。
【請求項７】
前記シールド層は、その縦方向に延びて前記高さ調整層の上方に位置する前記両側部と、横方向に延びて前記コイル層を流れる電流を横断する両端部とを有し、前記シールド層は、縦方向の寸法が横方向の寸法よりも大きく形成されており、
前記両端部の平面形状は、横方向の全長にわたって縦方向へ突出する曲線形状である請求項１ないし６のいずれかに記載の電流検知装置。
【請求項８】
前記両端部の平面形状は、ほぼ半円弧形状である請求項７記載の電流検知装置。
【請求項９】
前記磁気検知部の感度軸方向が横方向である請求項７または８記載の電流検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィードバックコイルを使用したいわゆる磁界平衡式の電流検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはいわゆる磁界平衡式の電流検知装置に関する発明が記載されている。
この電流検知装置は、測定される電流が通過する導体に磁気抵抗効果素子とフィードバックコイルとが対向している。導体に流れる被測定電流で励起された電流磁界は磁気抵抗効果素子で検知され、その検知出力の大きさに対応したフィードバック電流が前記フィードバックコイルに与えられるように制御される。フィードバックコイルから磁気抵抗効果素子へは、前記電流磁界とは逆向きのキャンセル磁界が与えられ、電流磁界とキャンセル磁界とが平衡状態となったときに、フィードバックコイルに流れている電流が検知され、電流の検知出力が被測定電流の測定値となる。【０００３】
特許文献１に記載の電流検知装置は、その図４に示されているように、被測定電流が流れる導体とフィードバックコイルとの間にシールド層が形成されている。シールド層を設けると、被測定電流で誘導された電流磁界の強度が弱められて磁気抵抗効果素子に与えられるため、磁気抵抗効果素子で検知することができる被測定電流の強度幅が広がり、電流磁界を測定するためのダイナミックレンジを広げることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５３９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された電流検知装置を製造するには、基板上に、磁気抵抗効果素子と、これを覆う下部絶縁層と、前記下部絶縁層上に位置するフィードバックコイルと、前記フィードバックコイルを覆う上部絶縁層を順番に積層し、前記上部絶縁層の上にフィードバックコイルを覆うようにシールド層をメッキ工程で形成することが必要である。【０００６】
フィードバックコイルを覆う前記上部絶縁層は有機絶縁層で形成することが可能であるが、有機絶縁層は吸湿性であるため、上部絶縁層に接しているフィードバックコイルやシールド層を劣化させるおそれがある。また、有機絶縁層は水分を吸収すると膨潤する性質を有しているため、磁気抵抗効果素子やフィードバックコイルなどに対して応力が付与されることになり、上部絶縁層とシールド層との境界部の接合強度が低下する可能性も高くなる。【０００７】
そこで、前記上部絶縁層をＳｉ−Ｎｘなどの無機材料で形成することが好ましいが、無機材料の絶縁層をＣＶＤ法やスパッタ法で形成すると、フィードバックを構成するコイル層が比較的高い寸法を有しているため、フィードバックコイルの両側部で、コイル層の上面からその両外側にかけて上部絶縁層の表面に比較的大きな段差が形成されるのを避けることができない。前記シールド層はフィードバックコイルを覆う幅寸法に形成することが必要であるため、シールド層の両側部も、上部絶縁層の表面の前記段差を覆うように形成されることになる。【０００８】
磁気検知装置の製造過程では、シールド層が形成された後に、パッケージ用の樹脂の焼成工程などの加熱工程があり、さらに完成後の磁気検知装置をマザー基板に半田付けする工程でも加熱工程を経ることになる。無機材料で形成された上部絶縁層と金属材料を用いてメッキ工程で形成されたシールド層とでは線膨張係数の差が大きいため、それぞれの加熱工程後の冷却過程で、上部絶縁層とシールド層との境界部に熱応力が作用しやすい。【０００９】
前述のように、上部絶縁層を無機材料で形成すると、フィードバックコイルの両側部で上部絶縁層に段差が形成されやすく、この段差の上にシールド層が変形した状態で重なる構造になる。このような積層構造では、上部絶縁層とシールド層との間の熱応力が両層の段差部分に集中することになり、応力の集中により上部絶縁層の段差部に亀裂が発生する問題が生じやすくなる。【００１０】
また、上部絶縁層の表面に段差が形成されると、シールド層の両側部にも段差状の変形部が形成されることになる。シールド層の両側部に変形部が形成されると、シールド層の幅方向すなわち磁気抵抗効果素子の感度軸方向の異方性磁界Ｈｋが低下することになり、シールド層の同方向の飽和磁化が低下する。その結果、シールド効果が低下して、測定電流のダイナミックレンジを狭めることになる。【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、フィードバックコイルを覆う上部絶縁層とその上に形成されるシールド層との接合部に大きな段差部が形成されない積層構造を採用することにより、熱応力による上部絶縁層の亀裂の発生を抑制できるようにした電流検知装置を提供することを目的としている。【００１２】
また、本発明は、シールド層を平坦形状に形成しやすくして、磁気検知部の感度軸方向の飽和磁化の低下を抑制できるようにした電流検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電流検知装置は、測定される電流が流れる電流路と、平面的な螺旋パターンに形成されたコイル層と、前記コイル層に対向する磁気検知部と、前記電流路と前記コイル層との間に形成されたシールド層と、前記磁気検知部の検知出力の増減に応じて前記コイル層に与える電流を制御するコイル通電部と、前記コイル層に流れる電流量を検知する電流検知部、とを有しており、
前記磁気検知部を覆う下部絶縁層の上に、螺旋パターンを構成するために複数条に並ぶ前記コイル層と、複数条の前記コイル層の両側に配置された非磁性金属で形成された高さ調整層と、前記コイル層と前記高さ調整層を覆う無機材料で形成された上部絶縁層とが設けられており、
前記上部絶縁層の上に形成された前記シールド層が、複数条の前記コイル層と前記高さ調整層の双方を覆っており、前記シールド層の両側部が前記高さ調整層の上方に位置していることを特徴とするものである。【００１４】
本発明の電流検知装置では、前記コイル層と前記高さ調整層とが同じ高さに形成されていることが好ましい。【００１５】
本発明の電流検知装置は、前記コイル層と前記高さ調整層が共にメッキ層であることが好ましく、さらに、前記コイル層と前記支持装置が同じ導電性金属材料で形成されていることが好ましい。【００１６】
本発明の電流検知装置では、前記高さ調整層は、前記コイル層に流れる電流に沿う方向の長さ寸法が、前記シールド層の前記方向の長さ寸法よりも大きいものである。【００１７】
また本発明の電流検知装置は、複数条に配置されたそれぞれの前記コイル層の電流方向と交差する方向の幅寸法よりも、前記高さ調整層の前記方向の幅寸法の方が大きいものである。【００１８】
本発明の電流検知装置は、前記シールド層は、その縦方向に延びて前記高さ調整層の上方に位置する前記両側部と、横方向に延びて前記コイル層を流れる電流を横断する両端部とを有し、前記シールド層は、縦方向の寸法が横方向の寸法よりも大きく形成されており、
前記両端部の平面形状は、横方向の全長にわたって縦方向へ突出する曲線形状であることが好ましい。【００１９】
また、本発明の電流検知装置は、前記両端部の平面形状が、ほぼ半円弧形状であることが好ましい。
本発明の電流検知装置では、前記磁気検知部の感度軸方向が横方向である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電流検知装置は、螺旋パターンを構成する複数条のコイル層と、その両側に形成された高さ調整層が無機材料の上部絶縁層で覆われ、上部絶縁層の上で、シールド層がコイル層と高さ調整層の双方を覆うように形成されている。したがって、複数条のコイル層の両側部において、上部絶縁層とシールド層との接合境界部に段差部が形成されるのを防止でき、上部絶縁層とシールド層との間に熱応力が発生しても、その熱応力が部分的に集中するのを避けることができ、上部絶縁層に亀裂などが発生しにくくなる。【００２１】
また、シールド層はほぼ平面に近い形状に形成できるため、磁気検知部の感度軸方向でのシールド層の飽和磁化の低下を防止でき、測定できる電流のダイナミックレンジの低下を阻止することが可能になる。さらに、シールド層をほぼ平面に近い形状に形成できるため、検知出力の線形性（リニアリティ）を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の電流検知装置を示す平面図、
【図２】図１に示す電流検知装置に使用されているフィードバックコイルと高さ調整層およびシールド層を示す平面図、
【図３】図１に示す電流検知装置に装備されている磁気検知部とその配線構造を示す平面図、
【図４】図１に示す電流検知装置に使用されているフィードバックコイルと高さ調整層およびシールド層を示す部分斜視図、
【図５】図４をＶ−Ｖ線で切断した断面図、
【図６】比較例の電流検知装置を示す図５と同じ断面図、
【図７】（Ａ）は本発明の実施の形態の電流検知装置に使用されているシールド層を示す斜視図、（Ｂ）は図６に示す比較例の電流検知装置に使用されているシールド層を示す斜視図、
【図８】電流検知装置の回路図、
【図９】シールド層の異方性磁界Ｈｋを説明する線図、
【図１０】検知出力のフルスケール（ＦＳ）の線形性を説明する線図、
【図１１】（Ａ）は、本発明の実施の形態の電流検知装置の検知出力の線形線を評価した棒グラフ、（Ｂ）は、図７（Ｂ）に示す比較例のシールド層を使用した電流検知装置の検知出力の線形線を評価した棒グラフ、
【図１２】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施の形態の電流検知装置に設けられたシールド層を実施例別に示した平面図、
【図１３】図１２（Ａ）（Ｂ）に示したシールド層の感度軸方向のＨｋを比較した線図、
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態の電流検知装置１は、図１と図３に示す電流路４０を流れる被測定電流Ｉ０の電流量を検知するためのものであり、磁気検知部１１，１２，１３，１４と、フィードバックコイル３０、および電流路４０とフィードバックコイル３０との間に形成されたシールド層３を有している。
【００２４】
図５の断面図に示すように、電流検知装置１は、基板２を有している。基板２はシリコン（Ｓｉ）基板である。基板２の表面２ａは平坦面であり、この表面２ａに、磁気検知部１１，１２，１３，１４が形成されている。
【００２５】
図１と図３に示すように、磁気検知部１１，１２，１３，１４はＸ方向へ等間隔で配置されている。前記電流路４０はＸ方向に延びており、被測定電流Ｉ０が図示右方向へ流れている。図５に示すように、電流路４０は基板２の上方に離れた位置にあり、電流路４０は、全ての磁気検知部１１，１２，１３，１４と、その上に形成されているフィードバックコイル３０の対向検知部３０ａに対向している。
【００２６】
図１と図３に、磁気検知部１１，１２，１３，１４の配置構造と配線構造が示され、図８にはその回路図が示されている。
【００２７】
図１と図３の図示左側の端部に位置する磁気検知部１１と図示右側の端部に位置する磁気検知部１３に配線路５が接続されており、配線路５の端末部に接続ランド部５ａが形成されている。磁気検知部１１と磁気検知部１２は直列に接続され、磁気検知部１３と磁気検知部１４は直列に接続されている。中央に位置する磁気検知部１２と磁気検知部１４にはそれぞれ配線路６が接続されており、それぞれの配線路６の端末部に接続ランド部６ａが形成されている。
【００２８】
直列に接続されている磁気検知部１１と磁気検知部１２の中間に配線路７が接続され、直列に接続されている磁気検知部１３と磁気検知部１４の中間に配線路８が接続されている。配線路７の端末部に接続ランド部７ａが形成され、配線路８の端末に接続ランド部８ａが形成されている。
【００２９】
前記配線路５，６，７，８は基板２の表面２ａに形成された金や銅などの導電層で形成されている。前記接続ランド部５ａ，６ａ，７ａ，８ａも金などの導電層で形成されている。
【００３０】
それぞれの磁気検知部１１，１２，１３，１４は、Ｙ方向の幅寸法よりもＸ方向の長手寸法が大きいストライプ形状の複数本の磁気抵抗効果素子により構成されている。磁気検知部１２，１３，１４では、複数本のストライプ形状の磁気抵抗効果素子がいわゆるミアンダパターンで配列されて直列に接続されている。そして、ミアンダパターンの磁気抵抗効果素子の端部が、前記配線路５，６，７，８のいずれかに接続されている。
【００３１】
磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果を発揮する巨大磁気抵抗効果素子層（ＧＭＲ層）であり、基板２の表面２ａに形成された絶縁下地層の上に、固定磁性層と非磁性層とフリー磁性層が順に積層され、フリー磁性層の表面が保護層で覆われている。これらの層はＣＶＤやスパッタ工程で形成され、その後にエッチングでストライプ形状に形成される。さらにストライプ形状の磁気抵抗効果素子をミアンダパターンに接続する接続導電層が形成される。
【００３２】
固定磁性層とフリー磁性層は長手方向がＸ方向に向けられたストライプ形状であり、固定磁性層の磁化がＹ方向に向けて固定されている。
【００３３】
図３に、固定磁性層の磁化の固定方向Ｐが矢印で示されている。磁化の固定方向Ｐがそれぞれの磁気抵抗効果素子の感度軸方向であり、磁気検知部１１，１２，１３，１４の感度軸方向である。磁気検知部１１と１４に設けられた磁気抵抗効果素子は磁化の固定方向Ｐが同じであり、共に感度軸が図示下向きである。磁気検知部１２と１３に設けられた磁気抵抗効果素子は磁化の固定方向Ｐが同じであり、共に感度軸が図示上向きである。
【００３４】
前記磁気抵抗効果素子では、フリー層の磁化が形状異方性やバイアス磁界によってＸ方向に揃えられている。それぞれの磁気検知部において、感度軸（Ｐ方向）方向に沿う向きの外部磁界が与えられると、フリー磁性層においてＸ方向に揃えられていた磁化の向きがＹ方向へ向けて傾けられる。フリー磁性層の磁化のベクトルと磁化の固定方向Ｐとの角度が小さくなると、磁気抵抗効果素子の電気抵抗が低下し、フリー磁性層の磁化のベクトルと磁化の固定方向Ｐとの角度が大きくなると、磁気抵抗効果素子の抵抗値が大きくなる。
【００３５】
図８の回路図に示すように、配線路５に電源Ｖｄｄが接続され、配線路６，６が接地電位に設定されて、磁気検知部１１，１２，１３，１４で構成されているブリッジ回路に定電圧が印加されている。配線路８からは中点電圧Ｖ１が得られ、配線路７からは中点電位Ｖ２が得られる。
【００３６】
図５に示すように、磁気検知部１１，１２，１３，１４と配線路５，６，７，８は、下部絶縁層４で覆われている。下部絶縁層４は窒化シリコン（Ｓｉ−Ｎｘ）であり、ＣＶＤ法により形成されている。
【００３７】
図５に示すように、下部絶縁層４の表面４ａ上にフィードバックコイル３０が形成されている。図１と図２にフィードバックコイル３０の平面パターンが示されている。フィードバックコイル３０は、一方のランド部３１から他方のランド部３２に向けて時計回りの螺旋状に巻かれて形成されており、磁気検知部１１，１２，１３，１４の上に位置し且つ電流路４０に対向する部分が対向検知部３０ａとなっている。
【００３８】
図５には対向検知部３０ａが形成されている領域の断面が示されている。フィードバックコイル３０は、断面がほぼ長方形の１条のコイル層３５が螺旋状のパターンで平面的に巻かれたものであり、対向検知部３０ａでは、周回する前記コイル層３５がＹ方向に複数条並んでいる。対向検知部３０ａでは、複数条のコイル層３５がＹ方向に一定の間隔を空けてＸ方向へ直線的に平行に形成されている。
【００３９】
コイル層３５はメッキ層であり、低抵抗の非磁性金属層である金で形成されている。ただし、コイル層３５は銅など他の金属で形成してもよい。コイル層３５の断面形状は、幅寸法Ｗ１が１５〜４０μｍ程度であり、高さ寸法Ｈ１は前記Ｗ２と同等かまたはわずかに大きい。
【００４０】
図２と図４および図５に示すように、下部絶縁層４の表面４ａでは、複数条のコイル層３５を有している対向検知部３０ａのＹ方向の外側に、高さ調整層３６が形成されており、対向検知部３０ａのＹ方向の内側に、高さ調整層３７が形成されている。高さ調整層３６と高さ調整層３７は、非磁性金属材料で形成されたメッキ層であり、好ましくはコイル層３５と同じ金属材料でコイル層３５と同じメッキ工程で形成されている。ただし、高さ調整層３６，３７はコイル層３５と異なる金属である例えばアルミニウムなどで、コイル層３５と別の工程で形成されてもよい。
【００４１】
図５に示すように、高さ調整層３６，３７の高さ寸法Ｈ２は、コイル層３５の高さ寸法Ｈ１と同じである。高さ調整層３６，３７のＹ方向の幅寸法Ｗ２はコイル層３５のＹ方向の幅寸法Ｗ１よりも十分に大きく形成されている。高さ調整層３６，３６とこれに隣接するコイル層３５とのＹ方向の間隔δ２は、対向検知部３０ａにおいて隣り合うコイル層３５の間隔δ１と同じかそれ以下であることが好ましい。
【００４２】
図５に示すように、複数条に並ぶコイル層３５とその両側に位置する高さ調整層３６，３７の上に上部絶縁層９が形成されている。上部絶縁層９は窒化シリコン（Ｓｉ−Ｎｘ）層であり、ＣＶＤ法により形成されている。図４には、フィードバックコイル３０を構成するコイル層３５と、高さ調整層３６，３７とが上部絶縁層９で覆われた状態の外観が示されている。上部絶縁層９がＣＶＤ法で形成された結果、その表面では、コイル層３５の真上に膨らみ９ａが形成され、隣り合うコイル層３５の間および高さ調整層３６，３７とコイル層３５との間に凹部９ｂが形成される。
【００４３】
図６には、高さ調整層３６，３７を有していない比較例が示されている。この比較例に示すように、上部絶縁層９がＣＶＤ法で形成されると、あるいはスパッタ法で形成されると、複数条のコイル層３５が並ぶ領域のＹ方向の両側において、上部絶縁層９の表面に段差９ｃが形成される。これに対し、本発明の実施の形態では、図４と図５に示すように、コイル層３５の両側に高さ調整層３６，３７を設けることにより、複数条のコイル層３５が並ぶ領域のＹ方向の両側において、上部絶縁層９の表面に大きな段差が形成されることがない。
【００４４】
図５に示すように、上部絶縁層９の表面にシールド層３が形成される。シールド層３はＮｉ−Ｆｅ合金（ニッケルー鉄合金）などの磁性金属材料で形成されたメッキ層である。図５に示すように、シールド層３はフィードバックコイル３０を構成する複数条のコイル層３５とその両側の高さ調整層３６，３７の双方を覆ってＹ方向へ連続して形成されている。
【００４５】
シールド層３のＹ方向に向く両側部３ａは、コイル層３５が形成されている領域よりもＹ方向の外側に位置し、両側部３ａは、高さ調整層３６，３７の真上に位置している。図５に示すように、シールド層３と高さ調整層３６，３７とが重なっている領域のＹ方向の幅寸法Ｗａは、高さ調整層３６，３７とコイル層３５との間隔δ２よりも大きくなるように形成されている。
【００４６】
その結果、図４と図７（Ａ）に示すように、シールド層３は横方向（Ｙ方向）に向く幅寸法Ｗｓの全長において大きな変形部が形成されずにほぼ平面的に形成することが可能になる。図１に示すように、シールド層３は、全ての磁気検知部１１，１２，１３，１４を上方から覆い、且つフィードバックコイル３０の対向検知部３０ａを覆っている。図２に示すように、高さ調整層３６，３７は、シールド層３のＸ方向の両側部３ａ，３ａよりも、Ｘ方向の両側へ突出する範囲に形成されている。そのため、シールド層３はＸ方向においても段差による変形部が形成されておらず、Ｘ方向においても平坦な形状に形成されている。
【００４７】
シールド層３が形成された後も電流検知装置１は加熱工程を複数回経ることになる。例えば、加熱工程は、有機絶縁層のキュア工程やパッケージ工程での樹脂の焼成工程などであり、さらには電流検知装置１がマザー基板に実装される際の半田付け工程などである。シールド層３を構成するＮｉ−Ｆｅ合金と、上部絶縁層９を形成する無機材料のＳｉ−Ｎｘは線膨張係数に差があるため、加熱工程後の冷却過程で、シールド層３と上部絶縁層９との境界部に熱応力が発生する。
【００４８】
このとき、図６に示す比較例では、高さ調整層３６，３７が形成されていないために、コイル層３５が形成されている領域のＹ方向の両側において上部絶縁層９の表面に大きな段差９ｃが形成されて、この段差９ｃ上にシールド層３が重ねられた構造となっている。そのため、前記熱応力が段差９ｃの部分に集中し、段差９ｃの部分で上部絶縁層９に亀裂が発生しやすい課題が生じている。
【００４９】
これに対し、図４と図５に示す本発明の実施の形態では、高さ調整層３６，３７を設けることで、上部絶縁層９に段差９ｃが形成されず、シールド層３にも段差による変形部が形成されなくなる。そのため、上部絶縁層９とシールド層３との境界部に大きな応力が集中する場所が存在しなくなり、上部絶縁層９が熱応力で破損するなどの問題が生じにくくなる。
【００５０】
図４と図５に示す本発明の実施の形態の電流検知装置１では、図７（Ａ）に示すように、シールド層３が平坦な形状に形成されるが、図６に示す比較例では、前記段差９ｃの影響により、図７（Ｂ）に示すように、シールド層１０３のＹ方向の両側の端部に変形部１０３ａが形成される。その結果、磁気検知部１１，１２，１３，１４の感度軸の方向（Ｐ方向）であるＹ方向の異方性磁界Ｈｋは、図７（Ａ）に示すシールド層３の方が図７（Ｂ）に示すシールド層１０３よりも大きくなり、実施の形態のシールド層３のＹ方向の飽和磁化が、比較例のシールド層１０３のＹ方向の飽和磁化よりも大きくなる。その結果、本発明の実施の形態の電流検知装置１では、高さ調整層３６，３７を用いることで、シールド層３のＹ方向のシールド効果を高めることができるようになり、被測定電流Ｉ０を検知するためのダイナミックレンジを広げることが可能となる。
【００５１】
図８の回路部に示すように、磁気検知部１１，１２，１３，１４でブリッジ回路が構成されており、配線路８で得られる中点電圧Ｖ１と配線路７で得られる中点電位Ｖ２が、コイル通電部１５に与えられる。コイル通電部１５は、差動増幅部１５ａと補償回路１５ｂとを有している。差動増幅部１５ａはオペアンプを主体として構成されており、入力された中点電圧Ｖ１とＶ２との差（Ｖ１−Ｖ２）が検出電圧Ｖｄとして求められる。この検出電圧Ｖｄが補償回路１５ｂに与えられ補償電流Ｉｄが生成され、補償電流Ｉｄは、フィードバックコイル３０に与えられる。
【００５２】
なお、差動増幅部１５ａと補償回路１５ｂとが一体となったものが、補償型の差動増幅部と呼ばれることがある。
【００５３】
図８に示すように、フィードバックコイル３０のランド部３１が補償回路１５ｂに接続され、ランド部３２が電流検知部１７に接続されている。電流検知部１７は、フィードバックコイル３０に接続された抵抗１７ａと、抵抗１７ａに作用する電圧を検知する電圧検知部１７ｂとを有している。
【００５４】
次に、電流検知装置１の動作を説明する。
図８に示すように、電流路４０においてＸ方向へ流れる被測定電流Ｉ０によって測定用の電流磁界Ｈ０が誘導される。この電流磁界Ｈ０は磁気検知部１１，１２，１３，１４に与えられる。電流磁界Ｈ０は、磁気検知部１１と磁気検知部１４の抵抗値を増加させるように作用し、磁気検知部１２と磁気検知部１３の抵抗値を低下させるように作用するため、差動増幅部１５ａの出力値である検出電圧Ｖｄは被測定電流Ｉ０が大きくなるにしたがって増大していく。
【００５５】
補償回路１５ｂからは、フィードバックコイル３０に補償電流Ｉｄが与えられ、フィードバックコイル３０にキャンセル電流Ｉｄ１が流れる。対向検知部３０ａでは、被測定電流Ｉ０とキャンセル電流Ｉｄ１の流れる方向が逆向きであるため、キャンセル電流Ｉｄ１によって、磁気検知部１１，１２，１３，１４に、電流磁界Ｈ０を相殺する向きのキャンセル磁界Ｈｄが作用する。
【００５６】
被測定電流Ｉ０で誘導される電流磁界Ｈ０が、キャンセル磁界Ｈｄよりも大きいときは、配線路８で得られる中点電圧Ｖ１が高くなり、配線路７で得られる中点電位Ｖ２が低くなって、差動増幅部１５ａの出力である検出電圧Ｖｄが高くなる。このとき、補償回路１５ｂでは、キャンセル磁界Ｈｄを増加させて前記検出電圧Ｖｄをゼロに近づけるための補償電流Ｉｄが生成され、この補償電流Ｉｄがフィードバックコイル３０に与えられる。磁気検知部１１，１２，１３，１４に作用するキャンセル磁界Ｈｄと電流磁界Ｈ０とが平衡状態となって、前記検出電圧Ｖｄが所定値以下となったときに、フィードバックコイル３０に流れている電流が図８に示す電流検知部１７で検知され、これが被測定電流Ｉ０の電流測定値となる。
【００５７】
前記電流検知装置１では、電流路４０と磁気検知部１１，１２，１３，１４との間にシールド層３が形成され、被測定電流Ｉ０で誘導される測定用の電流磁界Ｈ０に吸収されるため、磁気検知部１１，１２，１３，１４に与えられる電流磁界Ｈ０が減衰させられる。その結果、磁気検知部１１，１２，１３，１４の磁気抵抗効果素子が磁気飽和するまでの被測定電流Ｉ０の変化の範囲を広げることができ、ダイナミックレンジを広げることが可能になる。
【００５８】
さらに、前記高さ調整層３６，３７を用いることで、シールド層３の変形を少なくし、異方性磁界Ｈｋを大きくして飽和磁化を高めることができるため、シールド層３のシールド効果を高めることができ、ダイナミックレンジをさらに広げることが可能になる。
【００５９】
図５に示すように、実施の形態のシールド層３は、感度軸方向であるＹ方向、すなわち電流磁界Ｈ０が作用する方向で高さ方向の変化がなく、平坦である。そのため、電流磁界Ｈ０の強度の変化に対するシールド層３の磁気吸収効果が比例的となり、電流検知装置１の検知出力の線形性（リニアリティー）を高めることができる。これに対し、図６に示す比較例のシールド層１０３では、段差９ｃの存在により、シールド層１０３の内部に、磁路の屈曲部が形成されている。その影響で、電流磁界Ｈ０の強度の変化に対するシールド層３の磁気吸収効果の比例度が低下し、電流検知装置１の検知出力の線形性（リニアリティー）が低下することになる。
【実施例】
【００６０】
図７（Ａ）（Ｂ）に示すシールド層３，１０３を使用してＹ方向の異方性磁界Ｈｋを測定した。【００６１】
シールド層３とシールド層１０３は、共にＮｉ−Ｆｅ合金で形成したメッキ層である。合金組成は、Ｎｉが８０質量％、Ｆｅが２０質量％である。両シールド層３，１０３は共に厚さ寸法ｔを１６．５μｍとした。図７（Ａ）に示す本発明の実施の形態のシールド層３は、縦方向（Ｘ方向）に延びる両側部３ａ，３ａと、横方向（Ｙ方向）に延びる両端部３ｂ，３ｂを有している。横方向（Ｙ方向）の幅寸法Ｗｓを０．１４ｍｍ、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓを０．８１ｍｍとした。図７（Ｂ）に示す比較例のシールド層１０３は、横方向の幅寸法Ｗｃを０．１４ｍｍとし、縦方向の長さ寸法Ｌｃを０．８１ｍｍとした。比較例のシールド層１０３は、両側部に段差による変形部を有している。変形部は、段差Ｆｈを５．０μｍとし、幅寸法ｆｗを１２μｍとした。【００６２】
シールド層３とシールド層１０３について異方性磁界Ｈｋを実測した。図９は、外部磁界（Ｈ）とシールド層の磁化（Ｍ）との関係を示している。横軸は、感度軸方向（Ｙ方向）に作用する外部磁界の強度であり、縦軸がシールド層の磁化の大きさである。異方性磁界Ｈｋは、シールド層の磁化が飽和するまでの外部磁界（Ｈ）の強度を意味している。【００６３】
異方性磁界Ｈｋの実測値は、図７（Ａ）に示す本発明の実施の形態のシールド層３がＨｋ＝９７．５であり、図７（Ｂ）に示す比較例のシールド層１０３はＨｋ＝７６．４であった。本発明の実施の形態の電流検知装置１では、図７（Ａ）に示すシールド層３が、シールド層１０３に比較して、異方性磁界を大きくでき、その結果として飽和磁化を大きくできるため、電流値の測定のダイナミックレンジを広げることが可能になる。【００６４】
図１１（Ａ）に、図７（Ａ）に示すシールド層３を使用した本発明の実施の形態の電流検知装置１の検知出力の線形性に関するデータが示され、図１１（Ｂ）には、シールド層３を図７（Ｂ）に示す比較例のシールド層１０３に置き換えた電流検知装置の検知出力の線形性に関するデータが示されている。【００６５】
図１０には、電流検知装置１に対して感度軸方向に与えた外部磁界Ｈ（電流磁界Ｈ０）の検知出力のフルスケール（ＦＳ）と、線形性との関係が模式的に示されている。図１０では、外部磁界Ｈと検知出力との理想的な変化が破線の直線で示され、実際に測定された電流検知装置１の検知出力が実線で示されえいる。検知出力（実線）と直線（破線）との出力差の最大値Ａｍａｘを求め、（Ａｍａｘ／ＦＳ）×１００（％）で計算したのが線形性である。【００６６】
図７（Ａ）に示すシールド層３を使用した実施の形態の電流検知装置１を複数個（Ｎ＝１０００個）製造し、個々の電流検知装置１の検知出力の直線性（％）を実測した。同様に、シールド層３を図７（Ｂ）に示すシールド層１０３に置き換えた電流検知装置についても同数（Ｎ＝１０００個）製造し、個々の検知出力について線形性（％）を実測した。【００６７】
図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）では、横軸に実測値である線形性（％）の範囲が０．０１％の幅で区分され、縦軸には、０．０１％幅のそれぞれの区分での実測値の頻度（％）を示している。図１１（Ａ）に示すように、シールド層３を使用した本発明の実施の形態の電流検知装置１は、検知出力の線形性を０．１％以下に抑えることができる。これに対し、図１１（Ｂ）に示すように、シールド層１０３を使用した電流検知装置では、線形性が０．１％を超えるものが発生する。【００６８】
図１２（Ａ）（Ｂ）には、本発明の実施の形態の電流検知装置１に使用される第１実施例のシールド層３Ａと第２実施例のシールド層３Ｂが示されている。【００６９】
図１２（Ｂ）に示す第２実施例のシールド層３Ｂは、図７（Ａ）に示したものと同じであり、厚さ寸法ｔが１６．５μｍ、横方向（Ｙ方向）の幅寸法Ｗｓが０．１４ｍｍ、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓが０．８１ｍｍである。図１２（Ａ）に示す第１実施例のシールド層３Ａは、厚さ寸法ｔが１６．５μｍ、横方向（Ｙ方向）の幅寸法Ｗｓが０．１４ｍｍ、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓが０．６６ｍｍである。第１実施例のシールド層３Ａと第２実施例のシールド層３Ｂは、厚さ寸法ｔと横方向（Ｙ方向）の幅寸法Ｗｓが同じであるが、第１実施例のシールド層３Ａは、第２実施例のシールド層３Ｂよりも、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓが短くなっている。【００７０】
図１２（Ａ）（Ｂ）に示す各実施例のシールド層３Ａ，３Ｂについて、縦方向（Ｘ方向）に向けられている端部３ｂ，３ｂに突状の曲線部（円弧部）Ｒを形成し、Ｒの大きさの変化と異方性磁界Ｈｋとの関係を調べてみた。図１３の破線は、図１２（Ｂ）に示す第２実施例のシールド層３Ｂの端部３ｂに形成されるＲの大きさと、感度軸方向（Ｙ方向）の異方性磁界Ｈｋ（ｍＴ）の変化との関係を示している。図１３の実線は、図１２（Ａ）に示す第１実施例のシールド層３Ａの端部３ｂに形成されるＲの大きさと、感度軸方向（Ｙ方向）の異方性磁界Ｈｋ（ｍＴ）の変化との関係を示している。【００７１】
図１３の横軸は、各シールド層３Ａ，３Ｂの端部３ｂに形成される円弧部Ｒの大きさを示している。図１２に示すシールド層３Ａとシールド層３Ｂのそれぞれについて、円弧部の大きさをＲ＝５μｍ、２０μｍ、５０μｍ、および７０μｍ（０．０７ｍｍ）の順で変化させた。図１３の縦軸は、異方性磁界Ｈｋ（ｍＴ）の大きさを示している。【００７２】
図１２（Ａ）において破線で示し、図１２（Ｂ）において実線で示すように、Ｒ＝５μｍ、２０μｍ、５０μｍの円弧部は、各シールド層３Ａ，３Ｂの側部３ａの辺と端部３ｂの辺とが交わる４箇所の角部に形成される。Ｒ＝７０μｍ（０．０７ｍｍ）になると、図１２（Ａ）において実線で示すように、円弧部が、両端部３ｂ，３ｂにおいて横方向（Ｙ方向）の全長にわたって形成され、両端部３ｂ，３ｂが縦方向（Ｘ方向）へ突出する半円形状となる。図１２（Ｂ）のシールド層３Ｂの場合も、Ｒ＝７０μｍ（０．０７ｍｍ）になると、両端部３ｂ，３ｂが縦方向（Ｘ方向）へ突出する半円形状となる。【００７３】
図１３において破線で示すように、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓが０．８１ｍｍである第２実施例のシールド層３Ｂは、Ｒの大きさを５μｍから７０μｍまで順に大きくしても、異方性磁界Ｈｋに大きな差が表れない。これに対し、図１３において実線で示すように、縦方向（Ｘ方向）の長さ寸法Ｌｓが０．６６ｍｍである第１実施例のシールド層３は、Ｒを大きくするにしたがって、異方性磁界Ｈｋを大きく向上させることができる。そして、第１実施例のシールド層３Ａにおいて、Ｒ＝７０μｍとし、端部３ｂを全長にわたって突曲線とし、半円形にすると、異方性磁界Ｈｋを、第２実施例のシールド層３Ｂと同等まで向上させることができ、飽和磁界を大きくすることができる。【００７４】
Ｒが大きいと異方性磁界Ｈｋが大きくなる理由は、Ｒが大きくなると、シールド層３の端部３ｂにおいて、感度軸方向（Ｙ方向）に対して非平行となる領域がＸ方向に広がって、端部３ｂでの磁気異方性が高まるからと予測される。端部３ｂに形成される円弧部のＲを同じ大きさにしても、第１実施例のシールド層３Ａが第２実施例のシールド層３Ｂよりも異方性磁界Ｈｋが大きくなるのは、シールド層３の長さ寸法Ｌｓと幅寸法Ｗｓとの比、Ｌｓ／Ｗｓが小さいほど、端部３ｂの形状が磁気異方性に寄与する割合が高くなるからと考えられる。【００７５】
図１２（Ａ）（Ｂ）から、幅寸法Ｗｓが０．１４ｍｍの場合に、長さ寸法Ｌｓが０．７ｍｍ以下になれば、端部３ｂを突曲線とすることの効果が高まることが分かる。よって、Ｌｓ／Ｗｓのアスペクト比は、０．７／０．１４以下、すなわちＬｓ／Ｗｓが５以下であることが好ましい。さらに、端部３ｂは横方向の全長にわたって突曲線形状であることが好ましく、半円形であることが最も好ましい。このように、端部３ｂに突曲線部を形成することで、シールド層３の面積が小さくても飽和磁界を大きくすることができる。よって、電流検知装置の小型化を促進できるようになる。
【符号の説明】
【００７６】
１  電流検知装置
３  シールド層
３ａ  側部
３ｂ  端部
４  下部絶縁層
５，６，７，８  配線層
９  上部絶縁層
１１，１２，１３，１４  磁気検知部
１７  電流検知部
３０  フィードバックコイル
３０ａ  対向検知領域
３５  コイル層
３６，３７  高さ調整層
４０  電流路
Ｈ０  電流磁界
Ｈｄ  キャンセル磁界
Ｉ０  被測定電流
Ｉｄ  キャンセル電流
Ｐ  感度軸の方向
【図１】
2017064921.tif 000003
【図２】
2017064921.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017064921.tif 000006
【図５】
2017064921.tif 000007
【図６】
2017064921.tif 000008
【図７】
2017064921.tif 000009
【図８】
2017064921.tif 000010
【図９】
2017064921.tif 000011
【図１０】
2017064921.tif 000012
【図１１】
2017064921.tif 000013
【図１２】
2017064921.tif 000014
【図１３】
2017064921.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月20日(2018.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記コイル層と前記高さ調整層が同じ導電性金属材料で形成されている請求項３記載の電流検知装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の電流検知装置は、前記コイル層と前記高さ調整層が共にメッキ層であることが好ましく、さらに、前記コイル層と前記高さ調整層が同じ導電性金属材料で形成されていることが好ましい。
【国際調査報告】
2017064921.tif 000016
2017064921.tif 000017
2017064921.tif 000018
2017064921.tif 000019