(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
前記第２面を下側の面とし、前記測定面を突出面とする凸部構造を備え、
前記第２配線を平面視したときに、複数の前記第２配線が、前記突出面を挟んで前記第１配線と平行に配置される磁気センサ。
【請求項２】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
基板と、
前記基板の表面に形成されたメサ構造と、
前記メサ構造の台形上面からなる前記測定面に配置された前記磁気測定素子と、
前記基板の表面からの距離が前記台形上面より遠くに位置する前記第１面の面上であって前記磁気測定素子に対向する位置に配置された前記第１配線と、
前記基板の表面からの距離が前記台形上面より近くに位置する前記第２面の面上であって前記第２面を平面視したときに前記メサ構造が形成された領域以外の領域に配置された前記第２配線と、を有し、
前記第２面を平面視したときに、複数の前記第２配線が、前記メサ構造が形成された前記領域を挟んで前記第１配線と平行に配置されている磁気センサ。
【請求項３】
前記第１電流の方向と前記第２電流の方向が、互いに逆である、請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、前記測定領域の下側には、前記磁気センサを平面視したときに前記測定領域に重複する配線を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
前記第１配線が、前記第１面の面上に平行に配列された複数の直線状配線を含み、前記複数の直線状配線のそれぞれが電気的に並列に接続されている磁気センサ。
【請求項５】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、前記測定領域の下側には、前記磁気センサを平面視したときに前記測定領域に重複する配線を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
前記第２配線が、前記第２面の面上に平行に配列された複数の直線状配線を含み、前記複数の直線状配線のそれぞれが電気的に並列に接続されている磁気センサ。
【請求項６】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、前記測定領域の下側には、前記磁気センサを平面視したときに前記測定領域に重複する配線を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
前記第１配線が、前記第１面の面上に平行に配列された複数の直線状配線を含み、前記第２配線が、前記第２面の面上に平行に配列された複数の直線状配線を含み、前記第１配線に含まれる前記複数の直線状配線のそれぞれおよび前記第２配線に含まれる前記複数の直線状配線のそれぞれが直列に接続されている磁気センサ。
【請求項７】
第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、
前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、
前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、
前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあり、
基板と、
前記基板の表面に形成されたメサ構造と、
前記メサ構造の台形上面からなる前記測定面に配置された前記磁気測定素子と、
前記基板の表面からの距離が前記台形上面より遠くに位置する前記第１面の面上であって前記磁気測定素子に対向する位置に配置された前記第１配線と、
前記基板の表面からの距離が前記台形上面より近くに位置する前記第２面の面上であって前記第２面を平面視したときに前記メサ構造が形成された領域以外の領域に配置された前記第２配線と、を有し、
前記基板の表面に形成された中間層を有し、
前記中間層は、前記磁気測定素子を覆うと共に、前記第１配線が配置される前記第１面、及び前記第２配線が配置される前記第２面を形成し、
前記第１配線と前記第２配線とが直列に接続される磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気測定素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子および磁気インピーダンス素子からなる群から選ばれる１種または２種以上からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載される磁気センサを備える電流センサ。
【請求項１０】
前記磁気センサが備える第１配線および第２配線の少なくとも一方は、測定時に被測定電流が流れるものである、請求項９に記載の電流センサ。
【請求項１１】
前記磁気センサが備える第１配線および第２配線の少なくとも一方は、被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバック配線である、請求項９に記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよびその磁気センサを備えた電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルおよびコイルに流れる電流による誘導磁界を測定する磁気測定素子を備える磁気センサは広く使用されており、一例として電流センサの検出部が挙げられる。
【０００３】
磁気センサが備えるコイル（配線）と磁気測定素子との配置関係は、誘導磁界の測定精度や生産しやすさ（製造コスト）に関連するため、様々な検討が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、立体的構造のソレノイド、高感度な磁気検出素子および高感度な多次元磁気センサの提供を目的に、磁気センサの発明が開示されている。当該発明の立体構造ソレノイドは、表面に深い溝が設けられ、溝方向を横断して設けられた複数の下層配線を有する半導体基板と、該半導体基板の上側に接合され、溝上方で溝方向を横断して設けられた複数の上層配線を有する上側基板とを備え、上層配線の端部と下層配線の端部とは上側基板に穿設されたスルーホールを介して接続され、上層配線と下層配線とで螺旋状のソレノイドコイルが形成されているものである。
【０００５】
特許文献２には、回路系統に流れる被測定電流の測定が、当該回路系統に影響を与えることなく行えるようにすることを目的に、電流測定装置の発明が開示されている。当該発明において、信号線に被測定電流が流れたときに発生する磁界が作用するように磁気抵抗素子を信号線の近傍に配設し、作用する磁界の強さに応じた磁気抵抗素子の抵抗変化に応じ、被測定電流を測定する手段を設けたことが開示されている。
【０００６】
特許文献３には、感度やダイナミックレンジを維持したまま小型化することを目的に、そのような小型化が容易な構造の磁気センサの発明が開示されている。当該発明は、基板上に形成された複数個の略長方形の軟磁性体膜と、軟磁性体膜をメアンダ状に直列に接続した複数個の電極と、軟磁性体膜および電極を覆うように形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つのスパイラルコイルとを備えた磁気センサであり、軟磁性体膜は、２つのスパイラルコイルが形成された領域内に形成され、電極は、軟磁性体膜のうち電極間に位置する部分が２つのスパイラルコイルの同相磁界発生領域に配置されており、かつ軟磁性体膜が形成された領域の全体の幅は、スパイラルコイルの中心部の幅よりも大きいことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３０２４０６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４３９１号公報
【特許文献３】特開２００９−３６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が磁気センサあるいは電流センサである以上、検出感度の向上は常に要求される技術課題である。
【０００９】
また、従来技術におけるコイル（配線）の配置では、コイル（配線）に流れる電流により誘導される誘導磁界の全てが磁気測定素子に作用するわけではなく、磁気検出に寄与しない誘導磁界が存在する。磁気検出に寄与しない誘導磁界の存在は、磁気検出効率の観点からは好ましくない。
【００１０】
さらに、本発明の磁気センサを、磁気平衡方式の電流センサに適用しようとする場合、フィードバック電流が流れるコイル（配線）の配置によっては、フィードバック電流により発生するキャンセル磁界の一部が、被測定電流により発生する磁界のキャンセルに寄与しない場合がある。このような場合、無駄なキャンセル磁界を発生させていることとなり、フィードバック電流を抑制する観点からは好ましくない。より小さなフィードバック電流で適切なキャンセル磁界、あるいは、より大きなキャンセル磁界を発生させることができれば、フィードバック電流を低減することができ、電流センサの低消費電力化を図ることができる。
【００１１】
本発明の目的は、磁気センサおよび電流センサの設計自由度の向上、感度の向上および小型化に資する技術を提供することにある。また、本発明の目的は、磁気平衡方式の電流センサに適用される磁気センサのフィードバック電流を低減し、電流センサの消費電力を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した課題を解決するため、本発明は、一態様として、第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、前記第１配線および前記第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える磁気センサであって、前記磁気測定素子は前記第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記測定面よりも下側に位置し、前記第１面における前記第１配線が配置される領域である第１領域と、前記測定面における前記磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有し、前記第２面における前記第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有さず、前記第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、前記第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、前記磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にある磁気センサを提供する。
【００１３】
当該磁気センサによれば、磁気測定素子が配置された測定面より上側にある第１面上に配置された第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、測定面より下側にある第２面上に配置された第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあることから、所定の磁界強度を得ることができる領域を広くすることができる。その結果、磁気センサの設計自由度を向上できる。あるいは、磁気測定素子を多く配置することで感度を向上し、所定の感度を得るに必要な領域が狭くても良いため、小型化を図ることが可能になる。また、磁気測定素子が配置された位置における所定の磁界強度を得るための第１電流および第２電流を低減することが可能になる。その結果、第１および第２配線に流す電流が同じであれば、より強い磁界を磁気測定素子に印加することができるため、磁気センサのダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。さらに、本磁気センサを磁気平衡方式の電流センサに適用した場合、フィードバック電流を低減し、当該磁気平衡方式電流センサの消費電力を小さくすることができる。
【００１４】
第１配線、第２配線および磁気測定素子の上記の構造を実現する具体的な構成として、前記第２面を下側の面とし、前記測定面を上側の面とする段差構造を備えていてもよい。あるいは、前記第２面を下側の面とし、前記測定面を突出面とする凸部構造を備えていてもよい。凸部構造を備える場合において、前記第２配線を平面視したときに、複数の前記第２配線が、前記突出面を挟んで前記第１配線と平行に配置されていてもよい。
【００１５】
上記の凸部構造を有する場合の具体的な構成として、メサ構造を有する場合が挙げられる。この場合には、磁気センサは、基板と、前記基板の表面に形成されたメサ構造と、前記メサ構造の台形上面からなる前記測定面に配置された前記磁気測定素子と、前記基板の表面からの距離が前記台形上面より遠くに位置する前記第１面の面上であって前記磁気測定素子に対向する位置に配置された前記第１配線と、前記基板の表面からの距離が前記台形上面より近くに位置する前記第２面の面上であって前記第２面を平面視したときに前記メサ構造が形成された領域（上記の測定領域に相当する。）以外の領域（上記の第２領域に相当する。）に配置された前記第２配線と、を有する。
【００１６】
かかる磁気センサでは、第１配線は磁気測定素子に対向するように配置されるため、第１領域と測定領域とは、磁気センサの平面視で重複する部分を有する。メサ構造が形成された領域（上記の測定領域に相当する。）以外の領域に第２配線は配置されるため、第２領域と測定領域とは、磁気センサの平面視で重複する部分を有しない。
【００１７】
当該磁気センサによれば、磁気測定素子が配置されたメサ構造の台形上面より上側（本明細書において、基板から遠い側を「上側」、基板に近い側を「下側」という場合がある。）にある第１面上に配置された第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、台形上面より下側にある第２面上に配置された第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係になる。
【００１８】
前記第２面を平面視したときに、複数の前記第２配線が、前記メサ構造が形成された前記領域を挟んで前記第１配線と並行に配置されてもよい。前記第１電流の方向と前記第２電流の方向は、互いに逆とすることができる。前記第１配線は、前記第１面の面上に並べて配列された複数の直線状配線を含んでもよく、この場合、前記複数の直線状配線のそれぞれが並列に接続されてもよい。前記第２配線は、前記第２面の面上に並べて配列された複数の直線状配線を含んでもよく、この場合、前記複数の直線状配線のそれぞれが並列に接続されてもよい。前記第１配線が、前記第１面の面上に並べて配列された複数の直線状配線を含み、前記第２配線が、前記第２面の面上に並べて配列された複数の直線状配線を含んでもよく、この場合、前記第１配線に含まれる前記複数の直線状配線のそれぞれおよび前記第２配線に含まれる前記複数の直線状配線のそれぞれが直列に接続されてもよい。前記基板の表面に形成された中間層を有し、前記中間層は、前記磁気測定素子を覆うと共に、前記第１配線が配置される前記第１面、及び前記第２配線が配置される前記第２面を形成し、前記第１配線と前記第２配線とが直列に接続されていてもよい。前記磁気測定素子は、磁気抵抗効果素子、ホール素子および磁気インピーダンス素子からなる群から選ばれる１種または２種以上からなるものであってもよい。
【００１９】
本発明は、他の態様として、前記した磁気センサを備える電流センサを提供する。前記磁気センサが備える第１配線および第２配線の少なくとも一方は、測定時に被測定電流が流れるものであってもよい。前記磁気センサが備える第１配線および第２配線の少なくとも一方は、被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバック配線であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、磁気センサの設計自由度および感度を向上し、小型化を図ることができる。また、本磁気センサを電流センサに用いた場合の当該電流センサの設計自由度および感度を向上し、小型化を図ることができる。さらに、本磁気センサを磁気平衡方式電流センサに適用した場合に、フィードバック電流を低減し、当該磁気平衡方式電流センサの消費電力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】磁気センサ１０ａを概念的に示した断面図である。
【図２】磁気センサ１０ｂを概念的に示した平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面を示した断面図である。
【図４】磁気センサ１０ｃを概念的に示した平面図である。
【図５】実施例における配線の断面位置を示した図である。
【図６】比較例における配線の断面位置を示した図である。
【図７】実施例および比較例における磁界の強さをシミュレートした結果を示す図である。
【図８】磁気比例式電流センサ２０の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る電流センサが備えるブリッジ回路の構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る磁気平衡式電流センサの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態に係る磁気センサは、第１面上に配置される第１配線と、第２面上に配置される第２配線と、第１配線および第２配線を流れる電流による磁界を測定可能であって測定面上に配置される磁気測定素子とを備える。第１の配線がその面上に配置される第１面、第２の配線がその面上に配置される第２面、および磁気測定素子がその面上に配置される測定面は、互いに実質的に平行である。磁気測定素子は第１面よりも下側に位置し、前記第２配線は前記素子面よりも下側に位置する。第１面、第２面および測定面は複数定義されてもよく、それぞれの面およびその面上に配置される要素（第１配線、第２配線および／または磁気測定素子）が、他の面およびその面上に配置される要素と間で、上記の配置関係を満たしていればよい。
【００２３】
第１面における第１配線が配置される領域である第１領域と、測定面における磁気測定素子が配置される領域である測定領域とは、磁気センサを平面視したときに重複する部分を有する。一方、第２面における第２配線が配置される領域である第２領域と、前記測定領域とは、前記磁気センサを平面視したときに重複する部分を有しない。
【００２４】
上記の本発明の一実施形態に係る磁気センサは、第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にある。
【００２５】
かかる本発明の一実施形態に係る磁気センサは、磁気測定素子が配置された測定面より上側にある第１面上に配置された第１配線に流れる第１電流による第１磁界と、測定面より下側にある第２面上に配置された第２配線に流れる第２電流による第２磁界とが、磁気測定素子が配置された位置における磁界の強さを大きくする関係にあることから、所定の磁界強度を得ることができる領域を広くすることができる。その結果、磁気センサの設計自由度を向上できる。あるいは、磁気測定素子を多く配置することで感度を向上し、所定の感度を得るに必要な領域が狭くても良いため小型化を図ることが可能になる。また、磁気測定素子が配置された位置における所定の磁界強度を得るための第１電流および第２電流を低減することが可能になる。その結果、第１および第２配線に流す電流が同じであれば、より強い磁界を磁気測定素子に印加することができるため、磁気センサのダイナミックレンジを大きくすることが可能となる。さらに、本磁気センサを磁気平衡方式の電流センサに適用した場合、フィードバック電流を低減し、当該磁気平衡方式電流センサの消費電力を小さくすることができる。
【００２６】
上記の本発明の一実施形態に係る磁気センサの詳細について、以下、メサ構造を有する場合を具体例として説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１である磁気センサ１０ａを概念的に示した断面図である。磁気センサ１０ａは、基板１１と、下引き層１２と、磁気測定素子１３と、中間層１４と、第１配線１５と、第２配線１６とを有する。磁気センサ１０ａは、第１配線１５および第２配線１６を流れる電流に基づく誘導磁界を磁気測定素子１３において測定するものである。
【００２８】
基板１１は、下引き層１２、磁気測定素子１３、中間層１４、第１配線１５、第２配線１６その他磁気センサ１０ａを構成する部材を支持する。基板１１の材料は、前記部材を支持できる限り特に限定されない。基板１１として、たとえば単結晶シリコン基板等の半導体基板、アルミナ等のセラミック基板、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からなるプラスチック基板が例示される。
【００２９】
下引き層１２は、基板１１の表面に形成され、メサ構造１２ａを有する。下引き層１２の表面には磁気測定素子１３が形成されることから、下引き層１２は絶縁性であることが好ましい。下引き層１２として、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等からなる無機絶縁層、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からなる有機絶縁層が例示できる。
【００３０】
メサ構造１２ａは下引き層１２の一部であって下引き層１２が基板１１の表面に形成されるものであることから、メサ構造１２ａは基板１１の表面に形成されるものである。メサ構造１２ａは、厚く形成した下引き層１２の一部をエッチングすることにより形成できる。あるいは、メサ構造１２ａは、下引き層１２を形成した後にさらにメサ構造１２ａの部分だけ選択的に層を堆積して形成できる。なお、下引き層１２は、基板１１の全面に形成せず、メサ構造１２ａの部分だけが形成されたものとしても良い。
【００３１】
磁気測定素子１３は、メサ構造１２ａの台形上面（測定面）１２ｂに配置される。磁気測定素子１３は、第１配線１５および第２配線１６を流れる電流により発生される磁界および外部磁界の合成磁界を測定する。磁気測定素子１３は、磁界が測定できるものであればよく、その種類は特に限定されない。磁気測定素子１３として、磁気抵抗効果素子、ホール素子および磁気インピーダンス素子が挙げられる。磁気センサ１０ａは複数の磁気測定素子１３を備えてもよい。磁気測定素子１３を複数備える場合、複数の磁気測定素子１３の種類は異なっていても良いが、統一されていることが好ましい。
【００３２】
中間層１４は、下引き層１２の上に形成され、磁気測定素子１３を覆う。中間層１４は、磁気測定素子１３と第１配線１５および第２配線１６との間の層間絶縁層として機能するものであることから、絶縁体からなることが好ましく、たとえば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等からなる無機絶縁層、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等からなる有機絶縁層が例示できる。
【００３３】
中間層１４は、第１面１４ａおよび第２面１４ｂを有する。第１面１４ａは、基板１１の表面からの距離が台形上面１２ｂより遠く（上側）に位置し、第２面１４ｂは、基板１１の表面からの距離が台形上面１２ｂより近く（下側）に位置する。
【００３４】
第１配線１５は第１電流Ｉ１を流し、第２配線１６は第２電流Ｉ２を流す。第１配線１５および第２配線１６は、電流を流す機能を有する限りその材料は限定されない。第１配線１５および第２配線１６として、たとえばＣｕやＡｕ、Ａｌ等からなる金属等の導電体、不純物が高濃度にドープされたポリシリコン等の低抵抗半導体が例示できる。第１配線１５および第２配線１６は、異種材料からなるものであってもよいが、同一材料であることが好ましい。
【００３５】
第１配線１５および第２配線１６は、中間層１４の上に形成される。第１配線１５は、第１面１４ａの面上であって磁気測定素子１３に対向する位置に配置され、第２配線１６は、第２面１４ｂの面上であってメサ構造１２ａに隣接する位置に配置される。
【００３６】
第１配線１５には第１電流Ｉ１が流れ、第２配線１６には第２電流Ｉ２が流れることから、第１配線１５の周りには、第１電流Ｉ１による第１磁界Ｈ１が発生し、第２配線１６の周りには、第２電流Ｉ２による第２磁界Ｈ２が発生する。図１に示すように、第１配線１５に流れる第１電流Ｉ１が紙面から出射する方向に、第２配線１６に流れる第２電流Ｉ２が紙面に入射する方向に流れるとすると、第１電流Ｉ１による第１磁界Ｈ１は、第１配線１５の下側において紙面右方向の磁界を生じ、第２電流Ｉ２による第２磁界Ｈ２は、第２配線１６の上側において紙面右方向の磁界を生じる。第１配線１５が台形上面１２ｂより上側の第１面１４ａ面上に配置され、第２配線１６が台形上面１２ｂより下側の第２面１４ｂ面上に配置されるから、第１磁界Ｈ１および第２磁界Ｈ２は、磁気測定素子１３が配置された位置において、互いに磁界を強め合う関係にある。つまり、第１磁界Ｈ１および第２磁界Ｈ２は、磁気測定素子１３が配置された位置における磁界の強さを大きくする。
【００３７】
本実施形態１の磁気センサ１０ａは、下引き層１２にメサ構造１２ａを有し、磁気測定素子１３と第１配線１５および第２配線１６とが上記した位置関係にあることから、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の方向を上記の方向、つまり互いに逆方向にすれば、第１磁界Ｈ１と第２磁界Ｈ２とで磁気測定素子１３が配置された位置おける磁界を強くすることができる。この結果、磁気センサ１０ａの感度を高めることができる。
【００３８】
なお、磁気センサ１０ａにおいて、第２配線１６を複数有してもよく、複数の第２配線１６が、メサ構造１２ａの両側に配置されてもよい。この場合、メサ構造１２ａの両側の第２配線１６により、磁気測定素子１３が配置された位置おける磁界をさらに強め、磁気センサ１０ａの感度をより高めることができる。
【００３９】
また、図示は省略するが、中間層１４の上側に、第１配線１５および第２配線１６を覆うパッシベーション層を形成してもよい。
【００４０】
（実施形態２）
図２は、磁気センサ１０ｂを概念的に示した平面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面を示した断面図である。磁気センサ１０ｂは、下引き層１２にメサ構造１２ａを有し、磁気測定素子１３、第１配線１５および第２配線１６の位置関係において磁気センサ１０ａと同様な構成を有する。
【００４１】
ただし、磁気センサ１０ｂでは、複数（５本）の磁気測定素子１３が台形上面１２ｂ上に並べて配置され、第１配線１５として複数（５本）の直線状配線が第１面１４ａ上に並んで配置され、第２配線１６として複数の直線状配線がメサ構造１２ａの両側の第２面１４ｂ上にそれぞれ並んで配置されている点が異なる。
【００４２】
そして、第１配線１５に含まれる複数（５本）の直線状配線のそれぞれ、および第２配線１６に含まれる複数（メサ構造１２ａの両側合わせて６本）の直線状配線のそれぞれは、図２に示すように、配線の端部領域１７ａおよび１７ｂで直列に接続されている。
【００４３】
磁気センサ１０ｂによれば、複数の第１配線１５および第２配線１６を配置することで、広い範囲で磁界を強めることができる。その結果、磁気センサ１０ｂの感度を高めることができる。
【００４４】
なお、図２および図３には図示しないが、中間層１４の上側に、第１配線１５および第２配線１６を覆うパッシベーション層を形成してもよく、パッシベーション層に開口するように設けられたスルーホール１８ａおよび１８ｂを通して、直列接続された第１配線１５および第２配線１６に接続することができる。
【００４５】
（実施形態３）
図４は、磁気センサ１０ｃを概念的に示した平面図である。図４におけるＢ−Ｂ線断面は、図３と同様である。磁気センサ１０ｃは、下引き層１２にメサ構造１２ａを有し、磁気測定素子１３、第１配線１５および第２配線１６の位置関係において磁気センサ１０ａと同様な構成を有する。また、磁気センサ１０ｃにおいて、複数（５本）の磁気測定素子１３が台形上面１２ｂ上に並べて配置され、第１配線１５として複数（５本）の直線状配線が第１面１４ａ上に並んで配置され、第２配線１６として複数の直線状配線がメサ構造１２ａの両側の第２面１４ｂ上にそれぞれ並んで配置されている点は磁気センサ１０ｂと同様である。
【００４６】
ただし、第１配線１５に含まれる複数（５本）の直線状配線のそれぞれが、図４に示すように、配線の端部領域１７ｃおよび１７ｄで並列に接続されている。また、第２配線１６に含まれる複数（メサ構造１２ａの両側合わせて６本）の直線状配線のそれぞれが、図４に示すように、配線の端部領域１７ｃおよび１７ｄで並列に接続されている。なお、直線状配線が並列接続された第１配線１５と、同様に並列接続された第２配線１６は、端部領域１７ｄで直列に接続されている。
【００４７】
磁気センサ１０ｃによれば、複数の第１配線１５および第２配線１６を配置することで、広い範囲で磁界を強めることができる。その結果、磁気センサ１０ｃの感度を高めることができる。
【００４８】
なお、図４には図示しないが、中間層１４の上側に、第１配線１５および第２配線１６を覆うパッシベーション層を形成してもよく、パッシベーション層に開口するように設けられたスルーホール１８ｃおよび１８ｄを通して、並列接続された第１配線１５と並列接続された第２配線１６とを直列に接続した配線に接続することができる。
【００４９】
（実施例）
図５から図７は、シミュレーションの条件および結果を示した図であり、図５は実施例における配線の断面位置を示した図、図６は比較例における配線の断面位置を示した図、図７は、実施例および比較例における磁界の強さをシミュレートした結果を示す図である。図５および図６の横軸は水平位置を示し、縦軸は垂直位置を示す。単位は、μｍである。原点は、磁気測定素子１３の断面における中心位置とした。図７の横軸は水平位置（単位はμｍ）であり、縦軸は磁界の強さ（単位はｍＴ）である。
【００５０】
実施例の配線は、図５に示すような断面配置とした。すなわち、第１配線１５として、水平位置−４０〜４０μｍの範囲、垂直位置５μｍの位置に４本の直線状配線を配置し、第２配線１６として、水平位置−８０〜４０μｍおよび４０〜８０μｍの範囲、垂直位置−１０μｍの位置に４本の直線状配線を配置した。第１配線１５の電流方向は紙面から射出する方向とし、第２配線１６の電流方向は紙面に入射する方向とした。
【００５１】
比較例の配線は、図６に示すような断面配置とした。電流方向が紙面から射出する方向の配線を、実施例の第１配線１５と同様に、水平位置−４０〜４０μｍの範囲、垂直位置５μｍの位置に４本配置し、電流方向が紙面に入射する方向の配線を、水平位置８０〜１６０μｍの範囲、垂直位置５μｍの位置に４本配置した。実施例において第１配線１５と第２配線１６の垂直位置が異なり、横方向に段違いに配置されているのに対し、比較例では各配線の垂直位置が同じであり、横一線に並んで配置されている点が異なる。
【００５２】
各水平位置における磁界強度をシミュレートした結果を図７に示す。比較例では、２ｍＴ程度の磁界強度が得られる水平位置範囲が−４０〜４０μｍであるのに対し、実施例では、２ｍＴ程度の磁界強度が−８０〜８０μｍの水平位置範囲で得られる。これは、比較例に比べ実施例では、より広い範囲で大きな磁界強度が得られていることを示している。すなわち、実施例における測定領域（磁気測定素子１３が配置される領域）としうる領域は、比較例における測定領域としうる領域よりも広くなっている。
【００５３】
広範囲に強度の大きな磁界を得ることができれば、磁気センサの設計自由度を高めることが可能になる。また、強度の大きな磁界を広範囲に得ることができる特性を最大限に利用すれば、多数の磁気測定素子１３を当該広範囲の磁界内に配置することができ、より多くの磁気測定素子１３を配置することで信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を高め、磁気センサの感度を向上することができる。あるいは、所定のＳ／Ｎ比を得るに必要な磁気測定素子１３に誘導磁界を作用させるための配線の配置面積を縮小することが可能になり、その結果、磁気センサの小型化を図ることが可能になる。
【００５４】
なお、シミュレーションには、ＡＮＳＹＳ社製「Ｍａｘｗｅｌｌ」を用いた。配線に流れる電流は１０ｍＡとした。
【００５５】
（実施形態４）
前記した磁気センサ１０ａ、磁気センサ１０ｂおよび磁気センサ１０ｃの製造方法は、特に限定されることはない。スパッタリング、めっき、エッチング、スピンコーティングなどのドライプロセスやウエットプロセスに係る要素技術を組み合わせた微細加工技術により製造してもよいし、個別に製造した要素（コイル（配線）、磁気測定素子など）を、はんだや接着剤などを用いて組み付けることにより製造してもよい。
【００５６】
磁気測定素子が磁気抵抗効果素子のようにドライプロセスにより製造できる場合には、ドライプロセスの要素技術をさらに組み合わせて磁気センサを製造すれば、製造効率が高まることがある。
【００５７】
そのような製造方法の限定されない一例は次のとおりである。まず、酸化膜付きシリコンなどからなる基板上に、下引き層１２をスパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法等により形成し、メサ構造１２ａをエッチング法、部分塗布法等により形成する。磁気抵抗効果素子からなる磁気測定素子を作製し、これを覆うように、所定の透磁率を有する絶縁材料（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３など）を積層する。この絶縁材料からなる面に、スパッタ、蒸着、めっきなどにより導電材料（Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌなど）を製膜し、エッチング法、リフトオフ法等により第１配線１５および第２配線１６を形成することにより、図１〜図４に示される磁気センサを製造することができる。なお、第１配線１５および第２配線１６を保護する適当な絶縁材料を積層してもよい。
【００５８】
（実施形態５）
磁気センサ１０ａ、磁気センサ１０ｂまたは磁気センサ１０ｃを用いた電流センサを説明する。なお、磁気センサ１０ａ、磁気センサ１０ｂおよび磁気センサ１０ｃにおける第１配線１５および第２配線１６は、これを直列に接続してコイル状に形成することがあるので、このような場合、第１配線１５および第２配線１６をコイルと称する場合がある。また、単にコイルと称する場合であっても、単純な直線状配線によって必要な誘導磁界が発生できる場合もあるので、コイルには直線状配線の概念も含むこととする。
【００５９】
本実施形態に係る磁気センサのコイル（配線）を流れる電流と、当該磁気センサの磁気測定素子において測定される特性値（抵抗など）との関係をあらかじめ把握しておくことにより、磁気センサの磁気測定素子の特性値の変化を測定結果からコイル電流の変化を導き出すことができる。そして、被測定電流の変化に応じてコイル電流が変化するような回路を形成することにより、本実施形態に係る磁気センサを、電流センサの検出部として機能させることができる。
【００６０】
上記回路の具体的な構成は限定されない。本実施形態に係る磁気センサのコイル（配線）を被測定電流が流れてもよい。このとき、本実施形態に係る磁気センサのコイル（配線）の双方を被測定電流が流れてもよいし、一方のみを流れてもよい。本実施形態に係る磁気センサのコイル（配線）が被測定電流による誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイル（配線）であってもよい。フィードバックコイル（配線）である場合には、本実施形態に係る磁気センサの磁気測定素子の磁界感度軸で測定される磁界が実質的にゼロになるときにフィードバックコイル（配線）に流れる電流値に基づいて、被測定電流の値が導出されることになる。
【００６１】
本実施形態に係る電流センサが備える磁気センサは１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態に係る電流センサが複数の磁気センサを備える場合には、これらの磁気センサは、被測定電流の測定について独立していてもよいし、複数の磁気センサを備えるブリッジ回路により被測定電流を測定してもよい。
【００６２】
本発明の一実施形態に係る電流センサの構成の一例として、図８に示されるような磁気比例式電流センサが挙げられる。磁気比例式電流センサ２０は、被測定電流が流れる電流線２１、電流線２１による誘導磁界を検知可能な位置に配置されたブリッジ回路３０およびブリッジ回路３０から出力される電圧を入力とするオペアンプ２３を備える。
【００６３】
電流線２１の一部はコイル２２を構成し、このコイル２２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの第１配線１５および第２配線１６を含む。
【００６４】
図９に示されるように、ブリッジ回路３０は、４つの抵抗を有する。なお、以下の説明では、磁気測定素子１３が、磁気測定素子１３１と磁気測定素子１３２の二つの磁気抵抗効果素子からなる場合を説明する。４つの抵抗のうち、本発明の一実施形態に係る磁気センサの磁気測定素子１３１と抵抗３１とは直接に接続され、本発明の一実施形態に係る磁気センサの他方の磁気測定素子１３２と抵抗３２とは直接に接続されている。図９に示されるように、磁気測定素子１３１と抵抗３２とは入力端子（Ｖｄｄ）に接続されており、磁気測定素子１３２と抵抗３１とはグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。そして、磁気測定素子１３１と抵抗３１との間に出力端子（Ｖ１）が接続され、磁気測定素子１３２と抵抗３２との間に出力端子（Ｖ２）が接続されている。
【００６５】
オペアンプ２３は、ブリッジ回路３０からの２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧を入力として、これらの電圧の差を出力する。この出力のグランド端子（ＧＮＤ）に対する電圧が、磁気比例式電流センサ２０の出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
【００６６】
このように、磁気比例式電流センサ２０は、被測定電流による誘導磁界を磁気測定素子１３１，１３２が直接検出することにより、被測定電流に相関性を有する出力Ｖｏｕｔを出力する方式の電流センサである。
【００６７】
本発明の一実施形態に係る電流センサの構成の他の一例として、図１０に示されるような磁気平衡式電流センサが挙げられる。磁気平衡式電流センサ４０は、被測定電流が流れる電流線４１、電流線４１を流れる電流による誘導磁界およびフィードバックコイル４２を流れる電流による誘導磁界を検知可能な位置に配置されたブリッジ回路３０およびブリッジ回路３０から出力される電圧を入力とするオペアンプ４３を備える。
【００６８】
磁気平衡式電流センサ４０では、電流線４１の一部は特にコイルを構成している必要はなく、電流線４１を流れる電流による誘導磁界をブリッジ回路３０が検出できる限り、ブリッジ回路３０と電流線４１との位置関係は限定されない。ブリッジ回路３０が備える磁気測定素子１３１，１３２に印加される磁界が等しくなるように配置されることが好ましい。
【００６９】
ブリッジ回路３０の構成は、図９に示される構成であるから説明を省略する。
【００７０】
フィードバックコイル４２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの第１配線１５および第２配線１６からなる。フィードバックコイル４２の一端はオペアンプ４３の出力に接続され、フィードバックコイル４２を流れる電流はオペアンプ４３により制御されている。フィードバックコイル４２の他端は抵抗４４を介して接地され、抵抗４４とフィードバックコイル４２との間のグランド端子（ＧＮＤ）に対する電位が出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
【００７１】
オペアンプ４３は、ブリッジ回路３０の２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧を入力として、フィードバックコイル４２を流れる電流による誘導磁界と被測定電流による誘導磁界とが相殺して、ブリッジ回路の２つの出力（Ｖ１，Ｖ２）からの電圧が等しくなるように、フィードバックコイル４２に対して出力する電圧を制御する。
【００７２】
このように、磁気平衡式電流センサ４０は、被測定電流による誘導磁界をキャンセルするように誘導磁界を生じさせるフィードバックコイル４２の電流値を、磁気測定素子１３１，１３２の検出値に基づいて制御することにより、被測定電流に相関性を有する出力Ｖｏｕｔを出力する方式の電流センサである。
【００７３】
本実施形態の磁気平衡式電流センサ４０では、磁気センサの下引き層１２にメサ構造１２ａを有し、磁気測定素子１３（磁気測定素子１３１，１３２）と第１配線１５および第２配線１６との位置関係を実施形態１〜３に記載したとおりにすることで、磁気測定素子１３が配置された位置おける磁界の強さを大きくし、磁界の範囲を広くすることができる。その結果、より小さなフィードバック電流で適切なキャンセル磁界、あるいは、より大きなキャンセル磁界を発生させることができ、フィードバック電流を低減することができる。また、電流センサの低消費電力化を図ることができる。
【００７４】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７５】
例えば、上記の実施形態では、磁気センサがメサ構造を有する場合を具体例として説明したが、これに限定されない。第２面を下側の面とし、測定面を上側の面とする段差構造を備えていてもよい。あるいは、第２面を下側の面とし、測定面を突出面とする凸部構造を備えていてもよい。凸部構造を備える場合において、第２配線を平面視したときに、複数の第２配線が、突出面を挟んで第１配線と平行に配置されていてもよい。
【００７６】
なお、第１配線と第２配線とが平面視したときに重複するように配置されて、特許文献１に開示されるソレノイド状になった場合には、第１配線と第２配線とが接近することとなる。この場合において、第１配線および第２配線に流れる電流の周波数が高くなると、双方の配線に大きな誘導磁界が発生する恐れが高まり、その結果、磁気センサの出力に大きなノイズが発生する可能性が高くなる。したがって、本発明に係る磁気センサでは、第１配線と第２配線とは平面視したときに重複しないように配置される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の磁気センサは電流センサの検出部として好適であり、本発明の磁気センサを備える電流センサは、ハイブリッド自動車、電気自動車などに用いられるモーター兼発電機の電流を計測する機器として好適である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ａ…磁気センサ
１０ｂ…磁気センサ
１０ｃ…磁気センサ
１１…基板
１２…下引き層
１２ａ…メサ構造
１２ｂ…台形上面
１３…磁気測定素子
１４…中間層
１４ａ…第１面
１４ｂ…第２面
１５…第１配線
１６…第２配線
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…端部領域
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…スルーホール
２０…磁気比例式電流センサ
２１…電流線
２２…コイル
２３…オペアンプ
３０…ブリッジ回路
３１…抵抗
３２…抵抗
４０…磁気平衡式電流センサ
４１…電流線
４２…フィードバックコイル
４３…オペアンプ
４４…抵抗
１３１…磁気測定素子
１３２…磁気測定素子
Ｈ１…第１磁界
Ｈ２…第２磁界
Ｉ１…第１電流
Ｉ２…第２電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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