特許 7577142 電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20241025BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 B

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022581205

(86)(22)【出願日】2021-12-06

(86)【国際出願番号】 JP2021044788

(87)【国際公開番号】W WO2022172565

(87)【国際公開日】2022-08-18

【審査請求日】2023-03-01

(31)【優先権主張番号】P 2021019035

(32)【優先日】2021-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(72)【発明者】

【氏名】梅津 英治

(72)【発明者】

【氏名】小林 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】菊地 冠汰

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６４９２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３３３４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５３２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／００２４５５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気抵抗効果素子と、フィードバックコイルと、磁気シールドと、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に設けられた保護層とを備えており、
前記フィードバックコイルは、前記磁気抵抗効果素子と前記保護層との間に設けられており、
前記保護層は、前記磁気シールド側に設けられた応力緩和層と、前記応力緩和層と前記フィードバックコイルとの間に設けられた無機絶縁層と、を有し、
前記フィードバックコイルは、一部が前記応力緩和層に埋設され、
前記無機絶縁層は、前記応力緩和層における前記磁気抵抗効果素子が位置する側の面に設けられ、かつ、前記フィードバックコイルを直接覆うことを特徴とする電流センサ。

【請求項2】

前記フィードバックコイルは前記磁気シールドと前記磁気抵抗効果素子の間で多層構造を有し、前記フィードバックコイルのうち、前記磁気シールドに近位な側に位置する部分は前記応力緩和層に埋設され、前記磁気抵抗効果素子に近位な側に位置する部分は、前記応力緩和層よりも硬質の絶縁層に埋設される、請求項１に記載の電流センサ。

【請求項3】

前記磁気抵抗効果素子は前記絶縁層に埋設される、請求項２に記載の電流センサ。

【請求項4】

前記応力緩和層は、前記磁気シールドと前記無機絶縁層との間に設けられる、請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項5】

前記応力緩和層が、前記磁気シールドよりもヤング率が小さい材料で形成されている、請求項１に記載の電流センサ。

【請求項6】

前記応力緩和層の前記ヤング率が、前記磁気シールドの前記ヤング率の１／１０以下である、請求項５に記載の電流センサ。

【請求項7】

前記応力緩和層の前記ヤング率が３．５ＭＰａ以下である、請求項５に記載の電流センサ。

【請求項8】

前記応力緩和層は、絶縁性材料で形成されている、請求項５に記載の電流センサ。

【請求項9】

前記応力緩和層は、樹脂で形成されている、請求項５に記載の電流センサ。

【請求項10】

前記保護層が、前記磁気シールド側から、前記磁気シールドに隣接する金属層と、前記応力緩和層と、前記無機絶縁層と、を備えており、
前記金属層のヤング率は、前記磁気シールドよりも小さく、前記応力緩和層よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の電流センサ。

【請求項11】

前記樹脂は、ポリベンゾオキサゾールである、
請求項９に記載の電流センサ。

【請求項12】

前記磁気シールドは、Ｆｅ－Ｎｉ合金で形成されている、
請求項１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、磁気抵抗効果素子を用いた磁気平衡式の電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッドカーにおけるモータ駆動技術などの分野や、柱状トランスなどインフラ関連の分野では、比較的大きな電流が取り扱われるため、大電流を非接触で測定することが可能な電流センサが求められている。このような電流センサとしては、被測定電流からの誘導磁界（電流磁界）を検出する磁気センサを用いたものが知られている。磁気センサ用の磁気検出素子として、例えば、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子などの磁気抵抗効果素子が挙げられる。

【0003】

磁気抵抗効果素子は、検出感度が高いものの、線形性高く検出可能な磁界強度範囲が比較的狭いという特徴がある。このため、特許文献１の図６に示される電流センサのように、被測定電流と磁気抵抗効果素子との間に磁気シールドを配置して、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される誘導磁界の強度を小さくして、被測定磁界の大きさを良好な検出特性を有する磁界強度範囲内とする方法が用いられる場合がある。このように磁気シールドを用いることによって、磁気抵抗効果素子に実質的に印加される磁界の強度を低減させて、磁界強度の測定範囲を拡げることが実現されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／０６４９２１号

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、フィードバックコイルと磁気シールドとの間に絶縁層が形成された磁気平衡式の電流センサが開示されている。しかし、同文献に記載の電流センサは、絶縁層がＳｉ－Ｎｘで形成されているから、加熱工程後の冷却過程などの製造工程において磁気シールドに発生する応力を十分に緩和することができない。この応力の影響が、磁気シールドや磁気抵抗効果素子に及んで電流センサの特性が変動する虞がある。磁気シールドの大型化に伴って発生する応力も大きくなり、電流センサの特性に及ぼす影響が大きくなるという問題がある。
本発明は、磁気シールドの応力が磁気シールド磁気的特性や磁気抵抗効果素子に影響を及ぼすことを抑制し、安定な特性を備えた電流センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために提供される本発明の電流センサは、一態様において、磁気抵抗効果素子と、フィードバックコイルと、磁気シールドと、前記磁気抵抗効果素子と前記磁気シールドとの間に設けられた保護層とを備えており、前記フィードバックコイルは、前記磁気抵抗効果素子と前記保護層との間に設けられており、前記保護層は、前記磁気シールド側に設けられた応力緩和層と、前記応力緩和層と前記フィードバックコイルとの間に設けられた無機絶縁層と、を有する。
保護層の備える応力緩和層によって、磁気シールドの応力を緩和することができるから、大電流を測定するために磁気シールドを大型化した場合も、磁気シールドの応力による特性変動が抑えられた電流センサとなる。また、磁気シールドの反対側に設けられた無機絶縁層によりフィードバックコイルを保護することができる。

【0007】

前記応力緩和層が、前記磁気シールドよりもヤング率が小さい材料で形成された構成としてもよい。この場合、前記応力緩和層の前記ヤング率が、前記磁気シールドの前記ヤング率の１／１０以下であることが好ましく、前記応力緩和層の前記ヤング率が３．５ＭＰａ以下であることが好ましい。前記応力緩和層は、絶縁性材料で形成されていることが好ましい。

【0008】

これらの構成により、応力緩和層によって磁気シールドの応力を効率的に緩和することができる。また、無機絶縁層に加えて応力緩和層を絶縁性材料で形成することにより、保護層の絶縁性を高めることができる。

【0009】

前記応力緩和層は、磁気シールドに起因する応力を効率よく緩和する観点から、樹脂で形成されていることが好ましく、好ましい樹脂としてポリベンゾオキサゾールが挙げられる。

【0010】

前記保護層が、前記磁気シールド側から、前記磁気シールドに隣接する金属層と、前記応力緩和層と、前記無機絶縁層と、を備えており、前記金属層のヤング率は、前記磁気シールドよりも小さく、前記応力緩和層よりも大きい構成としてもよい。
応力緩和層により磁気シールドの応力を緩和するとともに、応力緩和層よりもヤング率が大きい金属層を設けることで、磁気シールドを容易に形成することができる。

【0011】

前記磁気シールドは、ＦｅＮｉ合金で形成されていることが好ましい。
ＦｅＮｉ合金の磁気シールドは、表面に不働態層が形成されるため、電流センサの表面を保護するパッシベーション膜を設ける必要が無くなるから、容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、応力緩和層と無機絶縁層とを備えた保護層により磁気シールドの応力を緩和するとともに、フィードバックコイルを保護することができる。したがって、応力の影響による特性変動が抑えられた電流センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電流センサの構成を模式的に示す断面図

【図2】第１の実施形態に係る電流センサの構造を模式的に示す平面図

【図3】第１の実施形態に係る電流センサの構造を模式的に示す説明図

【図4】第１の実施形態に係る電流センサの変形例の構成を模式的に示す断面図

【図5】本発明の第２の実施形態に係る電流センサの構成を模式的に示す断面図

【図6】第２の実施形態に係る電流センサの構造を模式的に示す平面図

【図7】第２の実施形態に係る電流センサの構造を模式的に示す説明図

【図8】（ａ）実施例のシミュレーション結果を示す模式図、（ｂ）図８（ａ）における領域Ｑの変位を模式的に示す模式図

【図9】（ａ）比較例のシミュレーション結果を示す模式図、（ｂ）図９（ａ）における領域Ｑの変位を模式的に示す模式図

【図10】磁気シールド表面がパッシベーション膜で保護された電流センサの構成を模式的に示す断面図

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

本発明の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。各図において、同じ部材には同じ番号を付し、適宜、説明を省略する。

【0015】

（第１の実施形態）
図１、図２および図３は、本実施形態に係る電流センサの構成を模式的に示す断面図、平面図および斜視図である。図１は、図２および図３のＡ－Ａ線での断面を示している。

【0016】

これらの図に示すように、本実施形態の電流センサ１は、磁気抵抗効果素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄと、フィードバックコイル１２と、磁気シールド１３と、を備えており、図１に示すように、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間に保護層１４が設けられている。以下、磁気抵抗効果素子１１ａ～１１ｄを区別しない場合、適宜、磁気抵抗効果素子１１と記す。

【0017】

図２に示すように、電流センサ１の４つの磁気抵抗効果素子１１のそれぞれは、ミアンダ形状（Ｘ１－Ｘ２方向に延在する複数の長尺パターンが折り返すようにつながって構成される形状）を有する巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を備える。各磁気抵抗効果素子１１の感度軸方向Ｐは図２において矢印にて表され、磁気抵抗効果素子１１ａおよび１１ｄの感度軸方向Ｐ（第１の方向）はＹ１－Ｙ２方向Ｙ２側を向き、磁気抵抗効果素子１１ｂおよび１１ｃの感度軸方向ＰはＹ１－Ｙ２方向Ｙ１側を向くように設定されている。

【0018】

入力端子５５ａに接続される配線５５は磁気抵抗効果素子１１ａの一端に接続され、磁気抵抗効果素子１１ａの他端と磁気抵抗効果素子１１ｂの一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１１ｂの他端が配線５６を介してグランド端子５６ａに接続される。入力端子５５ａに接続される配線５５は途中で分岐して磁気抵抗効果素子１１ｃの一端にも接続され、磁気抵抗効果素子１１ｃの他端と磁気抵抗効果素子１１ｄの一端とが直列に接続されて、磁気抵抗効果素子１１ｄの他端が配線５６を介してグランド端子５６ａに接続される。第１の中点電位測定用端子５７ａは磁気抵抗効果素子１１ａの他端と磁気抵抗効果素子１１ｂの一端との間に配線５７により接続され、第２の中点電位測定用端子５８ａは磁気抵抗効果素子１１ｃの他端と磁気抵抗効果素子１１ｄの一端との間に配線５８により接続される。

【0019】

電流路４０において被測定電流Ｉ₀がＸ１方向へ流れる場合、Ｉ₀による誘導磁界である電流磁界は、磁気抵抗効果素子１１ａと１１ｄの抵抗値を低下させるように作用し、磁気抵抗効果素子１１ｂと１１ｃの抵抗値を増大させるように作用する。このため、検出電圧は被測定電流Ｉ₀が大きくなるにしたがって増大する。

【0020】

フィードバックコイル１２には、被測定電流Ｉ₀と反対向き（Ｘ２方向）にキャンセル電流が流れる。キャンセル電流によって、磁気抵抗効果素子１１に、電流磁界を相殺する向きのキャンセル磁界が作用する。

【0021】

キャンセル磁界を増加させることで検出電圧がゼロに近づき、磁気抵抗効果素子１１に作用するキャンセル磁界と電流磁界とが平衡状態となって、検出電圧が所定値以下となったときに、フィードバックコイル１２に流れている電流が、被測定電流Ｉ₀の測定値として検知される。

【0022】

電流センサ１では、電流路４０と磁気抵抗効果素子１１との間に設けられている磁気シールド１３により、電流磁界が減衰させられる。これにより、磁気抵抗効果素子１１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、電流センサ１のダイナミックレンジを広げることが可能になる。

【0023】

電流センサ１の製造過程では、磁気シールド１３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、さらに完成後の電流センサ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。それぞれの加熱工程やその後の冷却過程において、磁気シールド１３に応力が発生する。

【0024】

被測定電流Ｉ₀が大電流化するにつれて、磁気シールド１３に求められる電流磁界を減衰する能力が高くなり、磁気シールド１３が大型化して厚さおよび体積が増大する傾向にある。磁気シールド１３の大型化に伴い、磁気シールド１３の内部に発生する応力（内部応力）も大きくなる。そこで、電流センサ１は、磁気シールド１３の応力を緩和するために、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間に保護層１４を設けている。

【0025】

磁気抵抗効果素子１１は、基板１９上に形成され、アルミナ、窒化ケイ素などの絶縁性材料からなる絶縁層１８によって覆われている。図２には、磁気抵抗効果素子１１として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いた場合を示したが、これに限られない。巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）以外に、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）およびトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）などの素子を用いることができる。

【0026】

磁気抵抗効果素子１１として、それぞれの固定層がセルフピン構造を有するＧＭＲ素子を用いる場合には、固定層の磁化は磁場中成膜によって行うことができ、成膜後に磁場中の加熱処理が必要とされない。このため、同一の基板１９上に固定層の磁化の向きが異なるＧＭＲ素子を配置でき、一つの基板１９上にフルブリッジ回路を構成することが可能となる。

【0027】

フィードバックコイル１２は、磁気平衡用のフィードバックコイルであり、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間に設けられている。フィードバックコイル１２と磁気シールド１３との間に保護層１４が設けられているから、フィードバックコイル１２は、磁気抵抗効果素子１１と保護層１４との間に設けられている。図２では、磁気平衡用のフィードバックコイル１２の外形が太い破線にて示されている。この破線で示される領域のＸ－Ｙ平面内を周回するようにフィードバックコイル１２の配線が配置される。図３に示すように、フィードバックコイル１２はスパイラルコイルであり、図１では、周回する複数のフィードバックコイル配線の断面がＹ１－Ｙ２方向に並んで示されている。なお、本実施形態では、２つのスパイラルコイルが重ねて設けられたフィードバックコイル１２を示したが、１つのスパイラルコイルからなるフィードバックコイル１２としてもよい。

【0028】

フィードバックコイル１２は、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間に位置する。このため、被測定電流Ｉ₀の電流磁界が磁気シールド１３によって減衰された状態で磁気抵抗効果素子１１に印加される。したがって、被測定電流Ｉ₀の電流磁界をキャンセルするような電流磁界を比較的小電流により発生できるから、電流センサの省電力化が可能である。

【0029】

フィードバックコイル１２はメッキ層であり、低抵抗の非磁性金属層で形成されている。非磁性金属としては、金、銅などが挙げられる。電気抵抗が低いことから、銅が好ましい。また、銅を用いることで、ダマシン（象嵌）プロセスによりフィードバックコイル１２を形成できるから、厚さの薄いフィードバックコイル１２とすることができる。このため、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間の距離を小さくすることができ、例えば、磁気抵抗効果素子１１と磁気シールド１３との間の距離を９～１１μｍ程度、６～７μｍ程度、さらには、３～５μｍ程度とすることが可能である。

【0030】

磁気シールド１３は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなど鉄族元素を含む軟磁性材料で形成される。磁気シールド１３の表面に腐食作用に抵抗する酸化被膜による不働態が形成されるため、保護目的の層を形成する必要がないという点で、Ｆｅ－Ｎｉ合金（鉄－ニッケル合金）からなる磁気シールド１３が好ましい。

【0031】

磁気シールド１３は、電流磁界を十分減衰させる観点から、厚さＤ１が、２０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましく、３５μｍ以上がさらに好ましい。

【0032】

保護層１４は、応力緩和層１５と無機絶縁層１６とからなっており、磁気シールド１３に起因して生じる応力を緩和する応力緩和機能および絶縁機能を備えている。「磁気シールド１３の応力」とは、電流センサ１の製造工程における磁気シールド１３の変形に起因して、磁気シールド１３の内部に生じる応力をいう。

【0033】

応力緩和層１５は、保護層１４の磁気シールド１３側に設けられている。応力緩和層１５は、磁気シールド１３よりもヤング率が小さい材料で形成されている。このため、製造工程において、応力緩和層１５が変形することにより、内部応力や熱応力による逆磁歪効果により磁気シールド１３の特性が変わることを抑制できる。また、磁気シールド１３の変形による、磁気抵抗効果素子１１への影響を抑制することもできる。

【0034】

磁気シールド１３の応力を効率的に緩和する観点から、応力緩和層１５のヤング率は、磁気シールド１３のヤング率の１／１０以下が好ましく、１／３０以下がより好ましく、１／５０がさらに好ましい。

【0035】

同様の観点から、応力緩和層１５のヤング率は、３．５ＭＰａ以下が好ましく、３．０ＭＰａ以下がより好ましく、２．５ＭＰａ以下がさらに好ましい。ヤング率の低い材料を用いることにより、応力緩和層１５が変形しやすくなるから、磁気シールド１３の変形による応力を緩和して、磁気シールド１３の磁気特性の変化を抑えることができる。したがって、安定な特性を備えた電流センサ１とすることができる。

【0036】

また、応力緩和層１５は吸水率が低く、透湿性が高いことが好ましい。応力緩和層１５の吸水率は、１．０％以下が好ましく、０．７％以下がより好ましく、０．５％以下がさらに好ましい。また、応力緩和層１５の透湿性は、１００（ｇ／ｍ²・２４時間）以上が好ましく、２００（ｇ／ｍ²・２４時間）以上がより好ましく、３００（ｇ／ｍ²・２４時間）以上がさらに好ましい。

【0037】

応力緩和層１５は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（以下、適宜、ＰＢＯとも記す）など、絶縁性材料である樹脂で形成されていることが好ましい。応力緩和機能に優れ、吸水性が低く、透湿性が高く、寸法（外形）変化が小さいことから、ポリベンゾオキサゾールが好ましい。ポリベンゾオキサゾールは疎水性が高いため、吸水による応力緩和層１５の膨張を抑えて、特性の安定な電流センサ１とすることができる。

【0038】

応力緩和層１５の厚さＤ２は、応力緩和機能を十分にする観点から、２μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、４μｍ以上がさらに好ましい。なお、厚さＤ２の上限は特に限定されないが、例えば１０μｍ以下とされる。

【0039】

測定対象の大電流化に伴って磁気シールド１３が大きくなることに対応するため、電流センサ１には、応力緩和層１５が設けられている。この応力緩和層１５により、磁気シールド１３の変形に起因する応力を緩和することができる。

【0040】

また、電流センサ１は、応力緩和層１５とフィードバックコイル１２との間に、フィードバックコイル１２を保護する無機絶縁層１６が設けられている。この構成により、応力緩和層１５で磁気シールド１３の応力を緩和するとともに、無機絶縁層１６にクラックが発生することを抑制できる。

【0041】

フィードバックコイル１２を水分や空気から保護する観点から、好ましい無機絶縁層１６の材料として、窒化ケイ素が挙げられる。また、応力緩和機能を備えた保護層１４によりフィードバックコイル１２を直接覆うことにより、無機絶縁層１６の厚さＤ３を０．２μｍ以上、０．５μｍさらには１．０μｍ以上として、十分な保護機能を付与した場合も、クラックの発生を抑えることができる。

【0042】

無機絶縁層１６は、フィードバックコイル１２を保護する観点から、透湿性が低いものが好ましい。無機絶縁層１６の透湿性は、０．４（ｇ／ｍ²・２４時間）以下が好ましく、０．１（ｇ／ｍ²・２４時間）以下がさらに好ましい。

【0043】

無機絶縁層１６におけるクラックの発生を抑えることにより、無機絶縁層１６でフィードバックコイル１２を保護することができる。例えば、抵抗の低い銅で形成されたフィードバックコイル１２を水分や空気から保護して、腐食を防ぐことができる。

【0044】

保護層１４は、応力緩和機能を備えた応力緩和層１５と、絶縁保護機能とを備えた無機絶縁層１６の二層で構成し、役割を分離している。これにより、磁気シールド１３の応力を緩和する応力緩和機能と、フィードバックコイル１２を保護する機能とを両立することができる。

【0045】

（変形例）
図４は、本実施形態に係る電流センサの変形例の構成を模式的に示す断面図である。同図に示す電流センサ２は、保護層１４が、応力緩和層１５、無機絶縁層１６に加えて、金属層２５を備えている点において、電流センサ１と異なっている。

【0046】

電流センサ２は、磁気シールド１３に隣接する金属層２５と、応力緩和層１５と、応力緩和層１５と前記フィードバックコイル１２との間に設けられた無機絶縁層１６と、を備えている。

【0047】

金属層２５のヤング率は、磁気シールド１３よりも小さく、応力緩和層１５よりも大きい。このため、応力緩和層１５を十分にヤング率が小さいＰＢＯなどの樹脂で形成した場合でも、金属層２５に磁気シールド１３を形成することにより、応力緩和層１５の変形を抑えて容易に磁気シールド１３を形成することができる。

【0048】

金属層２５は、ヤング率が１０以上２００以下の金属が好ましい。金属層２５を形成する好ましい金属として、例えば、金、パラジウムなどが挙げられる。

【0049】

図１０は、磁気シールドがパッシベーション膜４６で保護された電流センサ４の構成を模式的に示す断面図である。同図に示す電流センサ４は、磁気抵抗効果素子１１と、フィードバックコイル１２と、応力緩和層４５と、磁気シールド１３とからなり、これらパッシベーション膜４６で保護された構造である。

【0050】

電流センサ４のように、大きな磁気シールド１３と応力緩和層４５上（Ｚ１側）にパッシベーション膜４６を形成した場合、応力緩和層４５を十分に応力緩和できる程度の柔らかさと体積とすると、応力緩和層４５の変形によってパッシベーション膜４６にクラックが入ってしまう。特に、図１０にＲで示した磁気シールド１３と応力緩和層４５にまたがる領域Ｑにクラックが生じやすい。

【0051】

そこで、本実施形態の電流センサ１、２では、十分に応力緩和可能な応力緩和層１５を設けて、磁気シールド１３の応力を緩和するとともに、変位が小さい応力緩和層１５の下面（磁気抵抗効果素子１１側）に無機絶縁層１６を設けている（図１、図４参照）。この構成により、無機絶縁層１６にクラックが発生すること抑制し、安定な特性を備えた電流センサ１、２を高い歩留りで製造することができる。

【0052】

（第２の実施形態）
図５、図６および図７は、本実施形態に係る電流センサ３の構成を模式的に示す断面図、平面図および斜視図である。図５は、図６および図７のＡ－Ａ線での断面を示している。

【0053】

本実施形態の電流センサ３は、図３に示すスパイラル（渦巻状）のフィードバックコイル１２に変えて、図７に示すソレノイド（らせん状）のフィードバックコイル３２を備えている構成において、第１の実施形態に係る電流センサ１、２とは異なっている。図６に示すように、ソレノイドのフィードバックコイル３２により、電流センサ３を小型化することができる。

【0054】

フィードバックコイル３２は、フィードバックコイル１２同様、磁気平衡用のフィードバックコイルである。ただし、磁気抵抗効果素子１１を取り囲んでおり、その一部がフィードバックコイル３２と磁気シールド１３との間に位置している。フィードバックコイル３２における、フィードバックコイル３２と磁気シールド１３との間に位置する部分と磁気シールド１３との間に保護層１４が設けられている。このため、フィードバックコイル１２における上記の部分が、磁気抵抗効果素子１１と保護層１４との間に設けられている。

【実施例】

【0055】

以下、本発明の電流センサについてシミュレーションを行った結果を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの結果等に限定されるものではない。

【0056】

（実施例）
以下の構成を備えた図１に示される電流センサについて、製造工程において生じる変位および応力のシミュレーション計算を行い、ＰＢＯからなる保護層１４の上面および下面における最大変位、ならびに磁気シールド１３の内部応力の大きさを計算により求めた。なお、（）内の数字は、各層の厚さを示す。
絶縁層１８：ＳｉＮ（４μｍ）／保護層１４：ＰＢＯ（４μｍ）／磁気シールド１３：Ｆｅ－Ｎｉ（３５μｍ）
図８（ａ）は、実施例のシミュレーション結果を示す模式図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の領域Ｑにおける変位を模式的に示す模式図である。

【0057】

（比較例）
以下の構成を備えた電流センサについて、実施例と同じシミュレーション計算を行い、ＳｉＮからなる絶縁層１８の上面および下面における最大変位、ならびに磁気シールド１３の内部応力を計算により求めた。なお、（）内の数字は、各層の厚さを示す。
絶縁層１８：ＳｉＮ（８μｍ）／磁気シールド１３：Ｆｅ－Ｎｉ（３５μｍ）
図９（ａ）は、比較例のシミュレーション結果を示す模式図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の領域Ｑにおける変位を模式的に示す模式図である。

【0058】

【表1】

【0059】

表１に示すように、磁気シールドの下に応力緩和機能を備えた保護層を設けることにより、磁気シールドの内部応力を緩和することができた。このように、保護層は、磁気シールドの磁気的な性質や磁気抵抗効果素子に対する、内部応力の影響を抑制できることが分かった。したがって、保護層を設けることが、磁気シールドの厚さ（体積）を大きくして大電力化に対応するために有効といえる。

【0060】

また、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、図９（ｂ）および表１に示すように、磁気シールドの下に応力緩和機能を備えた保護層を設けることにより、磁気シールドの変位を保護層により緩和することができた。このため、保護層１４の下面（磁気抵抗効果素子１１側の面）に、パッシベーション機能を備えた無機絶縁層１６を形成することにより、無機絶縁層１６にクラックが発生することを防止できる（図１参照）。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、柱状トランスなどのインフラ設備の電流センサの構成要素や、電気自動車、ハイブリッドカーなどの電流センサとして好適に使用されうる。

【符号の説明】

【0062】

１、２、３、４：電流センサ
１１、１１ａ～１１ｄ：磁気抵抗効果素子
１２、３２：フィードバックコイル
１３ ：磁気シールド
１４ ：保護層
１５、４５：応力緩和層
１６ ：無機絶縁層
１８ ：絶縁層
１９ ：基板
２５ ：金属層
４０ ：電流路
４６ ：パッシベーション膜
５５ ：配線
５５ａ ：入力端子
５６ ：配線
５６ａ ：グランド端子
５７、５８ ：配線
５７ａ ：第１の中点電位測定用端子
５８ａ ：第２の中点電位測定用端子
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３：厚さ
Ｉ₀ ：被測定電流
Ｐ ：感度軸方向
Ｑ、Ｒ ：領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】