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公開番号2025062570
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-14
出願番号2024156692
出願日2024-09-10
発明の名称磁気センサ及び電流センサ
出願人旭化成エレクトロニクス株式会社
代理人弁理士法人RYUKA国際特許事務所
主分類G01R 15/20 20060101AFI20250407BHJP(測定;試験)
要約【課題】磁場分布により発生する同相電圧を抑制する。
【解決手段】磁気センサ50は、それぞれ複数の磁気抵抗素子51を直列接続して形成された抵抗辺Ra、抵抗辺Rb、抵抗辺Rc、及び抵抗辺Rdを含む第1磁電変換部50aであり、抵抗辺Ra及び抵抗辺Rdの感磁方向は互いに等しく、抵抗辺Rb及び抵抗辺Rcの感磁方向は互いに等しく且つ抵抗辺Ra及び抵抗辺Rdの感磁方向と逆方向であり、抵抗辺Ra及び抵抗辺Rbが直列接続され、抵抗辺Rc及び抵抗辺Rdが直列接続され且つ抵抗辺Ra及び抵抗辺Rbに並列接続されてホイートストンブリッジ回路状に組まれ、少なくとも一部が導体24に含まれるアーム24c₁上に配置される、第1磁電変換部50aを備え、第1磁電変換部50aの幅wがアーム24c₁の幅Wの0.3倍以下である。これにより、出力電圧に含まれる同相電圧Vcmを抑制することができる。
【選択図】図8A
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれ複数の磁気抵抗素子を直列接続して形成された第１抵抗辺、第２抵抗辺、第３抵抗辺、及び第４抵抗辺を含む第１磁電変換部であり、前記第１抵抗辺及び前記第４抵抗辺の感磁方向は互いに等しく、前記第２抵抗辺及び前記第３抵抗辺の感磁方向は互いに等しく且つ前記第１抵抗辺及び前記第４抵抗辺の感磁方向と逆方向であり、前記第１抵抗辺及び前記第２抵抗辺が直列接続され、前記第３抵抗辺及び前記第４抵抗辺が直列接続され且つ前記第１抵抗辺及び前記第２抵抗辺に並列接続されてホイートストンブリッジ回路状に組まれ、少なくとも一部が導体に含まれる第１アーム上に配置される、第１磁電変換部を備え、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺をそれぞれ形成する前記複数の磁気抵抗素子の少なくとも一部の磁気抵抗素子が幅方向に隣接して配置される単位領域のうち、前記第１アームの幅方向の最も一側に位置する抵抗辺の単位領域の重心と、最も他側に位置する抵抗辺の単位領域の重心と、の離隔距離である前記第１磁電変換部の幅が、前記第１アームの幅の０．３倍以下である、磁気センサ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記導体は、前記第１アームから前記幅方向に離隔する第２アームであり、前記第１アーム及び前記第２アームの一方のアームに電流が入力されて他方のアームから前記電流が出力される、第２アームをさらに含み、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺を含む前記第１磁電変換部は、前記幅方向に関して、前記第１アームの中心線より前記第２アーム側に位置する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記導体は、前記第１アームから前記幅方向に離隔する第２アームであり、前記第１アーム及び前記第２アームの一方のアームに電流が入力されて他方のアームから前記電流が出力される、第２アームをさらに含み、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺を含む前記第１磁電変換部の中心は、前記幅方向に関して、前記電流が前記導体に導通した場合に前記第１アーム上に発生する磁場の最大位置より前記第２アーム側に位置する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれの単位領域は、前記幅方向に配列される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれが、前記導体に流れる電流の導通方向の一側及び他側にそれぞれ配置される第１単位領域及び第２単位領域を含み、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれの前記第１単位領域が、前記幅方向に配列され、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれの前記第２単位領域が、前記幅方向に前記第１単位領域と逆順で配列される、請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれが、さらに、前記電流の導通方向の一側及び他側にそれぞれ配置される第３単位領域及び第４単位領域を含み、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれの前記第３単位領域が、前記幅方向に配列され、
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれの前記第４単位領域が、前記幅方向に前記第３単位領域と逆順で配列される、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺のそれぞれに含まれる前記第１単位領域及び前記第２単位領域は、前記第１アーム上で１８０度回転対称に配置される、請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記単位領域内に、前記少なくとも一部の磁気抵抗素子が立体配列される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記複数の磁気抵抗素子は、トンネル型磁気抵抗素子又は巨大磁気抵抗素子である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺の感磁方向は、前記幅方向に平行である、請求項１に記載の磁気センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ及び電流センサに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗素子（ＴＭＲ）をそれぞれ含む４つの抵抗辺から構成されるホイートストンブリッジ回路を備え、一対の電源ノードから駆動電圧を入力して一対の出力ノードから差動電圧を取得することで磁場強度を検出する磁気センサが知られている（特許文献１及び２参照）。斯かる構成の磁気センサにおいて、複数のＴＭＲを直列接続して各抵抗辺を構成することで、磁気センサのＤＣ耐圧性及びＥＳＤ耐圧性を向上することができる。しかし、チップ面積（感磁部面積に等しい）が広くなる、つまり４つの抵抗辺により形成される閉ループが大きくなり、その閉ループの内側を多くの磁束が通ることで誘導起電力が発生してｄｉ／ｄｔノイズをもたらすだけでなく、感磁部上の磁場分布により同相信号が発生して差動増幅ノイズをもたらすことが懸念される。
特許文献１国際公開第２０１５／１０７９４９号
特許文献２米国特許出願公開第２０２０／００１８７８０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様においては、それぞれ複数の磁気抵抗素子を直列接続して形成された第１抵抗辺、第２抵抗辺、第３抵抗辺、及び第４抵抗辺を含む第１磁電変換部であり、前記第１抵抗辺及び前記第４抵抗辺の感磁方向は互いに等しく、前記第２抵抗辺及び前記第３抵抗辺の感磁方向は互いに等しく且つ前記第１抵抗辺及び前記第４抵抗辺の感磁方向と逆方向であり、前記第１抵抗辺及び前記第２抵抗辺が直列接続され、前記第３抵抗辺及び前記第４抵抗辺が直列接続され且つ前記第１抵抗辺及び前記第２抵抗辺に並列接続されてホイートストンブリッジ回路状に組まれ、少なくとも一部が導体に含まれる第１アーム上に配置される、第１磁電変換部を備え、前記第１抵抗辺から前記第４抵抗辺をそれぞれ形成する複数の磁気抵抗素子の少なくとも一部の磁気抵抗素子が幅方向に隣接して配置される単位領域のうち、前記第１アームの幅方向の最も一側に位置する抵抗辺の単位領域の重心と、最も他側に位置する抵抗辺の単位領域の重心と、の離隔距離である前記第１磁電変換部の幅が、前記第１アームの幅の０．３倍以下である、磁気センサが提供される。
【０００４】
本発明の第２の態様においては、被測定電流が流れる導体と、第１の態様の磁気センサと、を備える電流センサが提供される。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本実施形態に係る電流センサの内部構成を上面視において示す。
本実施形態に係る電流センサの内部構成を側面視において示す。
磁気センサ（磁電変換部）の回路構成を示す。
磁気抵抗素子の構成を側面視において示す。
水平磁場を検出する磁気センサの配置の例を示す。
図４Ａの第１磁電変換部の回路構成及び磁気抵抗素子の磁場検知方向を示す。
図４Ａの第２磁電変換部の回路構成及び磁気抵抗素子の磁場検知方向を示す。
垂直磁場を検出する磁気センサの配置の例を示す。
図５Ａの第１磁電変換部の回路構成及び磁気抵抗素子の磁場検知方向を示す。
図５Ａの第２磁電変換部の回路構成及び磁気抵抗素子の磁場検知方向を示す。
誘導起電力に伴うｄｉ／ｄｔノイズの発生原理を示す。
配線を撚ることでｄｉ／ｄｔノイズを抑制する原理を示す。
複数の磁気抵抗素子の平面配列を示す。
複数の磁気抵抗素子の立体配列を示す。
第１磁電変換部における単位領域の配列を示す。
第２磁電変換部における単位領域の配列を示す。
導体上の位置に対する磁場強度及び磁電変換部から出力される同相電圧を示す。
導体の幅に対する磁電変換部の幅の比に対する磁電変換部から出力される同相電圧を示す。
電流センサの製造フローにおけるリードフレーム形成工程の状態を示す。
電流センサの製造フローにおけるダイボンディング工程の状態を示す。
電流センサの製造フローにおけるワイヤボンディング工程の状態を示す。
電流センサの製造フローにおけるモールディング工程の状態を示す。
変形例に係る電流センサの内部構成を上面視において示す。
変形例に係る電流センサの内部構成を側面視において示す。
変形例に係る電流センサの製造フローにおけるリードフレーム形成工程の状態を示す。
変形例に係る電流センサの製造フローにおける磁気センサ設置工程の状態を示す。
変形例に係る電流センサの製造フローにおけるワイヤボンディング工程の状態を示す。
変形例に係る電流センサの製造フローにおけるモールディング工程の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ上面視及び側面視において、本実施形態に係る電流センサ１００の内部構成をパッケージ９を透過して示す。ここで、図１Ｂは、図１Ａにおける基準線ＢＢに関する電流センサ１００の断面構造を示す。なお、図１Ａにおける上下方向を縦方向、図１Ａ及び図１Ｂにおける左右方向を横方向、及び図１Ｂにおける上下方向を高さ方向とする。電流センサ１００は、被測定電流が導体２４に流れることでその周囲に発生する磁場を磁気センサ５０を用いて検出することで電流量を測定するセンサであり、特に誘導起電力によるｄｉ／ｄｔノイズ及び／又は磁場分布の広がりに伴う差動増幅ノイズを抑制することができる。電流センサ１００は、パッケージ９、ベース１０、複数のデバイス端子１７、導体２４、磁気センサ５０、及び信号処理デバイス４４を備える。
【０００９】
パッケージ９は、後述するベース１０が有する２つのデバイス端子１５，１６、複数のデバイス端子１７、及び導体２４のそれぞれの端子部を除いて、電流センサ１００の構成各部をその内部に封止して保護する部材である。パッケージ９は、例えば、エポキシのような絶縁性に優れた封止樹脂を用いてモールド成形することで、扁平状の直方体に成形される。
【００１０】
ベース１０は、信号処理デバイス４４を支持する板状部材である。ベース１０は、特に信号処理デバイス４４が発する熱を放熱するために、例えば熱伝導率の高い金属を用いて板状に成形される。ベース１０は、本体１１、突出部１２，１４、及びデバイス端子１５，１６を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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