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JP4298691B2 - 電流センサおよびその製造方法 - Google Patents

電流センサおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、磁界の変化を高感度に検出可能な電流センサおよびその製造方法に関する。
一般に、制御機器の回路に流れる制御電流を正確に測定するにあたっては、その回路内に抵抗を直列接続し、この抵抗の電圧降下を測定する方法を用いる。しかし、この場合には、制御系とは異なる負荷が加わることとなり制御系に対して何らかの悪影響を与える可能性が生じてしまう。このため、制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法が用いられている。具体的には、Ｕ字状の湾曲導体に制御電流を供給し、その湾曲導体の周囲に生じる電流磁界の変化をホール素子によって検出するする方法である（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−１２３０９０号公報
しかし、上記のような電流センサでは、小型化が困難であることに加え、磁界変化に対する検出感度の直線性あるいは高周波応答性の面で不十分であるなどの問題点が指摘されるようになった。このため、ホール素子の替わりに巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive effect）を発現する巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子）を制御電流による電流磁界中に配置し、その勾配を検出するようにした電流センサが提案されている。このようなＧＭＲ素子を用いた電流センサであれば、検出感度や応答性が向上するうえ、温度変化に対しても安定した検出特性が得られる。
ところで、最近では、より精密な電流測定を可能とする電流センサが強く求められるようになっている。したがって、電流磁界の変化に対するＧＭＲ素子の抵抗変化の直線性をより厳密に、かつ安定して確保する必要がある。その一方で、いっそうコンパクトな全体構成であることも望まれている。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、測定対象とする電流を高精度に安定して測定可能であると共に、より小さく簡素な構成の電流センサおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の第１の電流センサは、検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで導体に沿って配置された一対の素子基板と、この素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界をそれぞれ印加する一対の磁性基板と、磁気抵抗効果素子の各々に対し、互いに等しい値の定電流を供給する一対の定電流源と、定電流によって磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器とを備えるようにしたものである。ここで、導体はＶ字状の平面形状を有しており、この導体のＶ字形状を構成する一方の直線部分に、一対の素子基板の一方と一対の磁性基板の一方とが配置され、導体のＶ字形状を構成する他方の直線部分に、一対の素子基板の他方と一対の磁性基板の他方とが配置されている。磁気抵抗効果素子の各々は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含んでいる。一対の素子基板の一方における磁気抵抗効果素子と、一対の素子基板の他方における磁気抵抗効果素子とは、電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆向きの変化を示すようになっており、電圧降下の差分に基づいて検出対象電流が検出されることとなる。
本発明の第２の電流センサは、検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、電流磁界に応じて自らの抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで導体に沿って配置された第１から第４の素子基板と、第１から第４の素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて磁気抵抗効果素子の各々に対してバイアス磁界を印加する第１から第４の磁性基板と、差分検出器とを備えるようにしたものである。ここで、導体はＶ字状の平面形状を有しており、この導体のＶ字形状を構成する一方の直線部分に、第１および第３の素子基板と第１および第３の磁性基板とが配置され、導体のＶ字形状を構成する他方の直線部分に、第２および第４の素子基板と第２および第４の磁性基板とが配置されている。また、磁気抵抗効果素子の各々は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含んでいる。また、第１および第２の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、第３および第４の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、第１の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と第４の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、第２の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と第３の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。さらに、第１および第３の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値が電流磁界に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値が、いずれも、電流磁界に応じて第１および第３の素子基板における磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化し、差分検出器により、第１の接続点と第２の接続点との間に電圧が印加されたときの第３の接続点と第４の接続点の間の電位差が検出されるようになっている。
本発明の第１および第２の電流センサでは、磁性基板（第１から第４の磁性基板）が、検出対象電流の流路となる導体に沿って配置された磁気抵抗効果素子を含む素子基板（第１から第４の素子基板）と直接的または間接的に貼り合わされ、この磁性基板によって磁気抵抗効果素子に対するバイアス磁界が印加されるように構成されているので、外部からの不要な擾乱磁界の影響が低減される。このため磁気抵抗効果素子が、検出対象とする磁界に基づき、直線性に優れ、正確かつ安定した抵抗変化を示すこととなる。さらに、バイアス磁界を印加するために永久磁石やコイルを磁気抵抗効果素子の両側に配置するなどした場合と比べ、磁性基板はスペースを有効に利用した配置となる。
また、導体がＶ字状の平面形状を有し、一対の直線部分の各々に素子基板（第１から第４の素子基板）および磁性基板（第１から第４の磁性基板）が配置されるようにしたので、導体が従来のＵ字形状である場合よりも、一対の直線部分から生じる電流磁界同士の干渉が抑制される。
本発明の第１および第２の電流センサでは、磁気抵抗効果素子における固着層の磁化方向が、外部磁界が零のときの自由層の磁化方向と直交するか、または平行をなすようにするとよい。互いに直交するようにした場合には、磁性基板によって、外部磁界が零のときの自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を印加することが望ましい。一方、互いに平行をなすようにした場合には、磁性基板を利用することにより、固着層の磁化方向に平行な平行成分と、この平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界を印加することが望ましい。なお、ここでいう外部磁界とは、検出対象電流による電流磁界のほか、磁性基板によるバイアス磁界、あるいは外部ノイズを含む意である。
本発明の電流センサの製造方法は、支持基板の表面に磁気抵抗効果素子を複数形成したのち、支持基板の裏面に接着剤を塗布して磁性基板を貼り付けることにより積層体を形成する工程と、磁性基板の磁化方向の設定を行う工程と、積層体を磁気抵抗効果素子ごとに切り分けることで、磁気抵抗効果素子をそれぞれ有する複数の磁気センサを形成する工程と、検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体を用意したのち、一対の磁気センサを、電流磁界に応じて磁気抵抗効果素子が互いに逆向きの抵抗変化を示すように導体の上にそれぞれ配置する工程とを含むようにしたものである。
ここでは、磁気抵抗効果素子として、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含むものを形成する。また、導体として一対の直線部分を含んでＶ字状の平面形状をなすものを用意したのち、一対の磁気センサを一対の直線部分の上にそれぞれ配置するようにする。
本発明の電流センサの製造方法によれば、複数の磁気抵抗効果素子が形成された支持基板の裏面に磁性基板を貼り付け、磁性基板の磁化方向の設定を行ったのちに磁気抵抗効果素子ごとに切り分け、さらに一対の磁気抵抗効果素子を、導体からの電流磁界に応じて互いに逆向きの抵抗変化を示すようにその導体上に配置するようにしたので、所定方向にバイアス磁界が印加された磁気抵抗効果素子を有する複数の電流センサが一括して、かつ簡便に形成される。
ここでは、Ｖ字状の平面形状を有する導体を用意し、一対の直線部分の各々に磁気センサを配置するようにしたので、導体が従来のＵ字形状である場合よりも、一対の直線部分から生じる電流磁界同士の干渉が抑制される。
本発明の第１および第２の電流センサによれば、磁気抵抗効果素子を有する素子基板（第１から第４の素子基板）と磁性基板（第１から第４の磁性基板）とを貼り合わせて一体化したものを検出対象電流の流路となる導体に沿って配置し、その磁性基板によって磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加するようにしたので、外部からの不要な擾乱磁界の影響を十分に回避しつつ、検出対象電流に基づく電流磁界を正確に、かつ安定して検知することができる。そのうえ、バイアス磁界を印加するために永久磁石やコイルを磁気抵抗効果素子の両側に配置するなどした場合と比べ、スペースを有効に利用して、より小さく簡素な全体構成とすることができる。
さらに、導体がＶ字状の平面形状を有し、一対の直線部分の各々に素子基板（第１から第４の素子基板）および磁性基板（第１から第４の磁性基板）を配置するようにしたので、導体が従来のＵ字形状である場合よりも、一対の直線部分から生じる電流磁界同士の干渉を抑制することができる。したがって、小型化を達成しつつ、検出対象電流を高精度に、かつ安定して測定することができる。
本発明の電流センサの製造方法によれば、複数の磁気抵抗効果素子が形成された支持基板の裏面を研磨したのち、その裏面に磁性基板を貼り付け、磁性基板の磁化方向の設定を行ったのちに磁気抵抗効果素子ごとに切り分け、さらに一対の磁気抵抗効果素子を、導体からの電流磁界に応じて互いに逆向きの抵抗変化を示すようにその導体上に配置するようにしたので、所定方向にバイアス磁界が印加された磁気抵抗効果素子を有すると共に比較的コンパクトな全体構成の複数の電流センサを一括して、かつ簡便に形成することができる。
さらに、Ｖ字状の平面形状を有する導体を用意し、一対の直線部分の各々に磁気センサを配置するようにしたので、従来のＵ字形状の導体を用いる場合よりも、一対の直線部分から生じる電流磁界同士の干渉を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
最初に、図１，図２を参照して、本発明における第１の実施の形態としての電流センサの構成について説明する。図１は、本実施の形態における電流センサ１０の斜視構成を表す概略図であり、図２は、図１の電流センサ１０における回路構成を表したものである。なお、図２における検出対象電流Ｉｍ、補償電流Ｉｄ、電流磁界Ｈｍ、補償電流磁界Ｈｄ、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２および電流Ｉ０のすべての矢印の方向は、第１および第２の磁気抵抗効果素子３Ａ，３Ｂ（後出）との相対的な方向を示している。
電流センサ１０は、基体１上に形成された導体２に供給される検出対象電流Ｉｍを測定する電流計であり、第１および第２の磁気抵抗効果素子３Ａ，３Ｂ（以下、単にＭＲ素子３Ａ，３Ｂと記す。）を含む磁気センサ７Ａ，７Ｂを備えている。ＭＲ素子３Ａ，３Ｂは、第１の接続点Ｐ１において互いに接続されており、互いを結ぶ仮想直線上の中間点を通る中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置されている（図２参照）。
導体２は、一対の直線部分２Ａ，２Ｂと、これらを繋ぐ折り返し部分２Ｃとを有するＶ字形状をなしている。導体２の両端はパッド２Ｄ，２Ｅと接続されている。直線部分２Ａ，２Ｂは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂを含む面と平行な面において中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置されると共に、中心線ＣＬ（図２）に対して例えば４５°をなすように（すなわち、互いに直交するように）Ｘ軸方向およびＹ軸方向へそれぞれ延在している。直線部分２Ａ，２Ｂの上には磁気センサ７Ａ，７Ｂがそれぞれ設けられている。磁気センサ７Ａ，７Ｂについては後に詳述する。
直線部分２Ａ，２Ｂにおいては、延在方向に直交する断面の面積が互いに等しく、かつ均一である。これにより、例えばパッド２Ｄからパッド２Ｅへ向かって導体２に検出対象電流Ｉｍが流れることにより発生する電流磁界ＨｍＡおよび電流磁界ＨｍＢの合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して図２に矢印で示した方向に各々印加されることとなる。ここで、電流磁界ＨｍＡは直線部分２Ａにおいて＋Ｙ方向に発生し、電流磁界ＨｍＢは直線部分２Ｂにおいて＋Ｘ方向に発生する。電流磁界ＨｍＡ，ＨｍＢは互いに向きが異なるものの、どちらも同じ検出対象電流Ｉｍに起因するものであるうえ、直線部分２Ａ，２Ｂの断面積が互いに等しく均一であることから、それら電流磁界ＨｍＡ，ＨｍＢの大きさ（絶対値）は互いに等しい。但し、ＭＲ素子３Ａは直線部分２Ａに近接配置されているので、電流磁界ＨｍＢの影響は電流磁界ＨｍＡの影響よりも小さい。このため、ＭＲ素子３Ａに印加される合成磁界Ｈｍ１の向きは、＋Ｙ方向から僅かに＋Ｘ方向へ傾いた（回転した）Ｙ２方向となる。同様に、ＭＲ素子３Ｂは直線部分２Ｂに近接配置されているので電流磁界ＨｍＡの影響は小さい。このため、ＭＲ素子３Ｂに印加される合成磁界Ｈｍ２の向きは、＋Ｘ方向から僅かに＋Ｙ方向へ傾いた（回転した）Ｘ２方向となる。さらに、直線部分２ＡからＭＲ素子３Ａまでの距離と直線部分２ＢからＭＲ素子３Ｂまでの距離とが互いに等しく、かつ、直線部分２ＡからＭＲ素子３Ｂまでの距離と直線部分２ＢからＭＲ素子３Ａまでの距離とが互いに等しいことにより、ＭＲ素子３Ａに印加される合成磁界Ｈｍ１の大きさ（絶対値）およびＭＲ素子３Ｂに印加される合成磁界Ｈｍ２の大きさ（絶対値）は互いに等しくなっている。また、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂは、電流センサ１０の駆動時において合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２により各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２（後出）が互いに逆方向の変化を示すように構成されている。
磁気センサ７Ａ，７Ｂは、直線部分２Ａ，２Ｂの上に、例えば５μｍ〜１０μｍの厚みの接着層（図示せず）を介してそれぞれ貼り付けられている。具体的には、図１に示したように直線部分２Ａ，２Ｂの上に磁性基板６Ａ，６Ｂと素子基板５Ａ，５Ｂとがそれぞれ順に積層されることにより、磁気センサ７Ａ，７Ｂが構成されている。磁性基板６Ａ，６Ｂと素子基板５Ａ，５Ｂとの間には例えば５μｍ〜１０μｍの厚みの接着層（図示せず）が介在している。素子基板５Ａ，５Ｂは、それぞれ１００μｍ程度の厚みを有するシリコンウェハなどの支持基板４Ａ，４Ｂの上にＭＲ素子３Ａ，３Ｂが設けられた構成をなしている。磁性基板６Ａ，６Ｂは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対してバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２（図２参照）をそれぞれ印加するものである。ここで、バイアス磁界Ｈｂ１の向きはＹ２方向と直交するＸ３方向（＋Ｘ方向から−Ｙ方向へ僅かに傾いた方向）であり、バイアス磁界Ｈｂ２の向きはＸ２方向と直交するＹ３方向（＋Ｙ方向から−Ｘ方向へ僅かに傾いた方向）となっている。なお、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２の向きは、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２のほか、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける各々の固着層１３（後出）の磁化方向と関連して決まるものである。磁性基板６Ａ，６Ｂは、例えばバリウム−ストロンチウムフェライト［（Ｂａ−Ｓｒ）Ｆｅ2Ｏ4］からなり７５μｍ〜９５μｍの厚みを有している。なお、磁性基板６Ａ，６Ｂの構成材料としてはこれに限定されず、永久磁石となり得る他の強磁性材料を用いることもできる。また、磁性基板６Ａ，６Ｂは、安定したバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加するため、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂよりも大きな面積を有していることが望ましい。
電流センサ１０は、さらに、互いの一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続された、定電流源ＣＧ１（第１の定電流源）および定電流源ＣＧ２（第２の定電流源）を備えている（図２）。定電流源ＣＧ１は、第３の接続点Ｐ３において、ＭＲ素子３Ａにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されており、一方の定電流源ＣＧ２は、第４の接続点Ｐ４において、ＭＲ素子３Ｂにおける第１の接続点Ｐ１とは反対側の端部と接続されている。すなわち、ＭＲ素子３Ａと定電流源ＣＧ１とが直列接続されていると共に、ＭＲ素子３Ｂと定電流源ＣＧ２とが直列接続されており、それらが中心線ＣＬを対称軸として線対称となるように互いに並列接続された状態となっている。ここで、定電流源ＣＧ１および定電流源ＣＧ２は、互いに等しい値の定電流Ｉ０をＭＲ素子３ＡおよびＭＲ素子３Ｂにそれぞれ供給するように構成されている。なお、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２は、基体１の上に設けられた回路基板９の内部に形成されている（図１では図示せず）。
さらに、電流センサ１０は補償電流ラインＣを備えている。第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されると、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差に基づく補償電流Ｉｄが補償電流ラインＣに供給されるようになっている（図２）。補償電流ラインＣは、入力側が第３および第４の接続点Ｐ３，Ｐ４と接続された差分検出器としての差動増幅器ＡＭＰの出力側と接続されており、それと反対側の端部は抵抗体ＲＬを介して接地されている。抵抗体ＲＬにおける差動増幅器ＡＭＰの側には、補償電流検出手段Ｓが接続点Ｔ１において接続されている。ここで、補償電流ラインＣは、補償電流Ｉｄが流れることにより、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２とそれぞれ逆方向の補償電流磁界Ｈｄ１，Ｈｄ２を発生するように配置されている。すなわち、補償電流磁界Ｈｄ１が−Ｙ方向に発生すると共に補償電流磁界Ｈｄ２が−Ｘ方向に発生することで、電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２をそれぞれ打ち消す方向に作用する。
ＭＲ素子３Ａ，３Ｂは、支持基板４Ａ，４Ｂの上に、絶縁膜、巨大磁気抵抗効果を発現する巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜、絶縁膜、およびパッドが順に積層されたものである。ここで、絶縁膜は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などによって構成されている。また、パッドは、ＧＭＲ膜の抵抗変化を読み出す際にセンス電流を供給するための電極である。ＧＭＲ膜については、図３を参照して、より詳しく説明する。図３は、ＭＲ素子３Ａ，３ＢにおけるＧＭＲ膜の構成を分解して示す分解斜視図である。
図３に示したように、ＭＲ素子３Ａ，３ＢにおけるＧＭＲ膜は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしており、具体的には一定方向に固着された磁化方向Ｊ１１を有する固着層１１と、特定の磁化方向を示さない中間層１２と、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２をはじめとする外部磁界Ｈに応じて磁化方向Ｊ１３が変化する自由層１３とを順に含んでいる。なお、図３は、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が零（Ｈｍ１，Ｈｍ２＝０）であり、かつ、磁性基板６Ａ，６Ｂによるバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加しない無負荷状態（すなわち、外部磁界Ｈが零の状態）を示している。この場合には、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、自らの磁化容易軸方向ＡＥ１３と平行をなし、かつ、固着層１１の磁化方向Ｊ１１と直交した状態となっている。
自由層１３は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料により構成されている。中間層１２は、銅（Ｃｕ）により構成され、上面が固着層１１と接すると共に下面が自由層１３と接している。中間層１２は、銅のほか、金（Ａｕ）などの導電率の高い非磁性金属により構成することができる。なお、固着層１１の上面（中間層１２と反対側の面）および自由層１３の下面（中間層１２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されている。また、固着層１１と自由層１３との間には磁化方向Ｊ１１における交換バイアス磁界Ｈinが生じており、中間層１２を介して互いに作用し合っている。交換バイアス磁界Ｈinの強度は、固着層１１と自由層１３との相互間隔（すなわち中間層１２の厚み）に応じて自由層１３のスピン方向が回転することにより変化する。なお、図３では、下から自由層１３、中間層１２、固着層１１の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で構成するようにしてもよい。
以上のような構造を有するＭＲ素子３Ａ，３ＢのＧＭＲ膜では、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が印加されることにより自由層１３の磁化方向Ｊ１３が回転し、それによって磁化方向Ｊ１３と磁化方向Ｊ１１との相対角度が変化する。その相対角度は、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２の大きさや向きによって決まるものである。
図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、ＧＭＲ膜の磁化方向Ｊ１１，Ｊ１３と、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２と、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２との関係について説明する。図４（Ａ），（Ｂ）は、電流センサ１０における電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。例えば導体２の延在方向に沿って矢印で示したように検出対象電流Ｉｍが流れるとすると、直線部分２Ａの周囲に電流磁界ＨｍＡが発生し、直線部分２Ｂの周辺に電流磁界ＨｍＢが発生する。この場合、ＭＲ素子３Ａに及ぶ合成磁界Ｈｍ１は、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ２との合力となる。一方、ＭＲ素子３Ｂに及ぶ合成磁界Ｈｍ２は、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ２と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力となる。ここでＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおいては、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂがそれぞれ合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２と平行または逆平行をなすように固着されている。外部磁界Ｈが零である場合、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、それぞれ合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２と直交した状態となる。すなわち外部磁界Ｈが零のとき、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１３Ｂと直交した状態となる。したがって、導体２に検出対象電流Ｉｍが供給されて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂは、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと平行（低抵抗）または逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。ＭＲ素子３ＡおよびＭＲ素子３Ｂは、合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２に応じて自らの抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆向きの変化を示すように設定されている。具体的には、例えば、図４（Ａ）に示したように、ＭＲ素子３Ａでは、磁化方向Ｊ１１Ａが＋Ｙ２方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａが＋Ｘ３方向となっている。一方、ＭＲ素子３Ｂでは、磁化方向Ｊ１１Ｂが−Ｘ２方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂが＋Ｙ３方向となっている。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは（紙面上において）左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは（紙面上において）右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。この結果、ＭＲ素子３Ａの抵抗値Ｒ１は減少し、ＭＲ素子３Ｂの抵抗値Ｒ２は増加することとなる。あるいは、図４（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子３Ａにおいて、磁化方向Ｊ１１Ａを＋Ｙ２方向とすると共に外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａを−Ｘ３方向とする一方、ＭＲ素子３Ｂにおいて、磁化方向Ｊ１１Ｂを−Ｘ２方向とすると共に外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂを＋Ｙ３方向としてもよい。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。この結果、やはりＭＲ素子３Ａの抵抗値Ｒ１は減少し、ＭＲ素子３Ｂの抵抗値Ｒ２は増加することとなる。なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、どちらの場合もＭＲ素子３Ａの抵抗値Ｒ１が減少し、かつ、ＭＲ素子３Ｂの抵抗値Ｒ１が増加するような構成となっているが、これに限定されず、抵抗値Ｒ１が増加し、かつ、抵抗値Ｒ２が減少するような構成とすることも可能である。
なお、図４（Ａ）の状態または図４（Ｂ）の状態のいずれの場合であっても、磁性基板５Ａ，５Ｂは、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加するように設定される。したがって、このバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、異方性磁界に相当するものとして自由層１３の一軸異方性を強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化に寄与することとなる。従来、ＭＲ素子そのものの形状を細長く伸ばすことで形状異方性を高め、さらに、それを複数本、所定の間隔を空けて並列配置するなどして抵抗変化率を高めるようにしていたが、その場合には比較的大きなスペースを必要とする上、補償電流線も大型化することとなる。ところが、本実施の形態の電流センサ１０によれば、形状異方性を利用しないのでＭＲ素子３Ａ，３Ｂの形状の自由度が高いうえ、それぞれを複数に分割する必要もないのでコンパクトな構成を実現している。
さらに、電流センサ１０では、導体２が、互いに直交する直線部分２Ａおよび直線部分２Ｂを含んでＶ字形状をなすようにしたので、例えば図２１に示したような従来の電流センサのように互いに平行な直線部分１０２Ａ，１０２Ｂを含むＵ字形状の導体１０２を用いた場合と比べて、より精密な電流測定が可能であるうえ、よりコンパクトな全体構成とすることができる。すなわち、Ｕ字形状の導体１０２の場合には、検出対象電流Ｉｍの方向が直線部分１０２Ａと直線部分１０２Ｂとでは必然的に反対方向となってしまうことから、直線部分１０２Ａと直線部分１０２Ｂとを接近させると電流磁界Ｈｍ１０１と電流磁界Ｈｍ１０２とが相互干渉を生じ、互いに打ち消し合うこととなる。このような相互干渉を低減するためにはＭＲ素子１０３Ａ，１０３Ｂの間隔Ｗ１０３を一定距離以上に保つ必要がある。また、導体１０２においては折り返し部分１０２Ｃのサイズも大きくなりがちである。ところが、本実施の形態の電流センサ１０では、直線部分２Ａおよび直線部分２Ｂの各々に流れる検出対象電流Ｉｍの方向が互いに完全な逆平行ではない（この場合は４５°をなしている）ので、直線部分２Ａから生ずる電流磁界Ｈｍ１と直線部分２Ｂから生ずる電流磁界Ｈｍ２との相互干渉が比較的弱い。このため、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの間隔Ｗ３を小さくした場合においても各ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して検出動作に十分な大きさの電流磁界Ｈｍ１，Ｈｍ２を印加することができ、より精密な電流測定が可能となる。さらに、折り返し部分２Ｃのサイズも比較的小さくすることができるので、導体２の全体の高さ２Ｌを導体１０２の高さ１０２Ｌよりも小さくすることができる。すなわち、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂのサイズを維持しつつ、よりコンパクトな全体構成の電流センサ１０を実現することができる。したがって、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂ間の温度差による測定誤差をも低減することができ、よりいっそう精密かつ安定した電流測定が可能となる。
このような構成の電流センサ１０では、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖ０（ＭＲ素子３Ａ，３Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）に基づく補償電流Ｉｄが差分検出器としての差動増幅器ＡＭＰを介して補償電流ラインＣを流れ、その補償電流Ｉｄが補償電流検出手段Ｓによって検出されるようになっている。差動増幅器ＡＭＰは、差分Ｖ０が零となるように補償電流Ｉｄを調整するものである。
以下、図２を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される電流磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。
図２において、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に所定の電圧を印加した際の定電流源ＣＧ１，ＣＧ２からの定電流をＩ０とし、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２とする。電流磁界Ｈｍが印加されていない場合、第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｉ０・Ｒ１
であり、第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｉ０・Ｒ２
となる。よって、第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・Ｒ１−Ｉ０・Ｒ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２） …（１）
この回路では、電流磁界Ｈｍが印加されたときに、電位差Ｖ０を測定することにより抵抗変化量が得られる。例えば電流磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ１，Ｒ２がそれぞれ変化量ΔＲ１，ΔＲ２だけ増加したとすると、式（１）は、
Ｖ０＝Ｖ１−Ｖ２
＝Ｉ０・（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｉ０・｛（Ｒ１＋ΔＲ１）−（Ｒ２＋ΔＲ２）｝ …（２）
となる。
すでに述べたように、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂは電流磁界Ｈｍによって各々の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すように配置されていることから、変化量ΔＲ１と変化量ΔＲ２とは互いの正負が逆の符号となる。したがって、式（２）において、電流磁界Ｈｍが印加される前の抵抗値Ｒ１および抵抗値Ｒ２は互いに打ち消し合う一方で、変化量ΔＲ１および変化量ΔＲ２はそのまま維持される。
仮に、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂが全く同一の特性を有するとした場合、すなわち、
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ
かつ
ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ
であると仮定した場合、式（２）は、
Ｖ０＝Ｉ０・（Ｒ１＋ΔＲ１−Ｒ２−ΔＲ２）
＝Ｉ０・（Ｒ＋ΔＲ−Ｒ＋ΔＲ）
＝Ｉ０・（２ΔＲ） …（３）
となる。したがって、外部磁界と抵抗変化量との関係が既知であるＭＲ素子３Ａ，３Ｂ
を用いるようにすれば、電流磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その電流磁界Ｈｍ
を発生する検出対象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。この場合、２つのＭＲ素
子３Ａ，３Ｂを用いてセンシングを行っているので、ＭＲ素子３ＡまたはＭＲ素子３Ｂを
単独で用いてセンシングを行う場合と比べて２倍の抵抗変化量を取り出すことができ、測
定値の高精度化に有利となる。また、４つのＭＲ素子を用いてブリッジ回路を構成してセ
ンシングを行う場合と比べ、ＭＲ素子同士の特性のばらつきや接続抵抗のばらつき等を小
さく抑えることができるので、感度が高いＭＲ素子を用いた場合であってもバランス調整
が容易である。また、ＭＲ素子自体の個数を減らすことができ、それに伴い端子の数も減
るので、省スペース化に有利となる。
さらに、電流センサ１０では、第３の接続点Ｐ３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ４において検出される電位Ｖ２とが差動増幅器ＡＭＰに供給されて、その差分（電位差Ｖ０）が零となるような補償電流Ｉｄが出力される。差動増幅器ＡＭＰからの補償電流Ｉｄは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの近傍を検出対象電流Ｉｍとは正反対の方向へ流れることにより電流磁界Ｈｍとは逆方向の補償電流磁界Ｈｄを生じ、回路中の接続抵抗のばらつきやＭＲ素子３Ａ，３Ｂの相互間における特性のばらつき、温度分布の偏り、あるいは外部からの妨害磁界などに起因する誤差分をキャンセルするように作用するので、結果として電流磁界Ｈｍのみに比例した大きさに近づくこととなる。したがって、補償電流検出手段Ｓにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔを測定し、既知の抵抗体ＲＬとの関係から補償電流Ｉｄを算出することにより、電流磁界Ｈｍをより正確に求めることができ、ひいては検出対象電流Ｉｍの大きさを高精度に推定することができる。
次に、電流センサ１０の製造方法について図５〜図８を参照して説明する。
ここでは、まず、図５に示したように、２ｍｍ程度の厚みを有するシリコンウェハなどの支持基板４Ｚの表面４ＳにＭＲ素子３を複数形成する。そののち、図６に示したように、例えば１００μｍの厚みとなるまで支持基板４Ｚの裏面を研磨する。さらに、支持基板４Ｚの裏面に接着剤を塗布して磁性基板５Ｚを貼り付けることで積層体２０を形成する（図７）。こののち、常温下にて磁性基板５Ｚの磁化方向の設定（着磁）を行い、さらに必要に応じて磁性基板５Ｚの裏面を研磨することにより、ＭＲ素子３に及ぶ磁界強度を調整する。次いで、図８に示したように、積層体２０をＭＲ素子３ごとに切り分けることで磁気センサ７を複数形成する。最後に、２つの磁気センサ７を導体２の直線部分２Ａ，２Ｂに対応した位置に配置すると共に、基体１の上に磁気センサ７が配置された導体２と回路基板９とを設けるなど所定の工程を経ることにより、電流センサ１０が完成する。
以上説明したように、本実施の形態の電流センサ１０によれば、検出対象電流Ｉｍの流路となる導体２に沿って配置したＭＲ素子３Ａ，３Ｂと磁性基板６Ａ，６Ｂとを支持基板４Ａ，４Ｂを介して貼り合わせ、この磁性基板６Ａ，６Ｂによってバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加するようにしたので、永久磁石やコイルをＭＲ素子の両側に配置するなどした場合と比べ、スペースを有効に利用しつつ、検出動作の十分な安定化を図ることができる。すなわち、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの各々に対して、より近い位置に配置することができるので、同じ構成材料であっても比較的小さな寸法としつつも、安定した検出動作に要するバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を十分に確保することができる。さらに、簡素な構成であることから一括形成が容易であることに加え、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂの向きが互いに異なっていても、それぞれに対応して適切な方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加することが容易である。
また、磁性基板６Ａ，６Ｂによって、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向のバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２をＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して印加するように設定したので、自由層１３の一軸異方性が強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化を十分に図ることができる。ここでは形状異方性を利用しないことから、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの形状の自由度を高くすることができ、かつ、それぞれを複数に分割する必要もないのでコンパクトな構成とすることができる。
さらに、互いに直交する直線部分２Ａおよび直線部分２Ｂを含むＶ字形状の導体２を採用するようにしたので、互いに平行な直線部分を含むＵ字形状の導体を用いた場合と比べて、よりコンパクトな全体構成とすることができる。
このように、本実施の形態の電流センサ１０によれば、よりコンパクトな構成を実現しつつ、検出対象電流Ｉｍの測定を高精度に、かつ十分に安定して行うことができる。
また、導体２を流れる検出対象電流Ｉｍが発生する電流磁界Ｈｍにより抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆方向の変化を示すこととなるように導体２に沿って配置され、互いに並列接続されたＭＲ素子３Ａ，３Ｂと、第３の接続点Ｐ３においてＭＲ素子３Ａと直列接続された定電流源ＣＧ１と、第４の接続点Ｐ４においてＭＲ素子３Ｂと直列接続された定電流源ＣＧ２とを備え、定電流源ＣＧ１と定電流源ＣＧ２とを第２の接続点Ｐ２において接続し、第１の接続点Ｐ１と第２の接続点Ｐ２との間に電圧が印加されたときの第３の接続点Ｐ３と第４の接続点Ｐ４との間の電位差Ｖ０に基づいて検出対象電流Ｉｍが検出されるように構成したので、４つの磁気抵抗効果素子を用いた場合よりも零磁界でのオフセット値の調整を簡便におこなうことができ、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂとして、より高感度なものを用いることができる。さらに、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して互いに等しく安定した電流を供給することができる。したがって、微弱な検出対象電流Ｉｍであっても、その電流磁界Ｈｍを高感度、かつ、高精度に検出することができる。なお、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２を設けることによりＭＲ素子３Ａ，３Ｂを含めたバランス調整は必要となるが、電気的に制御が可能であるので、４つの磁気抵抗効果素子を用いた場合よりもそのバランス調整は容易である。
特に、第３の接続点Ｐ３において検出される電位Ｖ１と第４の接続点Ｐ４において検出される電位Ｖ２との差分（ＭＲ素子３Ａ，３Ｂのそれぞれに生ずる電圧降下の差分）Ｖ０に基づいた補償電流Ｉｄが供給される補償電流ラインＣをさらに備え、補償電流Ｉｄが電流磁界Ｈｍとは逆方向の補償電流磁界ＨｄをＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対してそれぞれ付与するように構成したので、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂ同士の特性のばらつきや回路中の接続抵抗のばらつき、あるいは温度分布などに起因した出力電圧Ｖｏｕｔの変化をキャンセルすることができ、電流磁界Ｈｍを、より高感度かつ、より高精度に検出可能となる。
さらに、電流センサ１０では、中心線ＣＬを対称軸として線対称をなすようにＭＲ素子３Ａ，３Ｂ、定電流源ＣＧ１，ＣＧ２および補償電流ラインＣを設けると共に、導体４における一対の直線部分２Ａ，２Ｂを、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂを含む面と平行な面において中心線ＣＬを対称軸として線対称に配置するようにしたので、中心線ＣＬに対して対称な温度分布となるようにすることができる。したがって、温度分布に依存した零点ドリフトを抑制することができる。
＜変形例１＞
ここで、図９を参照して、本実施の形態の電流センサにおける変形例について説明する。
上記第１の実施の形態では、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂが固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと直交するように構成している。しかしながら、本発明では、図９（Ａ），（Ｂ）に示した変形例のように、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ０，Ｊ１３Ｂ０と固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂとが互いに平行をなすように構成してもよい。具体的には、図９（Ａ）では、ＭＲ素子３Ａの磁化方向Ｊ１１Ａおよび磁化方向Ｊ１３Ａ０が共に合成磁界Ｈｍ１と直交する＋Ｘ３方向となっており、ＭＲ素子３Ｂの磁化方向Ｊ１１Ｂおよび磁化方向Ｊ１３Ｂ０が共に合成磁界Ｈｍ２と直交する＋Ｙ３方向となっている。また、図９（Ｂ）では、ＭＲ素子３Ａの磁化方向Ｊ１１Ａおよび磁化方向Ｊ１３Ａ０が共に合成磁界Ｈｍ１と直交する＋Ｘ３方向となっており、ＭＲ素子３Ｂの磁化方向Ｊ１１Ｂおよび磁化方向Ｊ１３Ｂ０が共に合成磁界Ｈｍ２と直交する−Ｙ３方向となっている。ただし、これらの場合には、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂに対して斜め方向に印加することが望ましい。すなわち、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂに平行な平行成分と、この平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加することが望ましい。具体的には、図９（Ａ）では、ＭＲ素子３Ａに対して−Ｙ３方向のバイアス磁界Ｈｂ１を印加すると共にＭＲ素子３Ｂに対して＋Ｙ２方向のバイアス磁界Ｈｂ２を印加するとよい。また、図９（Ｂ）では、ＭＲ素子３Ａに対して−Ｙ３方向のバイアス磁界Ｈｂ１を印加すると共にＭＲ素子３Ｂに対して＋Ｘ３方向のバイアス磁界Ｈｂ２を印加するとよい。ここで、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２の平行成分は、上記第１の実施の形態で述べたように、異方性磁界に相当するものとして自由層１３の一軸異方性を強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化に寄与する成分である。一方、この平行成分と直交する直交成分は以下の理由により必要となるものである。
無負荷状態において磁化方向Ｊ１３Ａ０，Ｊ１３Ｂ０と磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂとが互いに平行をなすように設定した磁気抵抗効果素子３Ａ，３Ｂに対して、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと直交する方向へ外部磁界Ｈを印加すると、図１０に示したような特性が得られる。図１０は、＋Ｙ方向への外部磁界Ｈを正として外部磁界Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を示したものであるが、両者の関係は、外部磁界Ｈ＝０において極小（ΔＲ／Ｒ＝０）となり、ヒステリシスをほとんど示すことのない１本の曲線Ｃ１で表される。この場合、ヒステリシスに起因する１／ｆノイズが極めて小さくなるので、高感度かつ安定したセンシングが可能となる。ところが、図１０から明らかなように、外部磁界Ｈが零（Ｈ＝０）の近傍においては直線的な変化が得られない。このため、実際に電流磁界Ｈｍを測定する場合には磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと直交する直交成分を有するバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２をＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して印加し、磁化方向Ｊ１３Ａ０，Ｊ１３Ｂ０を回転させて例えば４５°傾いた磁化方向Ｊ１３Ａ１，Ｊ１３Ｂ１とするようにする（図９（Ａ），（Ｂ））。こうすることにより、図１０に示したバイアスポイントＢＰ１，ＢＰ２を中心とする線形領域Ｌ１，Ｌ２において電流磁界Ｈｍの変化を精度良く検出することができる。
なお、本変形例においても、適切な方向へバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加することにより、電流磁界Ｈｍが生じた場合にＭＲ素子３Ａの抵抗値Ｒ１とＭＲ素子３Ｂの抵抗値Ｒ２とが互いに逆の変化を生じることとなる。したがって、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して互いに等しい値の定電流を供給し、その定電流によってＭＲ素子３Ａ，３Ｂに生ずる電圧降下の差分を検出するようにすれば、検出対象電流Ｉｍを測定することが可能である。
［第２の実施の形態］
次に、本発明における第２の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第１の実施の形態では、Ｖ字状の平面形状をなす導体２を用いるようにした例について説明したが、本実施の形態では、直線状の導体２１を採用した例について説明する。
本実施の形態の電流センサは、導体２１以外の部分については実質的に上記第１の実施の形態と同様であるので、ここでは、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して、ＭＲ素子３Ａ，３ＢにおけるＧＭＲ膜の磁化方向Ｊ１１，Ｊ１３と、バイアス磁界Ｈｂと、電流磁界Ｈｍとの関係について説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態における電流センサの電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。ここでは、導体２１の延在方向に沿って検出対象電流Ｉｍが流れており、これと直交する方向に固着層１１の磁化方向Ｊ１１が固着されている。一方、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、外部磁界Ｈが零のとき、検出対象電流Ｉｍの流れる方向と平行または逆平行となっている。すなわち、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３は、固着層１１の磁化方向Ｊ１１と直交している。したがって、電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３は、磁化方向Ｊ１１と平行（低抵抗）または逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。ここで、ＭＲ素子３ＡおよびＭＲ素子３Ｂは、電流磁界Ｈｍに応じて自らの抵抗値Ｒ１，Ｒ２が互いに逆向きの変化を示すように設定されている。具体的には、例えば、図１１（Ａ）に示したように、ＭＲ素子３Ａでは、磁化方向Ｊ１１Ａが−ｙ方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａが−ｘ方向となっている。一方、ＭＲ素子３Ｂでは、磁化方向Ｊ１１Ｂが＋ｙ方向であり、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂが＋ｘ方向となっている。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは（紙面上において）左回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは（紙面上において）右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。あるいは、図１１（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子３Ａにおいて、磁化方向Ｊ１１Ａを−ｙ方向とし、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａを＋ｘ方向とする一方、ＭＲ素子３Ｂにおいて、磁化方向Ｊ１１Ｂを＋ｙ方向とし、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ｂを＋ｘ方向としてもよい。この場合、矢印の方向へ検出対象電流Ｉｍが流れて電流磁界Ｈｍが発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａは右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ａと平行となる状態へ向かい、一方で、磁化方向Ｊ１３Ｂは右回転することにより磁化方向Ｊ１１Ｂと逆平行となる状態へ向かう。
なお、いずれの場合であっても、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、外部磁界Ｈが零のときの磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂと同方向となるように設定される。したがって、このバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２は、異方性磁界に相当するものとして自由層１３の一軸異方性が強め、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂにおける磁界検出動作の安定化に寄与することとなる。特に、本実施の形態の電流センサでは直線状をなす導体２１を用いるようにしたので、Ｕ字形状やＶ字形状の場合のような相互干渉を生ずることなく、全体に亘って均質な電流磁界Ｈｍを発生させることができる。このため、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂに対して効率よく電流磁界Ｈｍが及ぶこととなり、より精度の高い電流測定が可能となる。また、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂを検出対象電流Ｉｍの流れる方向（すなわち、導体２１の延在方向）と直交するように配置すれば最も高感度な測定が可能となる。したがって、Ｖ字形状の導体２を用いた場合（第１の実施の形態）には磁気センサ７Ａ，７Ｂを導体２の延在方向に対して傾けるようにしたが、本実施の形態ではその必要がなく、磁気センサ７Ａ，７Ｂの設置を簡便に行うことができる。
さらに、本実施の形態の電流センサでは、導体２１が直線状をなすようにしたので、Ｖ字形状の導体２を採用した上記第１の実施の形態と比べて二次元な広がりを抑制することができ、よりコンパクトな全体構成となる。但し、図１１（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、磁化方向Ｊ１１Ａと磁化方向Ｊ１１Ｂとが互いに逆平行をなすこととなるので、ＭＲ素子３ＡとＭＲ素子３Ｂとの間隔は、バイアス磁界Ｈｂ１とバイアス磁界Ｈｂ２との相互干渉を避けるため、図４（Ａ），（Ｂ）に示した間隔Ｗ３よりも大きくする必要がある。
以上説明したように、本実施の形態によれば、直線状の導体２１を採用し、この導体２１に沿ってＭＲ素子３Ａ，３Ｂを含む素子基板５Ａ，５Ｂを配置するようにしたので、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂのサイズを維持しつつ、導体がＵ字状をなす場合よりもＭＲ素子３Ａ，３Ｂ同士の間隔を小さくすることができる。さらに、Ｕ字状の導体とは異なり折り返し部分が存在しないので、導体２１のサイズをより小さくすることができる。したがって、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂのサイズを維持しつつ、よりコンパクトな全体構成を実現することができるうえ、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂ間の温度差による測定誤差を低減し、精度良く安定した電流測定が可能となる。
＜変形例２＞
続いて、図１２を参照して、本実施の形態の電流センサにおける変形例について説明する。上記第２の実施の形態では、図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｂが固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂと直交するように構成している。しかしながら、図１２（Ａ），（Ｂ）に示した変形例のように、外部磁界Ｈが零のとき、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ０，Ｊ１３Ｂ０と固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂとが互いに平行をなすように構成してもよい。具体的には、図１２（Ａ）では、ＭＲ素子３Ａの磁化方向Ｊ１１Ａおよび磁化方向Ｊ１３Ａ０が共に電流磁界Ｈｍと直交する−ｘ方向となっており、ＭＲ素子３Ｂの磁化方向Ｊ１１Ｂおよび磁化方向Ｊ１３Ｂ０が共に電流磁界Ｈｍと直交する＋ｘ方向となっている。また、図１２（Ｂ）では、ＭＲ素子３Ａの磁化方向Ｊ１１Ａおよび磁化方向Ｊ１３Ａ０ならびにＭＲ素子３Ｂの磁化方向Ｊ１１Ｂおよび磁化方向Ｊ１３Ｂ０の全てが＋ｘ方向となっている。ただし、これらの場合には、バイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂに対して斜め方向に印加することが望ましい。すなわち、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂに平行な平行成分と、この平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界Ｈｂ１，Ｈｂ２を印加することが望ましい。こうすることにより、自由層１３が、例えば、磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｂに対して４５°傾いた磁化方向Ｊ１３Ａ１，Ｊ１３Ｂ１を発現するようになり、図１０に示したバイアスポイントＢＰ１，ＢＰ２を中心とする線形領域Ｌ１，Ｌ２において電流磁界Ｈｍの変化を精度良く検出することができる。
［第３の実施の形態］
次に、本発明における第３の実施の形態としての電流センサについて説明する。上記第１の実施の形態では、導体２の直線部分２Ａ，２Ｂに対して２つのＭＲ素子３Ａ，３Ｂを配置するようにした例について説明した。これに対し本実施の形態では、１つの導体２に対して４つのＭＲ素子３Ａ〜３Ｄを配置するようにした。以下、図１３を参照して説明する。なお、４つのＭＲ素子３Ａ〜３Ｄを配置するようにした点以外の部分については実質的に上記第１の実施の形態と同様であるので、適宜説明を省略する。
図１３は、本実施の形態における電流センサの電流方向、磁界方向および磁化方向の関係を表す概念図である。図１３に示したように、本実施の形態の電流センサでは、直線部分２Ａに、その延在方向（Ｘ軸方向）に沿ってＭＲ素子３ＡおよびＭＲ素子３Ｃを備えている。その一方で、直線部分２Ｂに、その延在方向（Ｙ軸方向）に沿ってＭＲ素子３ＢおよびＭＲ素子３Ｄを備えている。なお、ＭＲ素子３Ａ〜３Ｄは、いずれも図示しない支持基板の上に設けられ、各々が素子基板を構成している。さらに、各支持基板と導体２との間にはそれぞれ磁性基板（図示せず）が設けられており、ＭＲ素子３Ａ〜３Ｄに対してそれぞれバイアス磁界Ｈｂ１〜Ｈｂ４を印加するようになっている。
例えば導体２の延在方向に沿って矢印で示したように検出対象電流Ｉｍが流れるとすると、直線部分２Ａの周囲に電流磁界ＨｍＡが発生し、直線部分２Ｂの周辺に電流磁界ＨｍＢが発生する。この場合、ＭＲ素子３Ａには、ベクトル表示したように、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ２との合力である合成磁界Ｈｍ１が印加される。同様に、ＭＲ素子３Ｂには、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ２と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力である合成磁界Ｈｍ２が印加される。ＭＲ素子３Ｃに対しては、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ１と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ３との合力である合成磁界Ｈｍ３が印加される。さらに、ＭＲ素子３Ｄには、電流磁界ＨｍＡに起因する＋Ｙ方向の磁界成分ＨｍＡ３と電流磁界ＨｍＢに起因する＋Ｘ方向の磁界成分ＨｍＢ１との合力である合成磁界Ｈｍ４が印加される。ここで、ＭＲ素子３Ｃ，３Ｄは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂよりも中心位置ＣＬから離れた位置にあるので、電流磁界ＨｍＡと電流磁界ＨｍＢとの相互干渉の影響を受けにくい。すなわち、磁界成分ＨｍＢ３は磁界成分ＨｍＢ２よりも小さく（ＨｍＢ３＜ＨｍＢ２）、磁界成分ＨｍＡ３は磁界成分ＨｍＡ２よりも小さい（ＨｍＢ３＜ＨｍＢ２）。したがって、合成磁界Ｈｍ３は合成磁界Ｈｍ１よりも＋Ｙ方向に近い方向となり、合成磁界Ｈｍ４は合成磁界Ｈｍ２よりも＋Ｘ方向に近い方向となっている。
ＭＲ素子３Ａ，３Ｃは、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｃが合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３とそれぞれ平行をなすように固着されている。一方、ＭＲ素子３Ｂ，３Ｄは、固着層１１の磁化方向Ｊ１１Ｂ，Ｊ１１Ｄが合成磁界Ｈｍ２，Ｈｍ４とそれぞれ逆平行をなすように固着されている。外部磁界Ｈが零の場合、自由層１３の磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｃは合成磁界Ｈｍ１，Ｈｍ３とそれぞれ直交するように＋Ｘ方向から−Ｙ方向へ僅かに傾いた状態となり、磁化方向Ｊ１３Ｂ，Ｊ１３Ｄは合成磁界Ｈｍ２，Ｈｍ４とそれぞれ直交するように＋Ｙ方向から−Ｘ方向へ僅かに傾いた状態となる。すなわち外部磁界Ｈが零のとき、磁化方向Ｊ１３Ａ〜Ｊ１３Ｄは、磁化方向Ｊ１１Ａ〜Ｊ１３Ｄと直交した状態となる。したがって、導体２に検出対象電流Ｉｍが供給されて合成磁界Ｈｍ１〜Ｈｍ４が発生すると、磁化方向Ｊ１３Ａ，Ｊ１３Ｃは磁化方向Ｊ１１Ａ，Ｊ１１Ｃと平行（低抵抗）となる状態へ近づき、磁化方向Ｊ１３Ｂ，Ｊ１３Ｄは、磁化方向Ｊ１１Ｂ，Ｊ１１Ｄと逆平行（高抵抗）となる状態へ近づくこととなる。よって、ＭＲ素子３Ａ，３Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３は低下し、ＭＲ素子３Ｂ，３Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４は増加することとなる。
また、図１４に示したように、本実施の形態の電流センサでは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｂの一端同士が第１の接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子３Ｃ，３Ｄの一端同士が第２の接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子３Ａの他端とＭＲ素子３Ｄの他端とが第３の接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子３Ｂの他端とＭＲ素子３Ｃの他端とが第４の接続点Ｐ４において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。なお図１４は、本実施の形態の電流センサにおける回路構成を表したものである。
以下、図１４を参照して、検出対象電流Ｉｍによって形成される電流磁界Ｈｍを測定する方法について説明する。
図１４において、まず、外部磁界Ｈが印加されていない状態を考える。ここで読出電流
ｉ0を流したときのＭＲ素子３Ａ〜３Ｄの各抵抗値をｒ１〜ｒ４とする。電源Ｖｃｃから
の読出電流ｉ0は、第２の接続点Ｐ２で読出電流ｉ1および読出電流ｉ2の２つに分流され
る。そののち、ＭＲ素子３ＣおよびＭＲ素子３Ｂを通過した読出電流ｉ1と、ＭＲ素子３
ＤおよびＭＲ素子３Ａを通過した読出電流ｉ2とが第１の接続点Ｐ１において合流する。
この場合、第２の接続点Ｐ２と第１の接続点Ｐ１との間の電位差Ｖは、
Ｖ＝ｉ1ｒ３＋ｉ1ｒ２＝ｉ2ｒ４＋ｉ2ｒ１
＝ｉ1（ｒ３＋ｒ２）＝ｉ2（ｒ４＋ｒ１） ……（４）
と表すことができる。
また、第４の接続点Ｐ４における電位Ｖ３および第３の接続点Ｐ３における電位Ｖ４は、
それぞれ、
Ｖ３＝Ｖ−ｉ1ｒ３
Ｖ４＝Ｖ−ｉ2ｒ４
と表せる。よって、第４の接続点Ｐ４と第３の接続点Ｐ３との電位差Ｖ０は、
Ｖ０＝Ｖ４−Ｖ３
＝（Ｖ−ｉ2ｒ４）−（Ｖ−ｉ1ｒ３）
＝ｉ1ｒ３−ｉ2ｒ４ ……（５）
ここで、（４）式から、
Ｖ０＝ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）・Ｖ−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）・Ｖ
＝｛ｒ３／（ｒ３＋ｒ２）−ｒ４／（ｒ４＋ｒ１）｝・Ｖ ……（６）
となる。このブリッジ回路では、外部磁界である電流磁界Ｈｍが印加されたときに、上記
の式（６）で表された第４の接続点Ｐ４と第３の接続点Ｐ３との電位差Ｖ０を測定するこ
とにより、抵抗変化量が得られる。ここで、電流磁界Ｈｍが印加されたときに、抵抗値Ｒ
１〜Ｒ４がそれぞれ変化量ΔＲ１〜ΔＲ４だけ変化したとすると、すなわち、電流磁界Ｈ
ｍを印加後の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が、それぞれ
Ｒ１＝ｒ１＋ΔＲ１
Ｒ２＝ｒ２＋ΔＲ２
Ｒ３＝ｒ３＋ΔＲ３
Ｒ４＝ｒ４＋ΔＲ４
であるとすると、電流磁界Ｈｍの印加時における電位差Ｖ０は、式（６）より、
Ｖ０＝｛（ｒ３＋ΔＲ３）／（ｒ３＋ΔＲ３＋ｒ２＋ΔＲ２）−（ｒ４＋ΔＲ４）／（ｒ
４＋ΔＲ４＋ｒ１＋ΔＲ１）｝・Ｖ ……（７）
となる。この電流センサでは、ＭＲ素子３Ａ，３Ｃの抵抗値Ｒ１，Ｒ３と、ＭＲ素子３Ｂ
，３Ｄの抵抗値Ｒ２，Ｒ４とは互いに逆方向の変化を示すように構成されているので、変
化量ΔＲ４と変化量ΔＲ１とが打ち消し合うと共に、変化量ΔＲ３と変化量ΔＲ２とが打
ち消し合うこととなる。このため、電流磁界Ｈｍの印加前後を比較した場合、式（７）の
各項における分母の増加はほとんど無い。一方、各項の分子については、変化量ΔＲ３と
変化量ΔＲ１とが必ず反対の符号を有するので増減が現れることとなる。
仮に、ＭＲ素子３Ａ〜３Ｄの全てが完全に同一の特性を有するものとした場合、すなわ
ち、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝Ｒ、かつ、ΔＲ１＝−ΔＲ２＝ΔＲ３＝−ΔＲ４＝ΔＲで
あるとした場合、式（７）は、
Ｖ０＝｛（Ｒ＋ΔＲ）／（２・Ｒ）−（Ｒ−ΔＲ）／（２・Ｒ）｝・Ｖ
＝（ΔＲ／Ｒ）・Ｖ
となる。
を行うことができる。
このように、ΔＲ／Ｒ等の特性値がわかっているＭＲ素子３Ａ〜３Ｄを用いるようにす
れば、電流磁界Ｈｍの大きさを測定することができ、その電流磁界Ｈｍを発生する検出対
象電流Ｉｍの大きさを推定することができる。特に、４つのＭＲ素子３Ａ〜３Ｄを用いて
センシングを行っているので、２つのＭＲ素子３Ａ，３Ｂのみを用いてセンシングを行う
場合と比べ、より高精度な測定を行うことができる。
なお、本実施の形態ではＶ字状の平面形状をなす導体２を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２の実施の形態で説明した直線状の導体２１に沿って４つのＭＲ素子３Ａ〜３Ｄを配置するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例について以下に説明する。
本実施例では、上記第２の実施の形態（図１１（Ａ），（Ｂ））におけるＭＲ素子３Ｂに対応したサンプルを作製し、そのサンプルに関し、磁性基板によって生じるバイアス磁界の分布を調査した。ここでは、マイクロマグネティクスに基づくシミュレーションにより、固着層の磁化方向と直交するｘ軸方向の磁界成分としてのバイアス磁界Ｈｘと、固着層の磁化方向に平行なｙ軸方向の磁界成分としてのバイアス磁界Ｈｙとについて、磁性基板表面を基準としてそれぞれ算出した。図１５〜図１７にその結果を示す。なお、磁性基板はｘ軸方向に着磁されており、ＭＲ素子に対して（固着層の磁化方向と直交する）ｘ軸方向のバイアス磁界を印加することによって、ＭＲ素子の動作安定性を確保するように機能するものである。また、磁性基板におけるｘ軸方向の寸法を０．３７ｍｍとし、ｙ軸方向の寸法を０．２６ｍｍとしてシミュレーションを行ったが、図１５〜図１７では、そのうちの中心位置を含む０．２ｍｍ（ｘ軸方向）×０．２ｍｍ（ｙ軸方向）の領域についてのみ示す。
図１５は、バイアス磁界Ｈｘの、ｙ軸方向における分布を示したものである。ここで、横軸は磁性基板の中心位置を通るｙ軸方向の位置（ｍｍ）を表しており、縦軸はバイアス磁界Ｈｘを表している。ここでは、磁性基板の厚みを７５μｍ、８５μｍ、９５μｍの３水準とした。図１５に示したように、バイアス磁界Ｈｘの強さは、いずれの厚みにおいても中心位置０を頂点とした緩やかな凸形状の分布となった。また、厚みを大きくすることによりバイアス磁界Ｈｘの強さを増大させ、厚みを小さくすることによりバイアス磁界Ｈｘの強さを弱くすることが可能なことが確認された。
図１６は、８５μｍの厚みを有する磁性基板について、ｙ軸方向の位置（ｍｍ）およびｘ軸方向の位置（ｍｍ）におけるバイアス磁界Ｈｘの分布を表した特性図である。図１６では、ｘ軸方向およびｙ軸方向のそれぞれにおける中心位置を原点としている。図１６に示したように、バイアス磁界Ｈｘの分布は、３２×１０-4［Ｔ］〜４３×１０-4［Ｔ］の範囲内において磁性基板のｘ軸方向およびｙ軸方向の双方における中心位置（すなわち原点）を頂点とした曲面となった。すなわち、磁性基板の中心位置において最も大きなバイアス磁界Ｈｘが得られることがわかった。
さらに、図１７は、ｙ軸方向およびｘ軸方向におけるバイアス磁界Ｈｙの分布を表すものである。ここではバイアス磁界Ｈｘと同様に、ｘ軸方向およびｙ軸方向のそれぞれにおける中心位置を原点としている。ここで、ＭＲ素子の安定動作のためにはバイアス磁界Ｈｙが０であることが望ましい。図１７に示したように、磁性基板の中心位置ではバイアス磁界Ｈｙが０となっているが、周辺部分へ向かうほどバイアス磁界Ｈｙの絶対値が僅かに増大することがわかった。但し、バイアス磁界Ｈｙの絶対値は１０×１０-4［Ｔ］未満という極めて小さな値であり、実用上の問題は生じないレベルである。なお、図１７において、ｘ軸方向の位置が正である領域（０ｍｍ〜−０．１ｍｍ）と、ｘ軸方向の位置が負である領域（０ｍｍ〜０．１ｍｍ）とで、バイアス磁界Ｈｙが互いに反対の符号を示しているのは、磁性基板におけるｘ軸方向の中心位置を境界として、バイアス磁界Ｈｙが互いに逆向きとなっていることを表している。同様に、ｙ軸方向の位置が正である領域（０ｍｍ〜−０．１ｍｍ）と、ｙ軸方向の位置が負である領域（０ｍｍ〜０．１ｍｍ）とで、バイアス磁界Ｈｙが互いに反対の符号を示しているのは、磁性基板におけるｙ軸方向の中心位置を境界として、バイアス磁界Ｈｙが互いに逆向きとなっていることを表している。
図１５〜図１７の結果から、磁性基板の中心位置にＭＲ素子を配置すれば、本来必要な方向のバイアス磁界成分（バイアス磁界Ｈｘ）を最も効率的に付与することができるうえ、不要な方向のバイアス磁界成分（バイアス磁界Ｈｙ）の影響を低減可能なことがわかった。その際、磁性基板の厚みを選択することにより、所望の大きさのバイアス磁界をＭＲ素子に対して付与することが可能であることも確認された。
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、Ｖ字形状をなす導体として、２つの直線部分を含み、かつそれらが互いに直交するものを例示して説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、２つの直線部分が０°よりも大きく１８０°未満の角度をなすような導体であれば、本発明でいうところの「Ｖ字形状をなす導体」に該当する。また、図１８に示したような半円状の導体２２や、図１９のような楕円の一部を含む導体２３についても、本発明の「Ｖ字形状をなす導体」の概念に含まれる。さらに、図２０に示した導体２４のような、直線部分のみからなる形状の導体についても本発明の「Ｖ字形状をなす導体」に含まれる。
本発明における第１の実施の形態としての電流センサの構成を示す斜視図である。 図１に示した電流センサに対応する回路図である。 図１に示した電流センサの要部である磁気抵抗効果素子の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。 図１に示した電流センサの製造方法を説明するための一工程を表す斜視図である。 図５に続く一工程を表す斜視図である。 図６に続く一工程を表す斜視図である。 図７に続く一工程を表す斜視図である。 図１に示した電流センサの変形例における磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。 図９に示した変形例における抵抗変化率の磁界依存性を示す特性図である。 本発明における第２の実施の形態としての電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。 図１１の変形例における磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。 本発明における第３の実施の形態としての電流センサにおける磁化方向、電流磁界およびバイアス磁界の状態を説明するための概念図である。 図１３に示した電流センサに対応する回路図である。 図９に示した電流センサの磁性基板におけるバイアス磁界Ｈｘの分布を表す特性図である。 図９に示した電流センサの磁性基板におけるバイアス磁界Ｈｘの分布を表す他の特性図である。 図９に示した電流センサの磁性基板におけるバイアス磁界Ｈｙの分布を表す特性図である。 図１に示した電流センサにおける導体の第１の変形例を示す概略図である。 図１に示した電流センサにおける導体の第２の変形例を示す概略図である。 図１に示した電流センサにおける導体の第３の変形例を示す概略図である。 従来の電流センサにおける導体の構成を示す概略図である。
符号の説明
１…基体、２，２１…導体、２Ａ，２Ｂ…直線部分、２Ｃ…折り返し部分、３Ａ〜３Ｄ…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、４（４Ａ，４Ｂ）…支持基板、５（５Ａ，５Ｂ）…素子基板、６（６Ａ，６Ｂ）…磁性基板、７（７Ａ，７Ｂ）…磁気センサ、８，９…回路基板、ＣＧ１…（第１の）定電流源、ＣＧ２…（第２の）定電流源、１０…電流センサ、１１…固着層、１２…中間層、１３…自由層、２０…積層体、Ｃ…補償電流ライン、ＣＬ…中心線、Ｉｍ…検出対象電流、Ｈｂ１，Ｈｂ２…バイアス磁界、Ｈｍ１〜Ｈｍ４…合成磁界、ＨｍＡ，ＨｍＢ…電流磁界。

Claims (13)

  1. 検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
    磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで前記導体に沿って配置された一対の素子基板と、
    前記素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界をそれぞれ印加する一対の磁性基板と、
    前記磁気抵抗効果素子の各々に対し、互いに等しい値の定電流を供給する一対の定電流源と、
    前記定電流によって前記磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器と
    を備え、
    前記導体は、Ｖ字状の平面形状を有し、
    前記導体のＶ字形状を構成する一方の直線部分に、前記一対の素子基板の一方と前記一対の磁性基板の一方とが配置され、
    前記導体のＶ字形状を構成する他方の直線部分に、前記一対の素子基板の他方と前記一対の磁性基板の他方とが配置され、
    前記磁気抵抗効果素子の各々は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が前記検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含み、
    前記一対の素子基板の一方における磁気抵抗効果素子と、前記一対の素子基板の他方における磁気抵抗効果素子とは、前記電流磁界に応じて抵抗値が互いに逆向きの変化を示す
    ことを特徴とする電流センサ。
  2. 外部磁界が零のときの前記一対の素子基板における各磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向は、前記一方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界と前記他方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界との合成磁界と直交している
    ことを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
  3. 検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体と、
    前記電流磁界に応じて自らの抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子をそれぞれ含んで前記導体に沿って配置された第１から第４の素子基板と、
    前記第１から第４の素子基板における一方の面とそれぞれ貼り合わされて前記磁気抵抗効果素子の各々に対してバイアス磁界を印加する第１から第４の磁性基板と、
    差分検出器と
    を備え、
    前記導体は、Ｖ字状の平面形状を有し、
    前記導体のＶ字形状を構成する一方の直線部分に、前記第１および第３の素子基板と前記第１および第３の磁性基板とが配置され、
    前記導体のＶ字形状を構成する他方の直線部分に、前記第２および第４の素子基板と前記第２および第４の磁性基板とが配置され、
    前記磁気抵抗効果素子の各々は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が前記検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含み、
    前記第１および第２の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の素子基板における各磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、前記第１の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、前記第２の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の素子基板における磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、
    前記第１および第３の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、前記電流磁界に応じて互いに同じ向きに変化し、
    前記第２および第４の素子基板における各磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、前記電流磁界に応じて前記第１および第３の素子基板における磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化し、
    前記差分検出器により、前記第１の接続点と前記第２の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第３の接続点と前記第４の接続点の間の電位差が検出される
    ことを特徴とする電流センサ。
  4. 外部磁界が零のときの前記第１から第４の素子基板における各磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向は、前記一方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界と前記他方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界との合成磁界と直交している
    ことを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
  5. 前記固着層の磁化方向が、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と直交していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流センサ。
  6. 前記磁性基板は、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向に沿ったバイアス磁界を印加するものである
    ことを特徴とする請求項５に記載の電流センサ。
  7. 前記固着層の磁化方向が、外部磁界が零のときの前記自由層の磁化方向と平行をなしている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流センサ。
  8. 前記磁性基板は、前記固着層の磁化方向に平行な平行成分と、前記平行成分に直交する直交成分とを有するバイアス磁界を印加するものである
    ことを特徴とする請求項７に記載の電流センサ。
  9. 支持基板の表面に磁気抵抗効果素子を複数形成したのち、前記支持基板の裏面に接着剤を塗布して磁性基板を貼り付けることにより積層体を形成する工程と、
    前記磁性基板の磁化方向の設定を行う工程と、
    前記積層体を前記磁気抵抗効果素子ごとに切り分けることで、前記磁気抵抗効果素子をそれぞれ有する複数の磁気センサを形成する工程と、
    検出対象電流が供給されることにより電流磁界を発生する導体を用意したのち、一対の前記磁気センサを、前記電流磁界に応じて前記磁気抵抗効果素子が互いに逆向きの抵抗変化を示すように前記導体の上にそれぞれ配置する工程と
    を含み、
    前記磁気抵抗効果素子として、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化し、かつ、その外部磁界が零のときの磁化方向が前記検出対象電流の流れる方向と平行または逆平行となる自由層とを順に含むものを形成し、
    前記導体として一対の直線部分を含んでＶ字状の平面形状をなすものを用意したのち、前記一対の磁気センサを前記一対の直線部分の上にそれぞれ配置する
    ことを特徴とする電流センサの製造方法。
  10. 基体上に、前記導体と、前記磁気抵抗効果素子の各々に対して互いに等しい値の定電流を供給する一対の定電流源と、前記定電流によって前記磁気抵抗効果素子の各々に生ずる電圧降下の差分を検出する差分検出器とを配置する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の電流センサの製造方法。
  11. 外部磁界が零のときの前記一対の磁気センサにおける各磁気抵抗効果素子の自由層の磁化方向を、前記一方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界と前記他方の直線部分の周囲に発生する前記電流磁界との合成磁界と直交する方向とする
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の電流センサの製造方法。
  12. 前記磁気抵抗効果素子を複数形成したのち、前記磁性基板を貼り付ける前に所定の厚みとなるまで前記支持基板の裏面を研磨する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電流センサの製造方法。
  13. 前記磁性基板を研磨することにより、前記磁気抵抗効果素子に及ぶ磁界強度を調整する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の電流センサの製造方法。
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