JP2009271000A - 電流センサ及び電流センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出を可能とする電流センサを提供する。
【解決手段】この電流センサは、環状に形成されるとともに、中央の空間に挿入されるバスバー４０に電流が流れることによってバスバー４０の周辺に生じる磁界を集磁増幅する磁気回路と、この磁気回路により集磁増幅される磁界を検出するための巨大磁気抵抗効果素子からなるセンサチップ６０とを備え、センサチップ６０により検出された磁界に基づいてバスバー４０を流れる電流を検出する。ここでは、センサチップ６０を磁性材料からなるリードフレーム２０に実装するとともに、このリードフレーム２０の一部を環状に形成し、この環状部２２により磁気回路を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車載バッテリに接続された電源供給用の導体等を被検出体として同被検出体を流れる電流の大きさ等の検出に用いられる電流センサ、及び電流センサの製造方法に関する。

従来、この種の電流センサとしては、ホール素子や磁気抵抗効果素子等からなる磁気検出素子を用いた電流センサがよく知られている。はじめに、ホール素子を用いた電流センサによる電流検出原理について説明する。

周知のように、ホール素子に磁界が付与されるとき、このホール素子には、付与される磁界に比例したホール電圧が発生する。一方、配線等の電流路に電流が流れるとき、この電流路の周辺には、いわゆるアンペアの右ねじに法則に基づいて、電流路を流れる電流の大きさに比例した強度の磁界が形成される。したがって、電流路の周辺に形成される磁界中に上記ホール素子を配置するようにすれば、電流路を流れる電流の大きさに比例したホール電圧が発生するようになる。そして、ホール素子からなる電流センサでは、一般に、このように電流路を流れる電流に起因して発生する磁界をホール電圧として検出することによって、電流路を流れる電流の検出を行うようにしている。

しかしながら、このような電流検出を行う場合、ホール素子に付与される磁界の強度が小さい領域で、上記ホール素子に付与される磁界とこの磁界に伴って発生するホール電圧との比例関係が維持され難くなる。しかも、この領域においては、電流路を流れる電流に起因して発生する磁界の強度自体がそもそも小さいため、上述した原理のみでは、高感度の電流検出を行うことは難しい。そこで、このような電流センサでは通常、例えば特許文献１に記載されるセンサのように、電流路としてのバスバーを流れる電流に起因して発生する磁界を集磁する磁気回路を設け、ホール素子に付与される磁界の強度を増大させるようにしている。以下、図９を参照して、こうした集磁用コアを備える電流センサの一例についてその概要を説明する。なお、ここで検出対象とするバスバーは、例えば車載バッテリに接続された電源供給用の導体等である。

同図９に示されるように、この電流センサは、基本的には、バスバー１２０を流れる電流に起因して発生する磁界を集磁するための磁気回路としての集磁用コア１１１と、ホール素子１１２を含む各種電子部品等が実装されるプリント基板１１３と、これらの部品を収容する箱体状のケース１１４とから構成されている。ここで、ケース１１４の内部には、同ケース１１４の底面に開口する筒部１１４ａが形成されており、同筒部１１４ａの内部に上記バスバー１２０が挿入される。一方、上記集磁用コア１１１は、環状に形成されており、中央の空間に上記筒部１１４ａが挿入されることで筒部１１４ａ及びバスバー１２０を囲繞する。また、この集磁用コア１１１には、上記ホール素子１１２を挿入するためのギャップ１１１ａが形成されている。なお、プリント基板１１３には、ケース１１４の外壁に取り付けられたオス端子側コネクタ１１５が接続されており、ホール素子１１２のホール電圧等の情報の車両側制御部（図示略）への取り込みがこのオス端子側コネクタ１１５を介して行われる。そして、この電流センサでは、上記バスバー１２０を流れる電流に起因して発生する磁界が上記集磁用コア１１１により集磁増幅されると、上記ギャップ１１１ａに漏れ磁束が発生し、この漏れ磁束がホール素子１１２に作用するようになる。すなわちこれにより、ホール素子１１２に付与される磁界の強度が所要の強度に増幅されるようになるため、このセンサにおいては、バスバー１２０に流れる電流が小電流であったとしても、同電流の大きさを適切に検出することができるようになる。
特開２００２−３０３６４２号公報

このように、バスバー１２０に流れる電流に起因して発生する磁界を集磁用コア１１１により集磁増幅することで、バスバー１２０を流れる電流が小電流であったとしても、電流の大きさを適切に検出することが確かにできるようにはなる。

ただし、こうした電流センサにあっては、バスバー１２０を流れる小電流を検出するために上述の集磁用コア１１１が必須の構成要素となるため、電流センサとしての部品点数の増大や、構造の複雑化が避けられないものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出を可能とする電流センサ及び同電流センサの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、環状に形成されるとともに、中央の空間に挿入される被検出体に電流が流れることによって同被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅する磁気回路と、該磁気回路により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子とを備え、該磁気検出素子により検出された磁界に基づいて前記被検出体を流れる電流を検出する電流センサにおいて、前記磁気検出素子が、磁性材料からなるリードフレームに実装されるとともに、該リードフレームの一部が環状に形成され、該リードフレームの環状に形成された部分により前記磁気回路が構成されてなることを要旨としている。

同構成によるように、磁気検出素子の実装されるリードフレームの一部を環状に形成するとともに、被検出体に電流が流れることによって被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅するための磁気回路をこのリードフレームの環状に形成された部分により構成するようにすれば、上述の集磁用コアが不要となるため、電流センサとしての部品点数の増大を回避することができるようになる。また、このように被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅することによって、磁気検出素子に付与される磁界の強度を所要の強度に維持することができるため、電流センサとしての高感度の電流検出をそのまま維持することもできる。したがって、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電流センサにおいて、前記リードフレームと前記磁気検出素子とを樹脂材料により封止して１次成形された半導体パッケージのリードがそのままコネクタのオス端子となり、かつこのオス端子に係合、接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが同オス端子を囲む態様にて前記１次成形された半導体パッケージの全体が樹脂材料により封止されて２次成形されてなることを要旨としている。

上述のように、電流センサには、例えば車両側制御部といった外部機器と接続するためのオス端子側コネクタが設けられている。このため、リードフレームと磁気検出素子とを樹脂材料により封止して半導体パッケージを成形するようにした場合には、電流センサの製造プロセスにおいて、半導体パッケージを成形した後に同半導体パッケージのリードとコネクタのオス端子とを電気的かつ機械的に接続する工程が必要となる。そしてこのことが、電流センサを製造する上での工数の増加を招き、ひいては生産コストの増大を招く要因となる。この点、同構成によれば、半導体パッケージのリードをそのままコネクタのオス端子とするようにすることで、電流センサを製造する際に、こうしたリードとコネクタのオス端子とを接合するための工程を削減することができるようになる。このため、電流センサとしてのコネクタのオス端子となる端子と共にこれに係合、接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが一体に導出される構造をとりながらも製造工数が削減され、ひいては生産性の向上が図られるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子が、付与される磁界に応じて巨大磁気抵抗効果により抵抗値の変化する巨大磁気抵抗効果素子からなることを要旨としている。

同構成によるように、リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子として巨大磁気抵抗効果素子を採用するようにすれば、例えば磁気抵抗効果素子と比較すると、付与される磁界（詳しくは磁界の強度や方向等）に応じて抵抗値が大きく変化するため、上記リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界をより高い感度で検出することができるようになる。したがって、電流センサとしてのより高い感度の電流検出が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電流センサにおいて、前記磁気検出素子には、前記リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界の方向と平行な方向にバイアス磁界が付与されてなることを要旨としている。

上述のように、リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子として巨大磁気抵抗効果素子を採用するようにした場合には、より高感度の電流検出が確かに可能となる。ただし、この巨大磁気抵抗効果素子は、付与される磁界の向きが１８０°だけ異なるとき、付与される磁界に応じた抵抗値の変化量が基本的には同じ大きさとなるため、付与される磁界の向きを検出することができず、ひいては被検出体を流れる電流の向きを検出することができないおそれがある。この点、同構成によれば、リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界及びバイアス磁界の両者が巨大磁気抵抗効果素子に作用するようになるため、例えば前者の磁界の向きと後者の磁界の向きとが互いに同じ方向であるとき、巨大磁気抵抗効果素子に付与される磁界の強度は、バイアス磁界のみが付与されているときの磁界の強度よりも大きくなる。一方、前者の磁界の向きと後者の磁界の向きとが互いに逆方向であるとき、巨大磁気抵抗効果素子に付与される磁界の強度は、バイアス磁界のみが付与されているときの磁界の強度よりも小さくなる。したがって、磁気抵抗効果素子により検出される磁界の強度がバイアス磁界のみが付与されているときの磁界の強度よりも大きいか、あるいは小さいかに基づいて、上記リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界に起因して磁気抵抗効果素子に付与される磁界の向きを検出することができるようになるため、ひいては被検出体を流れる電流の向きを検出することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、環状に形成されるとともに、中央の空間に挿入される被検出体に電流が流れることによって同被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅する磁気回路と、該磁気回路により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子とを備え、該磁気検出素子により検出された磁界に基づいて前記被検出体を流れる電流を検出する電流センサの製造方法であって、前記磁気回路を、磁性材料からなるリードフレームの一部を環状に形成することによって形成した後、該環状に形成された部分により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子を、同環状に形成された部分に実装することを要旨としている。

同方法によるように、被検出体に電流が流れることにより同被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅するための磁気回路を、リードフレームの一部を環状に形成することによって形成するようにすれば、電流センサを製造する際に、上述の集磁用コアを電流センサに組み付ける工程を削減することができるようになる。このため、電流センサとしての製造工数を削減することができ、ひいては生産性の向上が図られるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電流センサの製造方法において、前記磁気検出素子を前記環状に成形された部分に実装した後、前記環状に形成された部分の中央の空間に前記被検出体を挿入することのできる態様にて前記リードフレームと前記磁気検出素子とを樹脂材料により封止して半導体パッケージを１次成形するとともに、この１次成形された半導体パッケージのリードがそのままコネクタのオス端子となり、かつこのオス端子に係合接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが同オス端子を囲む態様にて、かつ前記環状に形成された部分の中央の空間に前記被検出体を挿入することのできる態様にて前記１次成形された半導体パッケージの全体を樹脂材料により封止して２次成形することを要旨としている。

同方法によれば、上述の電流センサの製造プロセスに見られるような半導体パッケージのリードとコネクタのオス端子とを接合するための工程を削減することができるため、電流センサとしてのコネクタのオス端子となる端子と共にこれに係合、接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが一体に導出される構造をとりながらも製造工数の削減を図ることができるようになる。

本発明にかかる電流センサ、及び電流センサの製造方法によれば、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出が可能となる。

以下、本発明にかかる電流センサの一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。ここで、図１は、本実施形態にかかる電流センサの斜視構造を示したものであり、はじめに、この図１を参照して、電流センサの概略構造を説明する。

同図１に示されるように、この電流センサは、基本的には内部の各種電子部品等を樹脂部材１０により覆うことでこれら各種電子部品等を外部環境から保護する構造を有している。ここで、樹脂部材１０の底面側の部分には、図中の一点鎖線で示されるメス端子Ｍ１〜Ｍ４の保持体５０が挿入される際のガイドとなるコネクタガイド３０が形成されるとともに、このコネクタガイド３０内にメス端子Ｍ１〜Ｍ４に対応するオス端子Ｔ１〜Ｔ４がそれぞれ導出されている。ちなみに、端子Ｔ１は給電端子、端子Ｔ２は接地端子、端子Ｔ３，Ｔ４は当該電流センサの出力端子としてそれぞれ機能している。また、この電流センサでは、中央の部分に断面矩形状の貫通孔１２を有する検出部１１が樹脂部材１０の上面から導出されており、この貫通孔１２が、図中の二点差線にて示す被検出体としてのバスバー４０の挿入される部分となっている。ちなみに、このバスバー４０は、例えば車載バッテリに接続された電流供給用の導体等からなる。そして、この電流センサでは、バスバー４０に電流が流れた際にその周辺に生じる磁界を検出し、検出された磁界に応じた電圧信号を上記オス端子Ｔ１〜Ｔ４からメス端子Ｍ１〜Ｍ４を通じて、例えば車両側制御装置といった外部機器に伝達する。

図２（ａ）は、こうした電流センサの平面構造を示したものであり、また、図２（ｂ）は、同図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示したものである。
同図２（ａ），（ｂ）に示されるように、上記樹脂部材１０の内部には、上記貫通孔１２を囲繞する態様にて四角環状に形成された環状部２２と４本のリード２１ａ〜２１ｄと構成されるリードフレーム２０が設けられている。ちなみに、このリードフレーム２０は、例えば銅や鉄などの磁性材料により形成されている。そして、本実施形態にかかる電流センサでは、このリードフレーム２０の環状部２２により磁気回路を構成し、この環状部２２により上記バスバー４０の周辺に生じる磁界を集磁増幅させて、同環状部２２に図中の一点鎖線に沿った方向の磁界Ｂｒを形成するようにしている。また、このリードフレーム２０の環状部２２の一辺を構成する部分には、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を有するセンサチップ６０と、このセンサチップ６０とボンディングワイヤ６２を介して電気的に接続されて同センサチップ６０から出力される電気信号の各種処理を実行する制御ＩＣ６１とが実装されている。ちなみに、巨大磁気抵抗素子は、付与される磁界（詳しくは磁界の強度や方向等）に応じて巨大磁気抵抗効果により抵抗値の変化する素子であり、例えば磁気抵抗効果（ＭＲＥ）素子と比較すると、付与される磁界に応じた抵抗値の変化量が大きい特性を有しているため、より高い感度で磁気を検出することが可能である。ここで、センサチップ６０は、こうした巨大磁気抵抗効果素子をはじめ、この素子の抵抗値の変化を電気信号に変換するための回路等が一体に集積化されたチップである。また、このセンサチップ６０には、同センサチップ６０及び制御ＩＣ６１を挟むようにして設けられる２つの磁石６４ａ，６４ｂから図中の一点鎖線の矢印にて示す方向、すなわち上記リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界Ｂｒと平行な方向のバイアス磁界Ｂｍが常に付与されている。そして、このセンサチップ６０に付与されるこのバイアス磁界Ｂｍが上記リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界Ｂｒの変化の影響を受けて変化し、センサチップ６０は、こうしたバイアス磁界Ｂｍの変化を巨大磁気抵抗効果素子を通じて検出して上記バスバー４０を流れる電流に応じた電気信号を出力する。一方、上記制御ＩＣ６１は、ボンディングワイヤ６３を介して上記リード２１ａ〜２１ｄに電気的に接続されるとともに、これらリード２１ａ〜２１ｄのうちのリード２１ａとリード２１ｂとがコンデンサ６５を介して電気的に接続されている。そして、これらセンサチップ６０、制御ＩＣ６１、磁石６４ａ，６４ｂ、コンデンサ６５、リードフレーム２０の環状部２２の一辺を構成する部分、及びリード２１ａ〜２１ｄの上端部分が樹脂部材１３により一体に封止（モールド）されて１次成形されている。また、この１次形成体の下端部から導出されたリード２１ａ〜２１ｄは、２次成形体としての樹脂部材１０の内部を通じてコネクタガイド３０まで延設されている。

また、上記コネクタガイド３０は、樹脂部材１０のうちの主に上記樹脂部材１３を保護する部分から図中の下側に断面凹字状に導出される部分からなり、このコネクタガイド３０内に上記リード２１ａ〜２１ｄが導出されている。そして、本実施形態にかかる電流センサでは、コネクタガイド３０内に導出されるこれらリード２１ａ〜２１ｄをそのまま上記コネクタのオス端子Ｔ１〜Ｔ４として用いるようにしている。ちなみに、この電流センサでは、上述のように、上記コンデンサ６５によりリード２１ａとリード２１ｂとを電気的に接続、すなわち給電端子Ｔ１と接地端子Ｔ２とを電気的に接続することによってノイズ除去を図るようにしている。

次に、こうした電流センサにおける上記バスバー４０を流れる電流の検出方法について、図３及び図４を参照して説明する。
例えばいま、図３（ａ）に示すように、上記バスバー４０内を図中の手前側から奥側の方向に電流Ｉ１が流れていたとする。このとき、バスバー４０の周辺には、いわゆるアンペアの右ねじに法則に基づいて、図中の時計回りの方向の磁界が形成され、この磁界が環状部２２により集磁されることで、環状部２２に図中の一点鎖線の矢印にて示す時計回りの方向の磁界Ｂｒが形成されるようになる。そしてこの場合、図３（ｂ）に示すように、センサチップ６０の設けられる環状部２２の一辺を構成する部分では、上記環状部２２に形成される磁界Ｂｒの向きと、上記磁石６４ａ，６４ｂにより形成されるバイアス磁界Ｂｍの向きとが互いに逆方向になる。したがって、センサチップ６０には、環状部２２に形成される磁界Ｂｒと、磁石６４ａ，６４ｂにより形成されるバイアス磁界Ｂｍとを合成した合成磁界（Ｂｍ−Ｂｒ）が作用するようになる。ここで、本実施形態にかかる電流センサでは、上記磁石６４ａ，６４ｂにより形成されるバイアス磁界Ｂｍの強度が、環状部２２に集磁される磁界Ｂｒの強度よりも大きくなるように予め設定されている。このため、センサチップ６０に付与される合成磁界（Ｂｍ−Ｂｒ）は、上記バイアス磁界Ｂｍと同じ方向を有するとともに、合成磁界（Ｂｍ−Ｂｒ）の強度の値は、バイアス磁界Ｂｍの強度の値よりも小さくなる。また、上記電流Ｉ１の大きさに比例して環状部２２に集磁される磁界Ｂｒの強度が大きくなることから、電流Ｉ１の大きさが大きくなるほど、合成磁界（Ｂｍ−Ｂｒ）の強度の値とバイアス磁界Ｂｍの強度の値との差分値が大きくなる。

一方、例えばいま、図４（ａ）に示すように、上記バスバー４０内を図中の奥側から手前側の方向に、すなわち先の図３（ａ）に示した電流Ｉ１の方向と逆の方向に電流Ｉ２が流れていたとする。このとき、バスバー４０の周辺には、図中の反時計回りの方向の磁界が形成され、この磁界が環状部２２により集磁されることで、環状部２２に図中の一点鎖線の矢印にて示す反時計回りの方向の磁界Ｂｒが形成されるようになる。そしてこの場合、図４（ｂ）に示すように、センサチップ６０の設けられる環状部２２の一辺を構成する部分では、上記環状部２２に形成される磁界Ｂｒの向きと、上記磁石６４ａ，６４ｂにより形成されるバイアス磁界Ｂｍの向きとが互いに同じ方向になる。したがって、センサチップ６０には、環状部２２に形成される磁界Ｂｒと、磁石６４ａ，６４ｂにより形成されるバイアス磁界Ｂｍとを合成した合成磁界（Ｂｍ＋Ｂｒ）が作用するようになる。このため、センサチップ６０に付与される合成磁界（Ｂｍ＋Ｂｒ）は、上記バイアス磁界Ｂｍと同じ方向を有するとともに、合成磁界（Ｂｍ＋Ｂｒ）の強度の値は、バイアス磁界Ｂｍの強度の値よりも大きくなる。また、上記電流Ｉ２の大きさが大きくなるほど、合成磁界（Ｂｍ＋Ｂｒ）の強度の値とバイアス磁界Ｂｒの強度の値との差分値が大きくなる。

したがって、本実施形態にかかる電流センサでは、センサチップ６０を通じて検出される合成磁界の強度がバイアス磁界Ｂｍの強度よりも大きいか、あるいは小さいかに基づいてバスバー４０を流れる電流の方向を検出することが可能である。また、検出される合成磁界の強度とバイアス磁界Ｂｍの強度との差分値に基づいてバスバー４０を流れる電流の大きさも検出することが可能である。

このように、電流センサとして上記構造を採用することで、従来の電流センサの必須構成要素である集磁用コアをリードフレーム２０の環状部２２により代用することができるようになる。また、バスバー４０に電流が流れることによってバスバー４０の周辺に形成される磁界はリードフレーム２０の環状部２２により集磁増幅されるとともに、この集磁増幅された磁界がセンサチップ６０の巨大磁気抵抗効果素子に付与されるため、電流センサとしての高感度の電流検出をそのまま維持することもできる。

次に、こうした電流センサの製造方法について詳述する。図５〜図８は、この電流センサについてその製造プロセスを示したものである。ちなみに、図５〜図７は便宜上、上記リードフレーム２０のうちの電流センサ１個分に相当する部分のみを拡大して示したものである。

図５に示すように、平板状のリードフレーム２０には、上記環状部２２が形成されるとともに、この環状部２２から所定間隔を空けて離間するかたちでリード２１ａ〜２１ｄが形成されている。ここで、環状部２２は、架設部２３を介してアウターフレーム２５に連結されている。また、リード２１ａ〜２１ｄは、その先端部分がそのままアウターフレーム２５に連結されるとともに、その中間部分が架設部２４を介してアウターフレーム２５に連結されている。

そして、図６に示すように、上記電流センサの製造に際してはまず、上記環状部２２にセンサチップ６０及び制御ＩＣ６１をダイボンディングした後、このセンサチップ６０と制御ＩＣ６１との間でワイヤボンディングを施し、センサチップ６０と制御ＩＣ６１とをボンディングワイヤ６２により電気的に接続する。また、制御ＩＣ６１と各リード２１ａ〜２１ｄとの間でもワイヤボンディングを施し、制御ＩＣ６１と各リード２１ａ〜２１ｄとをボンディングワイヤ６３により電気的に接続する。

次いで、図７に示すように、上記磁石６４ａ，６４ｂをリードフレーム２０の環状部２２に実装するとともに、上記コンデンサ６５をリード２１ａとリード２１ｂとの間に実装する。その後、例えば適宜の金型などを用いて、図中に実線のハッチングにて示す樹脂モールド領域Ｍに上記樹脂部材１３に対応する樹脂材料を充填し、これを樹脂硬化等により硬化させる。これにより、センサチップ６０、制御ＩＣ６１、磁石６４ａ，６４ｂ、コンデンサ６５、リードフレーム２０の環状部２２の一辺を構成する部分、及びリード２１ａ〜２１ｄの上端部分が上記樹脂部材１３により一体に封止される。こうして、センサチップ６０等を樹脂封止した後、図中に一点鎖線のハッチングにて示す部分、すなわち、リード２１ａ〜２１ｄとアウターフレーム２５とが連結されている部分Ａ及び架設部２３，２４をプレス等により打ち抜く、いわゆるリードカットを施すことで、先の図２（ａ），（ｂ）等に示した電流センサのうち、樹脂部材１０を除く部分を成形する（１次成形）。

こうして、半導体パッケージの１次成形を終えた後、続く２次成形として、適宜の金型によりこの１次成形された半導体パッケージの外周に上記樹脂部材１０を成形する。図８は、１次成形された半導体パッケージが内部に配設されているときの金型の断面構造を示したものである。同図８に示されるように、２次成形の際に用いられる金型７０は３つの金型７１〜７３の分割体として構成されている。ここで、第１の金型７１には、上記樹脂部材１０のうち、主に１次成形された半導体パッケージの外周を保護する部分の半分の形状に対応するキャビティＣ１が形成されている。また、第２の金型７２には、同じく１次成形された半導体パッケージの外周を保護する部分の残りの半分の形状、及び上記貫通孔１２を有する検出部１１の形状に対応するキャビティＣ２が形成されている。さらに、第３の金型７３には、主に上記コネクタガイド３０の形状に対応するキャビティＣ３が形成されている。そして、この２次成形では、金型７０の内部に上記１次成形された半導体パッケージを同図８に示す態様にて配設し、上記キャビティＣ１〜Ｃ３内に上記樹脂部材１０に対応する樹脂材料を注湯した後、これを熱硬化等により硬化させることで、先の図２（ａ），（ｂ）等に示した電流センサが完成する。

このように、電流センサとして上記構造を採用することで、これを製造する際に、半導体パッケージを成形した後に同半導体パッケージのリードとコネクタのオス端子とを電気的かつ機械的に接続するといった工程を削減することができるため、電流センサとしての製造工数が削減され、ひいては生産性の向上が図られるようになる。

以上説明したように、本実施形態にかかる電流センサによれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）巨大磁気抵抗効果素子からなるセンサチップ６０や制御ＩＣ６１等をリードフレーム２０に実装するようにした上で、該リードフレーム２０の一部に四角環状の環状部２２を設け、バスバー４０の周辺に生じる磁界を集磁増幅するための磁気回路をリードフレーム２０の環状部２２により構成するようにした。これにより、上述の集磁用コアが不要となるため、電流センサとしての部品点数の増大を回避することができるようになる。また、このようにバスバー４０の周辺に生じる磁界を集磁増幅することによってセンサチップ６０の巨大磁気抵抗効果素子に付与される磁界の強度を所要の強度に維持することができるため、電流センサとしての高感度の電流検出をそのまま維持することもできる。したがって、部品点数の増大を招くことなく、高感度の電流検出が可能となる。

（２）リードフレーム２０やセンサチップ６０等を樹脂部材１３により封止して１次成形するようにした。そして、この１次成形された半導体パッケージのリード２１ａ〜２１ｄをそのままコネクタのオス端子Ｔ１〜Ｔ４として用いるとともに、このオス端子Ｔ１〜Ｔ４に係合、接続されるメス端子Ｍ１〜Ｍ４の保持体５０の挿入をガイドするコネクタガイド３０がこれらオス端子Ｔ１〜Ｔ４を囲む態様にて１次成形された半導体パッケージの全体を樹脂部材１０により封止して２次成形するようにした。これにより、半導体パッケージを成形した後に同半導体パッケージのリードとコネクタのオス端子とを電気的かつ機械的に接続するといった工程を削減することができるようになる。したがって、電流センサとしてコネクタのオス端子Ｔ１〜Ｔ４と共にこれに係合、接続されるメス端子Ｍ１〜Ｍ４の保持体５０の挿入をガイドするコネクタガイド３０が一体に導出される構造をとりながらも製造工数が削減され、ひいては生産性の向上が図られるようになる。

（３）リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界を検出するための磁気検出素子を、付与され磁界に応じて巨大磁気抵抗効果により抵抗値の変化する巨大磁気抵抗効果素子により構成するようにした。これにより、リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界をより高い感度で検出することができるようになるため、電流センサとしてのより高い感度の電流検出が可能となる。

（４）センサチップ６０を挟むようにして磁石６４ａ，６４ｂを設けることで、同センサチップ６０にリードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界Ｂｒと平行な方向のバイアス磁界Ｂｍを付与するようにした。これにより、センサチップ６０を通じて検出される合成磁界の強度がバイアス磁界Ｂｍの強度よりも大きいか、あるいは小さいかに基づいてバスバー４０を流れる電流の方向を検出することができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・電流センサとして電流の方向を検出する機能が必要ない場合には、上記磁石６４ａ，６４ｂを割愛し、リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界のみがセンサチップ６０に付与される構成としてもよい。電流センサとしてのこうした構成によれば、リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界の強度をセンサチップ６０を通じて検出することができるため、検出された磁界の強度に基づいてバスバー４０を流れる電流の大きさを検出することができる。

・上記実施形態では、センサチップ６０及び制御ＩＣ６１をリードフレーム２０の環状部２２に実装するための方法として、ダイボンディングを採用するようにしたが、これに代えて、例えばＵＶ樹脂接合等の方法を採用するようにしてもよい。

・上記実施形態では、リードフレーム２０に環状部２２を形成した上で、この環状部２２により磁気回路を構成するようにしたが、これに代えて、例えば上記リードフレーム２０のアウターフレーム２５の部分を利用して磁気回路を構成するようにしてもよい。

・上記実施形態では、リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界を検出するための磁気検出素子を、巨大磁気抵抗効果素子により構成するようにしたが、例えば上述の磁気抵抗効果素子等により構成するようにしてもよい。要は、リードフレーム２０の環状部２２に集磁される磁界を検出することのできるものであればよい。

・上記実施形態では、リードフレーム２０のリード２１ａ〜２１ｄをそのままコネクタのオス端子として用いるようにしたが、これに代えて、例えばコネクタのオス端子Ｔ１〜Ｔ４を構成する部材をリード２１ａ〜２１ｄと別に設け、コネクタのオス端子Ｔ１〜Ｔ４を構成する部材とリード２１ａ〜２１ｄとを電気的かつ機械的に接続するようにしてもよい。

・上記実施形態では、リードフレーム２０の環状部２２を四角環状に形成するようにしたが、例えば円環状等の形状に形成するようにしてもよい。

本発明にかかる電流センサの一実施形態についてその斜視構造を示す斜視図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態の電流センサの平面構造を示す平面図、及びＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかる電流センサの磁気回路を構成するリードフレームの環状部についてその概略構造を示す斜視図、及び正面図。 （ａ），（ｂ）は、同実施形態にかかる電流センサの磁気回路を構成するリードフレームの環状部についてその概略構造を示す斜視図、及び正面図。 同実施形態の電流センサの製造方法についてその製造プロセスの一部を示す平面図。 同実施形態の電流センサの製造方法についてその製造プロセスの一部を示す平面図。 同実施形態の電流センサの製造方法についてその製造プロセスの一部を示す平面図。 同実施形態の電流センサの製造方法についてその製造プロセスの一部を示す断面図。 従来の電流センサについてその一例の分解斜視構造を示す斜視図。

符号の説明

１０，１３…樹脂部材、１１…検出部、１２…貫通孔、２０…リードフレーム、２１ａ〜２１ｄ…リード、２２…環状部、２３，２４…架設部、２５…アウターフレーム、３０…コネクタガイド、４０…バスバー、５０…保持体、６０…センサチップ、６１…制御ＩＣ、６２，６３…ボンディングワイヤ、６４ａ，６４ｂ…磁石、６５…コンデンサ、７０…金型、７１…第１の金型、７２…第２の金型、７３…第３の金型、１１１…集磁用コア、１１１ａ…ギャップ、１１２…ホール素子、１１３…プリント基板、１１４…ケース、１１４ａ…筒部、１１５…オス端子側コネクタ、１２０…バスバー。

Claims (6)

1. 環状に形成されるとともに、中央の空間に挿入される被検出体に電流が流れることによって同被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅する磁気回路と、該磁気回路により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子とを備え、該磁気検出素子により検出された磁界に基づいて前記被検出体を流れる電流を検出する電流センサにおいて、
   前記磁気検出素子が、磁性材料からなるリードフレームに実装されるとともに、該リードフレームの一部が環状に形成され、該リードフレームの環状に形成された部分により前記磁気回路が構成されてなる
   ことを特徴とする電流センサ。
2. 前記リードフレームと前記磁気検出素子とを樹脂材料により封止して１次成形された半導体パッケージのリードがそのままコネクタのオス端子となり、かつこのオス端子に係合、接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが同オス端子を囲む態様にて前記１次成形された半導体パッケージの全体が樹脂材料により封止されて２次成形されてなる
   請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁気検出素子が、付与される磁界に応じて巨大磁気抵抗効果により抵抗値の変化する巨大磁気抵抗効果素子からなる
   請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記磁気検出素子には、前記リードフレームの環状に形成された部分に集磁増幅される磁界の方向と平行な方向にバイアス磁界が付与されてなる
   請求項３に記載の電流センサ。
5. 環状に形成されるとともに、中央の空間に挿入される被検出体に電流が流れることによって同被検出体の周辺に生じる磁界を集磁増幅する磁気回路と、該磁気回路により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子とを備え、該磁気検出素子により検出された磁界に基づいて前記被検出体を流れる電流を検出する電流センサの製造方法であって、
   前記磁気回路を、磁性材料からなるリードフレームの一部を環状に形成することによって形成した後、該環状に形成された部分により集磁増幅される磁界を検出する磁気検出素子を、同環状に形成された部分に実装する
   ことを特徴とする電流センサの製造方法。
6. 前記磁気検出素子を前記環状に成形された部分に実装した後、前記環状に形成された部分の中央の空間に前記被検出体を挿入することのできる態様にて前記リードフレームと前記磁気検出素子とを樹脂材料により封止して半導体パッケージを１次成形するとともに、この１次成形された半導体パッケージのリードがそのままコネクタのオス端子となり、かつこのオス端子に係合接続されるメス端子の保持体の挿入をガイドするコネクタガイドが同オス端子を囲む態様にて、かつ前記環状に形成された部分の中央の空間に前記被検出体を挿入することのできる態様にて前記１次成形された半導体パッケージの全体を樹脂材料により封止して２次成形する
   請求項５に記載の電流センサの製造方法。

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