JP2013008565A

JP2013008565A - センサ

Info

Publication number: JP2013008565A
Application number: JP2011140663A
Authority: JP
Inventors: Kinji Muraki; 均至村木
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】センサＩＣの仕様に柔軟に対応することができるセンサを提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る電流センサ１は、図１に示すように、主に、複数の端子（第１の端子２１〜第３の端子２３）を有するセンサＩＣ２と、複数の端子の間隔と異なる間隔を有する複数のリードフレーム（第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３）と、一方端部側の端子（第１の端子３１１、第１の端子３２１及び第１の端子３３１）の間隔がセンサＩＣ２の複数の端子の間隔に対応した間隔となり、他方端部側の端子（第２の端子３１２、第２の端子３２２及び第２の端子３３２）の間隔が複数のリードフレームの間隔に対応する間隔となる複数の導体（第１の導体３１〜第３の導体３３）を有する接続部３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサに関する。

従来の技術として、検出対象の電流に基づいて発生する磁束を収束させるコアと、コアにより収束された磁束に応じた電気信号を出力するホール素子と、ホール素子が設けられた回路基板と、を備えた電流センサが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１９５８６号公報

従来の電流センサは、ホール素子の仕様が変更されると、ホール素子の端子の間隔等が変わることがあり、回路基板をホール素子に合わせて変更する必要があった。

従って、本発明の目的は、センサＩＣの仕様に柔軟に対応することができるセンサを提供することにある。

本発明の一態様は、複数の端子を有するセンサＩＣと、複数の端子の間隔と異なる間隔を有する複数のリードフレームと、一方端部側の端子の間隔がセンサＩＣの複数の端子の間隔に対応した間隔となり、他方端部側の端子の間隔が複数のリードフレームの間隔に対応する間隔となる複数の導体を有する接続部と、を備えたセンサを提供する。

本発明によれば、センサＩＣの仕様に柔軟に対応することができる。

図１は、実施の形態に係る電流センサの斜視図である。図２は、実施の形態に係るセンサＩＣの端子の間隔、接続部の端子の間隔、及びリードフレームの間隔を説明するための模式図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る第１の導体の側面図であり、（ｂ）は、第２の導体の側面図であり、（ｃ）は、第３の導体の側面図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るセンサは、複数の端子を有するセンサＩＣ（Integrated Circuit）と、複数の端子の間隔と異なる間隔を有する複数のリードフレームと、一方端部側の端子の間隔がセンサＩＣの複数の端子の間隔に対応した間隔となり、他方端部側の端子の間隔が複数のリードフレームの間隔に対応する間隔となる複数の導体を有する接続部と、を備える。

上記の複数の導体の少なくとも１つの導体は、センサＩＣと複数のリードフレームとの第１の相対位置を調整する第１の調整部と、第１の相対位置と直交する第２の相対位置を調整する第２の調整部と、を有する。

このセンサは、センサＩＣの端子の間隔と、リードフレームの間隔と、が異なる場合であっても、互いの間隔に対応する端子を有する接続部により、センサＩＣとリードフレームを容易に接続することができる。

以下では、本実施の形態に係るセンサを電流センサとして用いた場合について説明する。なお、本実施の形態に係るセンサは、一例として、加速度を検出する加速度センサ、速度を検出する速度センサ、光を検出する光センサ等のセンサであっても良く、これに限定されない。

[実施の形態]
（電流センサ１の構成）
図１は、実施の形態に係る電流センサの斜視図である。図２は、実施の形態に係るセンサＩＣの端子の間隔、接続部の端子の間隔、及びリードフレームの間隔を説明するための模式図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

電流センサ１は、一例として、車両のモータ及びバッテリ等に流れる電流の大きさを検出するために用いられる。

本実施の形態に係る電流センサ１は、図１に示すように、主に、複数の端子（第１の端子２１〜第３の端子２３）を有するセンサＩＣ２と、複数の端子の間隔と異なる間隔を有する複数のリードフレーム（第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３）と、一方端部側の端子（第１の端子３１１、第１の端子３２１及び第１の端子３３１）の間隔がセンサＩＣ２の複数の端子の間隔に対応した間隔となり、他方端部側の端子（第２の端子３１２、第２の端子３２２及び第２の端子３３２）の間隔が複数のリードフレームの間隔に対応する間隔となる複数の導体（第１の導体３１〜第３の導体３３）を有する接続部３と、を備える。

・センサＩＣ２の構成
センサＩＣ２は、例えば、検出対象となる電流に基づいて発生する磁場を検出して検出信号を出力する磁気検出素子２００と、磁気検出素子２００から出力された検出信号に増幅等の処理を行う周辺回路部２０１と、を含むセンサＩＣである。磁気検出素子２００及び周辺回路部２０１は、例えば、エポキシ樹脂等を用いて封止されている。

磁気検出素子２００は、例えば、ホール素子、ＭＲ素子（Magneto Resistive Device）等の磁場に応じた検出信号を出力する素子である。本実施の形態に係る磁気検出素子２００は、一例として、ホール素子である。

このセンサＩＣ２は、例えば、第１の端子２１〜第３の端子２３を備えている。この第１の端子２１〜第３の端子２３は、例えば、アルミニウム、銅等の導電性を有する金属材料、又は、真鍮等の合金材料を用いて形成される。また、第１の端子２１〜第３の端子２３は、例えば、その表面に、錫、ニッケル、金、銀等の金属材料を用いたメッキ処理が施されていても良い。この第１の端子２１〜第３の端子２３は、例えば、板形状を有するが、これに限定されず、円柱形状等であっても良い。

第１の端子２１は、例えば、クランク形状におよそ９０度折れ曲がる折部２１０を有する。第２の端子２２は、例えば、クランク形状におよそ９０度折れ曲がる折部２２０を有する。第３の端子２３は、例えば、クランク形状におよそ９０度折れ曲がる折部２３０を有する。

センサＩＣ２の第１の端子２１〜第３の端子２３と第１の導体３１〜第３の導体３３の一方端部側の端子が重なり合う部分には、溶接により両者が結合した結合部５１〜結合部５３が形成される。

つまり、折部２１０は、例えば、接続部３の第１の導体３１の第１の端子３１１と重なり合った部分が溶接され、結合部５１が形成される。また、折部２２０は、例えば、接続部３の第２の導体３２の第１の端子３２１と重なり合った部分が溶接され、結合部５２が形成される。さらに、折部２３０は、例えば、接続部３の第３の導体３３の第１の端子３３１と重なり合った部分が溶接され、結合部５３が形成される。

ここで、近年の車両は、駆動系のハイブリッド化に伴い、車両に搭載される半導体装置を流れる電流の電流値が増大する傾向にある。この電流値の増大に伴って、半導体装置の発熱量が増大するため、半導体装置の耐熱性の向上が課題となっている。一方、耐熱性が高い高鉛はんだを回路基板の配線と電子部品との結合に用いる場合、半導体装置の発熱量が増えるに従い、部材間の熱膨張差に伴う熱歪が大きくなり、その歪みを高鉛はんだが吸収するため、熱疲労寿命が急激に低下する問題があった。また、欧州におけるRoHS指令により、鉛を含むはんだの使用が禁止されていることもあり、半導体装置の製造において、はんだによる結合以外の結合方法を用いる必要がある。

そこで本実施の形態では、上記の重なり合った部分の結合は、溶接により行われる。例えば、センサＩＣ２の第１の端子２１〜第３の端子２３と接続部３の第１の導体３１〜第３の導体３３がほぼ同じ材料から形成されている場合、結合部５１〜結合部５３の溶接剥がれを抑制することができる。これは、ほぼ同じ材料で形成することにより、熱膨張差を小さくすることができるからである。

第１の端子２１と第２の端子２２との間隔は、例えば、図２に示すように、Ｗ_１である。また、第２の端子２２と第３の端子２３との間隔は、例えば、図２に示すように、Ｗ_２である。この間隔とは、端子の中央から当該端子と隣り合う端子の中央までの間隔を示している。

第１の端子２１は、例えば、第１の導体３１及び第１のリードフレーム４１を介して車両の接地回路と電気的に接続される。第２の端子２２は、例えば、第２のリードフレーム４２及び第２の導体３２を介して電圧が供給される。第３の端子２３は、例えば、第３の導体３３及び第３のリードフレーム４３を介して車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に検出信号を出力する。

・接続部３の構成
図３（ａ）は、実施の形態に係る第１の導体の側面図であり、（ｂ）は、第２の導体の側面図であり、（ｃ）は、第３の導体の側面図である。

接続部３は、例えば、図１に示すように、本体３０と、細長い板形状を有する第１の導体３１〜第３の導体３３と、を備えて概略構成されている。なお、この導線の数は、一例として、センサＩＣ２の端子の数に合わせたものであり、センサＩＣ２の仕様に合わせて変更されるものである。

本体３０は、例えば、第１の導体３１〜第３の導体３３を一体化したものであり、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により、外形が矩形状となるように形成される。この溶融樹脂は、例えば、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。

第１の導体３１〜第３の導体３３は、例えば、アルミニウム、銅等の導電性を有する金属材料、又は、真鍮等の合金材料を用いて形成される。また、第１の導体３１〜第３の導体３３は、例えば、その表面に、錫、ニッケル、金、銀等の金属材料を用いたメッキ処理が施されていても良い。

また、接続部３の第１の導体３１〜第３の導体３３の他方端部側の端子（第２の端子３１２、第２の端子３２２及び第３の端子３３２）と第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３が重なり合う部分を溶接し、両者が結合した結合部６１〜結合部６３を形成する。

接続部３の第１の導体３１〜第３の導体３３、及び基体４の第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、例えば、結合部６１〜結合部６３の剥がれを抑制する観点から、ほぼ同じ材料を用いて形成される。本実施の形態では、センサＩＣ２の第１の端子２１〜第３の端子２３、接続部３の第１の導体３１〜第３の導体３３、及び基体４の第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、一例として、銅を用いて形成される。

本実施の形態では、例えば、図２に示すように、センサＩＣ２の第１の端子２１と第２の端子２２の間隔Ｗ_１よりも第１のリードフレーム４１と第２のリードフレーム４２の間隔Ｗ_３が広く、また、センサＩＣ２の第２の端子２２と第３の端子２３の間隔Ｗ_２よりも第２のリードフレーム４２と第３のリードフレーム４３の間隔Ｗ_４が広い。従って、センサＩＣ２と第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３の溶接による結合が困難となる。そこで、本実施の形態では、センサＩＣ２の第２の端子２２と第２のリードフレーム４２を基準に、主に、接続部３の第１の導体３１及び第３の導体３３の形状を調整してセンサＩＣ２と第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３との電気的な接続を可能としている。

従って、第１の導体３１の第１の端子３１１と第２の導体３２の第１の端子３２１の間隔は、例えば、図２に示すように、センサＩＣ２の第１の端子２１と第２の端子２２の間隔Ｗ_１とほぼ同間隔とされる。このほぼ同間隔とは、センサＩＣ２の端子と接続部３の端子とが溶接可能な間隔であることを示している。

また、第２の導体３２の第１の端子３２１と第３の導体３３の第１の端子３３１の間隔は、例えば、図２に示すように、センサＩＣ２の第２の端子２２と第３の端子２３の間隔Ｗ_２とほぼ同間隔とされる。

さらに、第１の導体３１の第２の端子３１２と第２の導体３２の第２の端子３２２の間隔は、例えば、図２に示すように、第１のリードフレーム４１と第２のリードフレーム４２の間隔Ｗ_３とほぼ同間隔とされる。

またさらに、第２の導体３２の第２の端子３２２と第３の導体３３の第２の端子３３２の間隔は、例えば、図２に示すように、第２のリードフレーム４２と第３のリードフレーム４３の間隔Ｗ_４とほぼ同間隔とされる。

第１の導体３１は、例えば、図２の紙面の上側から下側に延びる細長い導体の中間が、曲部３１３により図２の紙面左側に曲げられ、さらに右側に曲げられて、一方端部側の第１の端子３１１の長手方向と他方端部側の第２の端子３１２の長手方向とが、ほぼ平行となるような形状となっている。この曲部３１３は、例えば、図２に示すように、第１の端子３１１と第２の端子３１２の左右位置を、センサＩＣ２の第１の端子２１と第１のリードフレーム４１に応じて調整するものである。また、第１の導体３１は、例えば、図３（ａ）に示すように、第１の端子３１１と第２の端子３１２の上下位置を調整するクランク部３１４が形成されている。

第２の導体３２は、例えば、図２の紙面の上部から下部に延びる細長い形状を有している。また、第２の導体３２は、例えば、図３（ｂ）に示すように、第１の端子３２１と第２の端子３２２の上下位置を調整するクランク部３２４が形成されている。なお、本実施の形態の接続部３は、センサＩＣ２の第２の端子２２と第２のリードフレーム４２を基準として形成されているので、第２の導体３２には、曲部は形成されていないが、センサＩＣ２とリードフレームの位置に応じて形成されても良い。

第３の導体３３は、例えば、図２の紙面の上側から下側に延びる細長い導体の中間が、曲部３３３により図２の紙面右側に曲げられ、さらに左側に曲げられて、一方端部側の第１の端子３３１の長手方向と他方端部側の第２の端子３３２の長手方向とが、ほぼ平行となるような形状となっている。この曲部３３３は、例えば、図２に示すように、第１の端子３３１と第２の端子３３２の左右位置を、センサＩＣ２の第３の端子２３と第３のリードフレーム４３に応じて調整するものである。また、第３の導体３３は、例えば、図３（ｃ）に示すように、第１の端子３３１と第２の端子３３２の上下位置を調整するクランク部３３４が形成されている。

上記に示すように、曲部は、センサＩＣ２とリードフレームの左右の相対位置（第１の相対位置）を調整するものであり、クランク部は、センサＩＣ２とリードフレームの上下の相対位置（第２の相対位置）を調整するものである。この左右とは、図２に示す上面図における左右であり、上下とは、図３（ａ）〜（ｃ）に示す側面図における上下である。

従って、曲部及びクランク部は、センサＩＣ２とリードフレームの位置関係により、その形状が決定する。また、曲部及びクランク部は、センサＩＣ２とリードフレームの位置関係により、形成されない場合もある。

なお、接続部３の本体３０は、例えば、第１の導体３１〜第３の導体３３の相対位置を保持するために設けられたものである。従って、例えば、保持の必要が無い場合、接続部３は、第１の導体３１〜第３の導体３３のみで構成されても良い。

・基体４の構成
基体４は、例えば、本体４０と、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３と、を備えて概略構成される。この第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、一例として、車両のＥＣＵのハーネスと、溶接により電気的に接続される。

本体４０は、例えば、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を一体化したものであり、溶融樹脂を射出成形するインサート成形により、外形が矩形状となるように形成される。この溶融樹脂は、例えば、絶縁性及び耐湿性に優れる材料が好ましく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が用いられる。

第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、例えば、細長い板形状に形成されている。また、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、例えば、アルミニウム、銅等の導電性を有する金属材料、又は、真鍮等の合金材料を用いて形成される。第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、例えば、その表面に、錫、ニッケル、金、銀等の金属材料を用いたメッキ処理が施されていても良い。なお、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３は、例えば、直線形状に形成されることが好ましい。第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を直線形状とすることにより、電流センサ１の構成が簡単となり、製造コストを抑制することが可能となる。

第１のリードフレーム４１の第１の端子４１１は、接続部３の第１の導体３１の第２の端子３１２と、重なり合った部分が溶接され、結合部６１が形成される。第２のリードフレーム４２の第１の端子４２１は、接続部３の第２の導体３２の第２の端子３２２と、重なり合った部分が溶接され、結合部６２が形成される。第３のリードフレーム４３の第１の端子４３１は、接続部３の第３の導体３３の第２の端子３３２と、重なり合った部分が溶接され、結合部６３が形成される。

なお、本体４０は、例えば、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３の相対位置を保持するために設けられたものである。従って、例えば、保持の必要が無い場合、基体４は、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３のみで構成されても良い。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る電流センサ１は、センサＩＣ２の端子と第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を接続する接続部３を備えるので、磁気検出素子２００の仕様が変更されて、センサＩＣの形状、端子の間隔等が変わっても第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を変更することなく、柔軟に対応することができる。

また、本実施の形態に係る電流センサ１は、基板を用いて回路を形成する場合と比べて、耐熱性が向上する。はんだを用いて基板に回路を形成する場合、部材間の熱膨張差に伴う熱歪が大きくなり、その歪みをはんだが吸収するため、はんだの熱疲労寿命が急激に低下する。しかし、本実施の形態に係る電流センサ１は、センサＩＣ２の第１の端子２１〜第３の端子２３、第１の導体３１〜第３の導体３３、及び第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を形成する材料がほぼ同じであることから、熱膨張差が小さくなるので、熱歪が抑制され、溶接剥がれが発生し難く、熱疲労寿命の低下を防止することができる。従って、電流センサ１は、耐熱性が向上する。

本実施の形態に係る電流センサ１は、第１のリードフレーム４１〜第３のリードフレーム４３を直線形状の材料により形成することができるので、電流センサ１の構成が簡単となり、製造コストを抑制することができる。

本実施の形態に係る電流センサ１は、接続部３を有するので、センサＩＣ２の仕様が変更され、センサＩＣ２の形状、端子の間隔等が変更された場合であっても、リードフレーム側の形状を変更することなく対応することができる。従って、電流センサ１は、製造コストが抑制される。

本実施の形態に係る電流センサ１は、車両のハーネス等と溶接により接続されるので、コネクタ等により接続する場合と比べて、接点不良等の導通不良が発生しない。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電流センサ、３…接続部、４…基体、２１〜２３…第１の端子〜第３の端子、３０…本体、３１〜３３…第１の導体〜第３の導体、４０…本体、４１〜４３…第１のリードフレーム〜第３のリードフレーム、５１〜５３…結合部、６１〜６３…結合部、２００…磁気検出素子、２０１…周辺回路部、２１０、２２０、２３０…折部、３１１…第１の端子、３１２…第２の端子、３１３…曲部、３１４…クランク部、３２１…第１の端子、３２２…第２の端子、３２４…クランク部、３３１…第１の端子、３３２…第２の端子、３３３…曲部、３３４…クランク部、４１１…、４２１、４３１…第１の端子

Claims

複数の端子を有するセンサＩＣと、
前記複数の端子の間隔と異なる間隔を有する複数のリードフレームと、
一方端部側の端子の間隔が前記センサＩＣの前記複数の端子の間隔に対応した間隔となり、他方端部側の端子の間隔が前記複数のリードフレームの間隔に対応する間隔となる複数の導体を有する接続部と、
を備えたセンサ。
前記複数の導体の少なくとも１つの導体は、前記センサＩＣと前記複数のリードフレームとの第１の相対位置を調整する第１の調整部と、前記第１の相対位置と直交する第２の相対位置を調整する第２の調整部と、を有する請求項１に記載のセンサ。
前記接続部は、前記複数の導体を保持する保持部を有する請求項２に記載のセンサ。
前記センサＩＣの前記複数の端子と前記複数の導体の前記一方端部側の端子が重なり合う部分、及び前記複数の導体の前記他方端部側の端子と前記複数のリードフレームが重なり合う部分には、溶接により両者が結合した結合部が形成される請求項３に記載のセンサ。