JP4164629B2 - ホール素子を備えた電流検出装置 - Google Patents
ホール素子を備えた電流検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4164629B2 JP4164629B2 JP2001206175A JP2001206175A JP4164629B2 JP 4164629 B2 JP4164629 B2 JP 4164629B2 JP 2001206175 A JP2001206175 A JP 2001206175A JP 2001206175 A JP2001206175 A JP 2001206175A JP 4164629 B2 JP4164629 B2 JP 4164629B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- path forming
- hall element
- current path
- forming conductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 46
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 86
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 67
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路に流れる電流を検出又は測定するためのホール素子を用いた電流検出又は測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホール素子は、ここに印加される磁界の強さに正比例した電圧即ちホール電圧を発生する。従って、ホール素子を電流通路に沿って配置すると、電流通路を流れる電流に基づいて発生する磁界がホール素子に作用し、ホール素子から電流に比例した電圧を得ることができる。電流通路の電流の検出感度を高めるために、電流通路形成用導体の電流に基づいて発生した磁力線をホール素子に有効に作用させるために電流通路形成用導体を包囲するように高透磁率の磁性材料から成るコアを配置することが例えば特開平４−３６４４７２号公報等で知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コアを使用すると、電流検出装置が比較的大型になり且つコスト高に成る。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、大型且つコスト高になることを抑制して電流検出感度の向上を図ることができる電流検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置であって、ホール素子と、前記電気回路の電流を流すためのものであって、ここに流れた電流に基づいて発生した磁界を前記ホール素子に作用させることができるように前記ホール素子に対して位置決めされた電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体に流れた電流に基づいて発生した磁界の前記ホール素子に対する作用を強めることができるように前記電流通路形成用導体の一部に被着された磁性体層とを備え、前記電流通路形成用導体は中間部と前記中間部の一方の端に連結された第１の端子部と前記中間部の他方の端に連結された第２の端子部とを有し、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は前記電流通路形成用導体の前記屈曲部に流れる電流によって発生した磁界に感応することができるように平面的に見て前記屈曲状部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体層は、前記屈曲部の前記第１の主面に対向する前記第２の主面に配置されていることを特徴とする電流検出装置に係わるものである。
【０００６】
なお、請求項２に示すように、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体層は前記屈曲部の前記外側面に配置されていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体は前記第２の主面と前記外側面との両方に配置されていることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記磁性体は、パーマロイから成ることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記ホール素子は第１及び第２の主面を有する半導体基板に形成されており、前記半導体基板は前記半導体基板の前記第１の主面が前記電流通路形成用導体に対向するように配置されており、更に、前記半導体基板の前記第２の主面側に別の磁性体層が設けられていることが望ましい。
また、請求項６に示すように、更に、前記磁性体層を伴なった前記電流通路形成用導体と前記ホール素子とを包囲する絶縁性外囲体と、前記外囲体の外周面の一部に被着された別の磁性体層とを有していることが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、電流通路形成用導体に直接に磁性体層を被着させる構成であるので、比較的容易且つ安価に集磁効果を得ることができる。また、磁気コアによって集磁路を形成する従来の方法に比べて電流検出装置を小型にすることができる。
また、ホ−ル素子の半分以上を囲む屈曲部を設けるので、ホール素子における磁束密度の向上を図ることができ、電流検出の感度を更に高めることができる。
また、請求項５及び６の発明によれば、付加した磁性体層の働きによって磁力線の漏れを抑制して電流検出の感度を更に高めることができる。また、磁性体層によって外来ノイズを防ぐことができる。
【０００８】
【実施形態】
次に、図１〜図１４を参照して本発明の実施形態に係わる電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置を説明する。
【０００９】
【第１の実施形態】
本発明に従う第１の実施形態の電流検出装置１は、図１〜図３に示すようにホール素子を含む半導体装置２と、電流通路形成用導体３と、磁性体層４と、絶縁性外囲体５とから成る。
【００１０】
半導体装置２は、一般にホールＩＣと呼ばれているものであり、図３及び図５から明らかなように半導体基板６と、この支持板７と、４本の外部リード８、９、１０、１１と、絶縁性樹脂被覆体１２とから成る。
半導体基板６には図７に概略的に示すようにホ−ル素子１３の他に、増幅器31、制御電流供給回路３２、第1、第2、第３及び第４の端子３３、３４、３５、３６が設けられている。
【００１１】
ホ−ル素子１３、増幅器３１及び制御電流供給回路３２は化合物半導体（例えばガリウム砒素）から成る同一の半導体基板６の中に周知の方法で形成されている。半導体装置２の形成方法及び構成は周知であるので、図８及び図９には磁気検出に直接に関係するホ‐ル素子１３のみが示され、増幅器３１及び制御電流供給回路３２の図示が省略されている。
【００１２】
平面的に見て四角形の半導体基板６の中には、ホ−ル素子１３を形成するためにｎ型の第１、第２、第３、第４及び第５の半導体領域４１、４２、４３、４４、４５と、ｐ型の第６、第７及び第８の半導体領域４６、４７、４８が形成されている。ｎ型の第５の半導体領域４６は半導体基板６の大部分を占めるｐ型の第８の半導体領域４８の中に島状に形成され、図８に示すように平面的に見て十字状のパタ−ンを有する。ｎ型の第１及び第２の半導体領域４１、４２はｎ型の第５の半導体領域４５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+型半導体領域であって、図８に示すようにＹ軸方向において互いに離間して対向配置され且つ第５の半導体領域４５の中に島状に形成されている。この第１及び第２の半導体領域４１、４２には図７に示すように第１及び第２の電極４９、５０がオ−ミック接触している。第１及び第２の電極４９、５０は制御電流供給回路３２に接続されているので、第５の半導体領域４５に第１の半導体領域４１から第２の半導体領域４２に向かって周知の制御電流Ｉｃが流れる。従って、第１及び第２の半導体領域４１、４２を制御電流供給用半導体領域と呼ぶこともできる。なお、第１及び第２の電極４９、５０は周知の制御電流供給回路３２を介して直流電源接続用の第３及び第４の端子３５、３６に接続されている。
【００１３】
ｎ型の第３及び第４の半導体領域４３、４４は、ｎ型の第５の半導体領域４５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+型半導体領域であって、第５の半導体領域４５のＹ軸方向の中央部分の両端の近くに配置されている。この第３及び第４の半導体領域４３、４４の一部は第５の半導体領域４５に隣接し、残部はｐ型半導体から成る第６及び第７の半導体領域４６、４７に隣接している。Ｘ軸方向において互いに対向している第３及び第４の半導体領域４３、４４には図７及び図９に示すように第３及び第４の電極５１、５２がオ−ミック接触している。従って、第３及び第４の半導体領域４３、４４をホ−ル電圧検出用半導体領域と呼ぶこともできる。ｐ型の第６及び第７の半導体領域４６、４７はｎ+型の第３及び第４の半導体領域４３、４４の第５の半導体領域４５に対する接触面積を制限するものである。
【００１４】
第１及び第２の半導体領域４１、４２間に制御電流Ｉｃが流れ、図３及び図９でＹ軸方向（垂直方向）即ち制御電流Ｉｃに対して直交する方向に磁界が印加されると、第３及び第４の半導体領域４３、４４間に周知のホ−ル効果の原理に従ってホ−ル電圧が得られる。従って、ホ−ル素子１３のホ−ル電圧を発生させるための主動作領域は、第５の半導体領域４５における第１及び第２の半導体領域４１、４２の相互間及び第３及び第４の半導体領域４３、４４の相互間である。しかし、概略的には第５の半導体領域４５の全体をホ−ル素子の主動作領域と呼ぶことができる。
ホ−ル電圧検出用の第３及び第５の電極５１、５２は、図７に示すように周知の増幅器３１を介して第１及び第２の端子３９、３４に接続されている。
【００１５】
図９に示すように、半導体基板６の一方の主面には例えばシリコン酸化膜から成る絶縁膜５３が設けられ、他方の主面には例えばアルミニウムから成る金属層５４が設けられている。絶縁層５３は多層配線構造とするために第１及び第２の絶縁膜５３ａ、５３ｂの積層体から成る。図７に示した第１及び第２の電極４９、５０は第１及び第２の絶縁膜５３ａ、５３ｂの開口を介して第１及び第２の半導体領域４１、４２に接続され、第３及び第４の電極５１、５２は第１の絶縁膜５３ａの開口を介して第３及び第４の半導体領域４３、４４に接続されている。図９に示すように半導体基板６の他方の主面の金属層５４は導電性又は絶縁性の接合材５５によって金属製支持板７に固着されている。
なお、図３においては、図示を簡略化するために、図９の接合材５５が省略されている。
【００１６】
支持板７は、図２及び図３から明らかなように、この主面に垂直な方向から見て即ち平面的に見て全体的に四角形のパタ−ンに形成されており、半導体基板６よりも大きな面積を有する。支持板７と第１〜第４の外部リ−ド端子８〜１１とはリ−ドフレ−ムに基づいて形成されており、互いに同一厚み且つ同一の材料の例えば銅板にニッケルメッキした金属板から成る。
支持板７は図５に示すように第１の外部リード８に連結されている。第２、第３及び第４の外部リード９、１０、１１は金属細線１４によって半導体基板６の端子３３〜３６に接続されている、この実施形態では第１及び第２の外部リード８、９がホール素子１３の出力電圧即ちホール電圧を出力するための端子として使用され、第３及び第４の外部リード１０、１１がホール素子１３の制御電流供
給に使用されている。
【００１７】
電流通路形成用導体３は、例えば１００Ａ程度の電流を流すことができる比較的厚い銅板にニッケルメッキ層を設けた金属板をプレス加工したものであり、平面的に見て図６に示すように全体としてＵ字状に形成され、溝１５を介して並置された第１及び第２の部分１６、１７と、第１及び第２の部分１６、１７の一方の端を相互に連結するように配置された第３の部分１８とを有している。帯状に延びている第１及び第２の部分１６、１７の開放側端部は被測定電流又は被検出電流が流れる電気回路（図示せず）に接続される第１及び第２の端子部１６ａ、１７ａとして機能する。電流通路形成用導体３の第３の部分１８とここに隣接する第１及び第２の部分１６、１７の一部とから成るＵ字状に屈曲された中間部１９はホール素子１３に与える磁界を発生する。屈曲中間部１９における溝１５の幅はホール素子１３の幅以上に設定されている。即ち溝１５は平面的に見てホール素子１８を収容することができるような幅を有する。
【００１８】
Ｕ字状屈曲中間部１９は、第１及び第２の主面２０、２１と内側面２２と外側面２３とを有する。第１及び第２の主面２０、２１は互いに対向している。溝１５は第１の主面２０から第２の主面２１に貫通するように形成されている。内側面２２は溝１５の壁面であって、第１及び第２の主面２０、２１に対して直角に延びている。外側面２３は第１及び第２の主面２０、２１に対して直角に延びている。
【００１９】
磁性体層４は、屈曲中間部１９の第２の主面２１と外側面２３とに被着された鉄−ニッケル系合金のパーマロイ膜から成り、電流通路形成用導体３、空気及び外囲体５の比透磁率よりも大きい約５５００の比透磁率を有し、且つ電流通路形成用導体３よりも薄い約１００μｍの厚さを有する。なお、この実施形態ではパーマロイ磁性体層４はメッキによって形成されている。しかし、パーマロイのシートをエポキシ樹脂等の接合材によって電流通路形成用導体３に固着して磁性体層４を形成することもできる。また、磁性体層４を磁性体材料の蒸着、圧着、溶着等で形成することもできる。
【００２０】
ホール素子１３を含む半導体装置２は、図３に示すようにその絶縁被覆体１２の上面を導体３の中間部１９の第１の主面２０に当接させるように配置される。また、平面的に見てホール素子１３が溝１５の内側に位置するように半導体装置２が導体３に対して位置決めされる。要するに、導体３に被検出電流を流すことによって生じた磁力線がホール素子１３の主面に対して垂直成分を有して作用するように導体３とホール素子１３との位置関係を設定する。磁性体層４を伴なった導体３と半導体装置２とは相互の位置関係を一定に保持させるために例えばエポキシ樹脂から成る絶縁性外囲体５によって被覆されている。電流検出装置１を外部回路に接続させるために導体３の第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａ及び第１〜第４の外部リード８〜１１の一部を外囲体５から露出させる。
なお、多数の電流検出装置１を能率的に製造するために、電流通路形成用導体３はリードフレームに基づいて形成されている。
【００２１】
電流検出装置１で電気回路（図示せず）の電流を検出又は測定する時には、電気回路の電流が導体３を通って流れるように第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａを電気回路に接続する。例えば導体３において第２の接続部１７ａから第１の接続部１６ａに向って電流が流れると、アンペアの右ネジの法則に従って第１の部分１６側では図３において時計回り方向の磁界即ち磁力線が発生し、第２の部分１７側では反時計回り方向の磁力線が発生する。従って、これ等の磁力線はホール素子１３に対して同一の方向性を有する。導体３の第３の部分１８の電流に基づく磁力線もホール素子１３に対して第１及び第２の部分１６、１７の電流に基づく磁力線と同一の方向性を有する。この結果、ホール素子１３は３方向からの磁力線に感応し、高感度に電流を検出する。ところで、導体３に流れる電流に基づいて発生する磁力線は、電流が流れている導体３を中心にしてこれを囲むように発生する。導体３の電流に基づいて発生した磁力線の出来るだけ多くをホール素子１３に作用させることが電流検出の感度向上に重要である。本発明に従う導体３に被着された磁性体層４は集磁機能を有する。磁性体層４は、ホール素子１３に近い導体３の第１の主面２０及び内周面２２には形成されておらず、ホール素子１３から遠い導体３の第２の主面２１及び外側面２３に設けられている。換言すると、ホール素子１３と導体３とを直線で結ぶことができる導体３の表面には磁性体層４が形成されておらず、ホール素子１３と直線で結ぶことができない導体３の表面に磁性体層４が形成されている。磁性体層４は透磁率が空気及び外囲体５の透磁率よりも大きいので、磁気抵抗の小さい磁束通路として機能し、磁力線の広がりを防いでホール素子における磁束密度を増大させる。
【００２２】
本実施形態は次の効果を有する。
（１） 電流通路形成用導体３の表面の一部にこれよりも薄い磁性体層４を設けるという極めて簡単且つ安価且つ小型な構成によって電流検出感度を高めることができる。
（２） Ｕ字状屈曲部から成る中間部１９を設けるので、ホ−ル素子１３の外周の半分以上の約７５％を中間部１９で囲むことができ、電流検出感度が向上する。
（３） ホール素子１３を含む半導体装置２と電流通路形成用導体３とを絶縁性外囲体５で一体にするので、両者の位置関係を一定に保って正確な電流検出を行うことができる。
【００２３】
【第２の実施形態】
次に、図１０を参照して第２の実施形態の電流検出装置１ａを説明する。但し、図１０及び後述する図１１図〜図１４において図１〜図９と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０に示す電流検出装置１ａは、図１〜図９に示した第１の実施形態の電流検出装置１と同一の第１の磁性体層４を有する他に、追加された第２及び第３の磁性体層３１、３２を有する。図１０において追加された第２及び第３の磁性体層３１，３２は図１〜図６と同一に構成されている。第２の磁性体層３１は支持板７に固着され、この上に半導体基板６が固着されている。第２の磁性体層３１は比透磁率が５５００、厚さが１００μｍの鉄−ニッケル系合金のパ−マロイのシ−トから成る。第２の磁性体層３１は好ましくは支持板７よりも大きな透磁率を有する材料から選ばれる。第３の磁性体層３２は、絶縁性外囲体５の外周表面に設けられている。この第３の磁性体層３２は、比透磁率が５５００、厚みが１００μｍのパ−マロイのシ−トから成り、図示が省略されているエポキシ樹脂から成る接着材によって絶縁性外囲体５の表面の一部に固着されている。なお、第３の磁性体層３２は導体３の第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａと第１〜第４の外部リード８〜１１は接触しないように配置されている。
【００２４】
図１０の実施形態によれば、導体３に被着された第１の磁性体層４の働きと同様に第２及び第３の磁性体層３１、３２が磁力線の不要な広がりを防止して電流検出感度を更に高めることができる。
【００２５】
【第３の実施形態】
図１１に示す第３の実施形態の電流検出装置１ｂは図１〜図９の第１の実施形態の磁性体層４の形成位置を変えた磁性体層４ａを設け、この他は図１〜図９と同一に形成したものである。
図１１の磁性体層４ａは導体３の中間部１９の第２の主面２１にのみ配置され、外側面２３には配置されていない。この様に磁性体層４ａを導体３の第２の主面２１にのみ設けても、磁力線の上方向への広がりを抑制することができるので、第１の実施形態と同様に電流検出感度の向上を図ることができる。
【００２６】
【第４の実施形態】
図１２は第４の実施形態の磁性体層４ｂを伴なっている導体３を示す。この第４の実施形態では、磁性体層４ｂが導体３の外側面２３のみに設けられ、第２の主面２１には設けられていない。第４の実施形態において磁性体層４ｂ以外は第１の実施形態と同一に構成する。
図１２に示すように磁性体層４ｂは導体３の外側面２３のみに設けても磁力線の外側への広がりを防止して電流検出感度を高めることができる。
【００２７】
【第５の実施形態】
図１３に示す第５の実施形態の電流検出装置１ｃは、第１の実施形態の1つの電流通路形成用導体３の代りに第1及び第2の電流通路用形成導体３ａ、３ｂを設け、この他は第１の実施形態と同一に形成したものである。第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂは図１の溝１５に相当する隙間１５ａを有して平行に配置され、ホール素子１３は平面的に見て隙間１５ａの中に配置されている。第１の電流通路形成用導体３ａは、第1及び第２の端子部６１、６２と第1の中間部６３とから成る。第１及び第２の端子部６１、６２には第１及び取付孔６４、６５が形成されている。第２の電流通路形成用導体３ｂは第３及び第４の端子部６６、６７と、第２の中間部６８とから成る。第３及び第４の端子部６６、６７には第３及び第４の取付孔６９、７０が形成されている。隙間１５ａを有して平行に配置された第１及び第２の中間部６３、６８には、図３の磁性体層４と同一の機能を発揮することができるようにパーマロイから成る第１及び第２の磁性体層７１、７２が被着されている。
【００２８】
図１５から明らかなようにホ−ル素子１３と第１及び第２の磁性体層７１、７２との位置関係は図３と同一である。即ち、第１の磁性体層７１は第１の電流通路形成用導体３ａの図１５で上面と左側面に設けられ、第２の磁性体層７２は第２の電流通路形成用導体３ｂの上面と右側面に設けられている。従って、図１３〜図１５の実施形態においても図１〜図６の実施形態と同一の感度向上効果を得ることができる。
【００２９】
図１３の電流検出装置１ｃを漏れ電流検出装置として使用する時には、第１の電流通路形成用導体３ａを対の電源ラインの一方即ち往路に直列に接続し、第２の電流通路形成用導体３ｂを対の電源ラインの他方即ち復路に直列に接続する。また、第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂにおける電流Ｉａ、Ｉｂの流れる方向を図１３において矢印で示すように同一方向とする。電気回路において漏れ電流がなければ、往路の電流Ｉａと復路の電流Ｉｂとは同一である。ホール素子１３における電流Ｉａ、Ｉｂに基づく磁束の向きは互いに逆であるので、ＩａとＩｂとが等しい時にはホール電圧は発生しない。しかし、漏れ電流が有ると電流ＩａとＩｂとが不一致になるので、この差に対応した磁束がホール素子１３に作用し、漏れ電流に比例したホール電圧が発生する。
【００３０】
図１３の電流検出器１ｃは電流バランス検出器としても使用することができる。第１及び第２の被測定電流を第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂに流すと、この差に比例したホール電圧が得られる。
なお、図１３の第２及び第４の端子部分６２、６７を相互に接続し、第１の実施形態と同様にＵ字状電流通路を形成し、第１の実施形態と同様に使用することもできる。
第５の実施形態の電流検出装置１ｃによれば、通常の電流、漏れ電流及び電流バランスの測定又は検出を選択的に行うことができる。
【００３１】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図１１及び図１２に示すように磁性体層４ａ、４ｂを設ける場合においても、図１０に示す第２及び第３の磁性体層３１、３２のいずれか一方又は両方を設けることができる。
（２） ホール素子１３を電流通路形成用導体３又は３ａ、３ｂと同一の高さ位置に配置し、ホール素子１３を溝１５又は隙間１５ａの中に配置することができる。
（３） 磁性体層４又は７１、７２をメッキで形成する代りにパーマロイシート等の磁性体シートを接合材によって導体３又は３ａ、３ｂに貼り付けることができる。
（４） 導体３の中間部１９の形状をＬ字状又はＩ字状又は円弧状又はΩ状等に変形することができる。
（５） 図１０の第２の磁性体層３１を支持板７の下面側に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電流検出装置を外囲体を省いた状態で示す平面図である。
【図２】図１の電流検出装置の左側面図である。
【図３】第１の実施形態の電流検出装置を図１のＡ−Ａ線で示す断面図である。
【図４】図１の磁性体層を伴なった導体と半導体装置との分解斜視図である。
【図５】図１の半導体装置の平面図である。
【図６】図１の磁性体層を伴なった導体の平面図である。
【図７】図１の半導体基板の平面図である。
【図８】図７の半導体基板のホ−ル素子部分を示す平面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線の一部を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態の電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１１】第３の実施形態の電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１２】第４の実施形態の磁性体層を伴なった導体を図３と同様に示す断面図である。
【図１３】第５の実施形態の電流検出装置を示す平面図である。
【図１４】図１３の第１及び第２の電流通路形成用導体と半導体基板とを示す平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電流検出装置
２ 半導体装置
３ 電流通路形成用導体
４ 磁性体層
５ 絶縁性外囲体
１５ 溝
１６ 第１の部分
１７ 第２の部分
１８ 第３の部分
１６ａ、１７ａ 第１及び第２の接続部
１９ 屈曲中間部
２０ 第１の主面
２１ 第２の主面
２２ 内側面
２３ 外側面
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路に流れる電流を検出又は測定するためのホール素子を用いた電流検出又は測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホール素子は、ここに印加される磁界の強さに正比例した電圧即ちホール電圧を発生する。従って、ホール素子を電流通路に沿って配置すると、電流通路を流れる電流に基づいて発生する磁界がホール素子に作用し、ホール素子から電流に比例した電圧を得ることができる。電流通路の電流の検出感度を高めるために、電流通路形成用導体の電流に基づいて発生した磁力線をホール素子に有効に作用させるために電流通路形成用導体を包囲するように高透磁率の磁性材料から成るコアを配置することが例えば特開平４−３６４４７２号公報等で知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コアを使用すると、電流検出装置が比較的大型になり且つコスト高に成る。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、大型且つコスト高になることを抑制して電流検出感度の向上を図ることができる電流検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置であって、ホール素子と、前記電気回路の電流を流すためのものであって、ここに流れた電流に基づいて発生した磁界を前記ホール素子に作用させることができるように前記ホール素子に対して位置決めされた電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体に流れた電流に基づいて発生した磁界の前記ホール素子に対する作用を強めることができるように前記電流通路形成用導体の一部に被着された磁性体層とを備え、前記電流通路形成用導体は中間部と前記中間部の一方の端に連結された第１の端子部と前記中間部の他方の端に連結された第２の端子部とを有し、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は前記電流通路形成用導体の前記屈曲部に流れる電流によって発生した磁界に感応することができるように平面的に見て前記屈曲状部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体層は、前記屈曲部の前記第１の主面に対向する前記第２の主面に配置されていることを特徴とする電流検出装置に係わるものである。
【０００６】
なお、請求項２に示すように、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体層は前記屈曲部の前記外側面に配置されていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、前記ホール素子は平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、前記磁性体は前記第２の主面と前記外側面との両方に配置されていることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記磁性体は、パーマロイから成ることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記ホール素子は第１及び第２の主面を有する半導体基板に形成されており、前記半導体基板は前記半導体基板の前記第１の主面が前記電流通路形成用導体に対向するように配置されており、更に、前記半導体基板の前記第２の主面側に別の磁性体層が設けられていることが望ましい。
また、請求項６に示すように、更に、前記磁性体層を伴なった前記電流通路形成用導体と前記ホール素子とを包囲する絶縁性外囲体と、前記外囲体の外周面の一部に被着された別の磁性体層とを有していることが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、電流通路形成用導体に直接に磁性体層を被着させる構成であるので、比較的容易且つ安価に集磁効果を得ることができる。また、磁気コアによって集磁路を形成する従来の方法に比べて電流検出装置を小型にすることができる。
また、ホ−ル素子の半分以上を囲む屈曲部を設けるので、ホール素子における磁束密度の向上を図ることができ、電流検出の感度を更に高めることができる。
また、請求項５及び６の発明によれば、付加した磁性体層の働きによって磁力線の漏れを抑制して電流検出の感度を更に高めることができる。また、磁性体層によって外来ノイズを防ぐことができる。
【０００８】
【実施形態】
次に、図１〜図１４を参照して本発明の実施形態に係わる電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置を説明する。
【０００９】
【第１の実施形態】
本発明に従う第１の実施形態の電流検出装置１は、図１〜図３に示すようにホール素子を含む半導体装置２と、電流通路形成用導体３と、磁性体層４と、絶縁性外囲体５とから成る。
【００１０】
半導体装置２は、一般にホールＩＣと呼ばれているものであり、図３及び図５から明らかなように半導体基板６と、この支持板７と、４本の外部リード８、９、１０、１１と、絶縁性樹脂被覆体１２とから成る。
半導体基板６には図７に概略的に示すようにホ−ル素子１３の他に、増幅器31、制御電流供給回路３２、第1、第2、第３及び第４の端子３３、３４、３５、３６が設けられている。
【００１１】
ホ−ル素子１３、増幅器３１及び制御電流供給回路３２は化合物半導体（例えばガリウム砒素）から成る同一の半導体基板６の中に周知の方法で形成されている。半導体装置２の形成方法及び構成は周知であるので、図８及び図９には磁気検出に直接に関係するホ‐ル素子１３のみが示され、増幅器３１及び制御電流供給回路３２の図示が省略されている。
【００１２】
平面的に見て四角形の半導体基板６の中には、ホ−ル素子１３を形成するためにｎ型の第１、第２、第３、第４及び第５の半導体領域４１、４２、４３、４４、４５と、ｐ型の第６、第７及び第８の半導体領域４６、４７、４８が形成されている。ｎ型の第５の半導体領域４６は半導体基板６の大部分を占めるｐ型の第８の半導体領域４８の中に島状に形成され、図８に示すように平面的に見て十字状のパタ−ンを有する。ｎ型の第１及び第２の半導体領域４１、４２はｎ型の第５の半導体領域４５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+型半導体領域であって、図８に示すようにＹ軸方向において互いに離間して対向配置され且つ第５の半導体領域４５の中に島状に形成されている。この第１及び第２の半導体領域４１、４２には図７に示すように第１及び第２の電極４９、５０がオ−ミック接触している。第１及び第２の電極４９、５０は制御電流供給回路３２に接続されているので、第５の半導体領域４５に第１の半導体領域４１から第２の半導体領域４２に向かって周知の制御電流Ｉｃが流れる。従って、第１及び第２の半導体領域４１、４２を制御電流供給用半導体領域と呼ぶこともできる。なお、第１及び第２の電極４９、５０は周知の制御電流供給回路３２を介して直流電源接続用の第３及び第４の端子３５、３６に接続されている。
【００１３】
ｎ型の第３及び第４の半導体領域４３、４４は、ｎ型の第５の半導体領域４５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+型半導体領域であって、第５の半導体領域４５のＹ軸方向の中央部分の両端の近くに配置されている。この第３及び第４の半導体領域４３、４４の一部は第５の半導体領域４５に隣接し、残部はｐ型半導体から成る第６及び第７の半導体領域４６、４７に隣接している。Ｘ軸方向において互いに対向している第３及び第４の半導体領域４３、４４には図７及び図９に示すように第３及び第４の電極５１、５２がオ−ミック接触している。従って、第３及び第４の半導体領域４３、４４をホ−ル電圧検出用半導体領域と呼ぶこともできる。ｐ型の第６及び第７の半導体領域４６、４７はｎ+型の第３及び第４の半導体領域４３、４４の第５の半導体領域４５に対する接触面積を制限するものである。
【００１４】
第１及び第２の半導体領域４１、４２間に制御電流Ｉｃが流れ、図３及び図９でＹ軸方向（垂直方向）即ち制御電流Ｉｃに対して直交する方向に磁界が印加されると、第３及び第４の半導体領域４３、４４間に周知のホ−ル効果の原理に従ってホ−ル電圧が得られる。従って、ホ−ル素子１３のホ−ル電圧を発生させるための主動作領域は、第５の半導体領域４５における第１及び第２の半導体領域４１、４２の相互間及び第３及び第４の半導体領域４３、４４の相互間である。しかし、概略的には第５の半導体領域４５の全体をホ−ル素子の主動作領域と呼ぶことができる。
ホ−ル電圧検出用の第３及び第５の電極５１、５２は、図７に示すように周知の増幅器３１を介して第１及び第２の端子３９、３４に接続されている。
【００１５】
図９に示すように、半導体基板６の一方の主面には例えばシリコン酸化膜から成る絶縁膜５３が設けられ、他方の主面には例えばアルミニウムから成る金属層５４が設けられている。絶縁層５３は多層配線構造とするために第１及び第２の絶縁膜５３ａ、５３ｂの積層体から成る。図７に示した第１及び第２の電極４９、５０は第１及び第２の絶縁膜５３ａ、５３ｂの開口を介して第１及び第２の半導体領域４１、４２に接続され、第３及び第４の電極５１、５２は第１の絶縁膜５３ａの開口を介して第３及び第４の半導体領域４３、４４に接続されている。図９に示すように半導体基板６の他方の主面の金属層５４は導電性又は絶縁性の接合材５５によって金属製支持板７に固着されている。
なお、図３においては、図示を簡略化するために、図９の接合材５５が省略されている。
【００１６】
支持板７は、図２及び図３から明らかなように、この主面に垂直な方向から見て即ち平面的に見て全体的に四角形のパタ−ンに形成されており、半導体基板６よりも大きな面積を有する。支持板７と第１〜第４の外部リ−ド端子８〜１１とはリ−ドフレ−ムに基づいて形成されており、互いに同一厚み且つ同一の材料の例えば銅板にニッケルメッキした金属板から成る。
支持板７は図５に示すように第１の外部リード８に連結されている。第２、第３及び第４の外部リード９、１０、１１は金属細線１４によって半導体基板６の端子３３〜３６に接続されている、この実施形態では第１及び第２の外部リード８、９がホール素子１３の出力電圧即ちホール電圧を出力するための端子として使用され、第３及び第４の外部リード１０、１１がホール素子１３の制御電流供
給に使用されている。
【００１７】
電流通路形成用導体３は、例えば１００Ａ程度の電流を流すことができる比較的厚い銅板にニッケルメッキ層を設けた金属板をプレス加工したものであり、平面的に見て図６に示すように全体としてＵ字状に形成され、溝１５を介して並置された第１及び第２の部分１６、１７と、第１及び第２の部分１６、１７の一方の端を相互に連結するように配置された第３の部分１８とを有している。帯状に延びている第１及び第２の部分１６、１７の開放側端部は被測定電流又は被検出電流が流れる電気回路（図示せず）に接続される第１及び第２の端子部１６ａ、１７ａとして機能する。電流通路形成用導体３の第３の部分１８とここに隣接する第１及び第２の部分１６、１７の一部とから成るＵ字状に屈曲された中間部１９はホール素子１３に与える磁界を発生する。屈曲中間部１９における溝１５の幅はホール素子１３の幅以上に設定されている。即ち溝１５は平面的に見てホール素子１８を収容することができるような幅を有する。
【００１８】
Ｕ字状屈曲中間部１９は、第１及び第２の主面２０、２１と内側面２２と外側面２３とを有する。第１及び第２の主面２０、２１は互いに対向している。溝１５は第１の主面２０から第２の主面２１に貫通するように形成されている。内側面２２は溝１５の壁面であって、第１及び第２の主面２０、２１に対して直角に延びている。外側面２３は第１及び第２の主面２０、２１に対して直角に延びている。
【００１９】
磁性体層４は、屈曲中間部１９の第２の主面２１と外側面２３とに被着された鉄−ニッケル系合金のパーマロイ膜から成り、電流通路形成用導体３、空気及び外囲体５の比透磁率よりも大きい約５５００の比透磁率を有し、且つ電流通路形成用導体３よりも薄い約１００μｍの厚さを有する。なお、この実施形態ではパーマロイ磁性体層４はメッキによって形成されている。しかし、パーマロイのシートをエポキシ樹脂等の接合材によって電流通路形成用導体３に固着して磁性体層４を形成することもできる。また、磁性体層４を磁性体材料の蒸着、圧着、溶着等で形成することもできる。
【００２０】
ホール素子１３を含む半導体装置２は、図３に示すようにその絶縁被覆体１２の上面を導体３の中間部１９の第１の主面２０に当接させるように配置される。また、平面的に見てホール素子１３が溝１５の内側に位置するように半導体装置２が導体３に対して位置決めされる。要するに、導体３に被検出電流を流すことによって生じた磁力線がホール素子１３の主面に対して垂直成分を有して作用するように導体３とホール素子１３との位置関係を設定する。磁性体層４を伴なった導体３と半導体装置２とは相互の位置関係を一定に保持させるために例えばエポキシ樹脂から成る絶縁性外囲体５によって被覆されている。電流検出装置１を外部回路に接続させるために導体３の第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａ及び第１〜第４の外部リード８〜１１の一部を外囲体５から露出させる。
なお、多数の電流検出装置１を能率的に製造するために、電流通路形成用導体３はリードフレームに基づいて形成されている。
【００２１】
電流検出装置１で電気回路（図示せず）の電流を検出又は測定する時には、電気回路の電流が導体３を通って流れるように第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａを電気回路に接続する。例えば導体３において第２の接続部１７ａから第１の接続部１６ａに向って電流が流れると、アンペアの右ネジの法則に従って第１の部分１６側では図３において時計回り方向の磁界即ち磁力線が発生し、第２の部分１７側では反時計回り方向の磁力線が発生する。従って、これ等の磁力線はホール素子１３に対して同一の方向性を有する。導体３の第３の部分１８の電流に基づく磁力線もホール素子１３に対して第１及び第２の部分１６、１７の電流に基づく磁力線と同一の方向性を有する。この結果、ホール素子１３は３方向からの磁力線に感応し、高感度に電流を検出する。ところで、導体３に流れる電流に基づいて発生する磁力線は、電流が流れている導体３を中心にしてこれを囲むように発生する。導体３の電流に基づいて発生した磁力線の出来るだけ多くをホール素子１３に作用させることが電流検出の感度向上に重要である。本発明に従う導体３に被着された磁性体層４は集磁機能を有する。磁性体層４は、ホール素子１３に近い導体３の第１の主面２０及び内周面２２には形成されておらず、ホール素子１３から遠い導体３の第２の主面２１及び外側面２３に設けられている。換言すると、ホール素子１３と導体３とを直線で結ぶことができる導体３の表面には磁性体層４が形成されておらず、ホール素子１３と直線で結ぶことができない導体３の表面に磁性体層４が形成されている。磁性体層４は透磁率が空気及び外囲体５の透磁率よりも大きいので、磁気抵抗の小さい磁束通路として機能し、磁力線の広がりを防いでホール素子における磁束密度を増大させる。
【００２２】
本実施形態は次の効果を有する。
（１） 電流通路形成用導体３の表面の一部にこれよりも薄い磁性体層４を設けるという極めて簡単且つ安価且つ小型な構成によって電流検出感度を高めることができる。
（２） Ｕ字状屈曲部から成る中間部１９を設けるので、ホ−ル素子１３の外周の半分以上の約７５％を中間部１９で囲むことができ、電流検出感度が向上する。
（３） ホール素子１３を含む半導体装置２と電流通路形成用導体３とを絶縁性外囲体５で一体にするので、両者の位置関係を一定に保って正確な電流検出を行うことができる。
【００２３】
【第２の実施形態】
次に、図１０を参照して第２の実施形態の電流検出装置１ａを説明する。但し、図１０及び後述する図１１図〜図１４において図１〜図９と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０に示す電流検出装置１ａは、図１〜図９に示した第１の実施形態の電流検出装置１と同一の第１の磁性体層４を有する他に、追加された第２及び第３の磁性体層３１、３２を有する。図１０において追加された第２及び第３の磁性体層３１，３２は図１〜図６と同一に構成されている。第２の磁性体層３１は支持板７に固着され、この上に半導体基板６が固着されている。第２の磁性体層３１は比透磁率が５５００、厚さが１００μｍの鉄−ニッケル系合金のパ−マロイのシ−トから成る。第２の磁性体層３１は好ましくは支持板７よりも大きな透磁率を有する材料から選ばれる。第３の磁性体層３２は、絶縁性外囲体５の外周表面に設けられている。この第３の磁性体層３２は、比透磁率が５５００、厚みが１００μｍのパ−マロイのシ−トから成り、図示が省略されているエポキシ樹脂から成る接着材によって絶縁性外囲体５の表面の一部に固着されている。なお、第３の磁性体層３２は導体３の第１及び第２の接続部１６ａ、１７ａと第１〜第４の外部リード８〜１１は接触しないように配置されている。
【００２４】
図１０の実施形態によれば、導体３に被着された第１の磁性体層４の働きと同様に第２及び第３の磁性体層３１、３２が磁力線の不要な広がりを防止して電流検出感度を更に高めることができる。
【００２５】
【第３の実施形態】
図１１に示す第３の実施形態の電流検出装置１ｂは図１〜図９の第１の実施形態の磁性体層４の形成位置を変えた磁性体層４ａを設け、この他は図１〜図９と同一に形成したものである。
図１１の磁性体層４ａは導体３の中間部１９の第２の主面２１にのみ配置され、外側面２３には配置されていない。この様に磁性体層４ａを導体３の第２の主面２１にのみ設けても、磁力線の上方向への広がりを抑制することができるので、第１の実施形態と同様に電流検出感度の向上を図ることができる。
【００２６】
【第４の実施形態】
図１２は第４の実施形態の磁性体層４ｂを伴なっている導体３を示す。この第４の実施形態では、磁性体層４ｂが導体３の外側面２３のみに設けられ、第２の主面２１には設けられていない。第４の実施形態において磁性体層４ｂ以外は第１の実施形態と同一に構成する。
図１２に示すように磁性体層４ｂは導体３の外側面２３のみに設けても磁力線の外側への広がりを防止して電流検出感度を高めることができる。
【００２７】
【第５の実施形態】
図１３に示す第５の実施形態の電流検出装置１ｃは、第１の実施形態の1つの電流通路形成用導体３の代りに第1及び第2の電流通路用形成導体３ａ、３ｂを設け、この他は第１の実施形態と同一に形成したものである。第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂは図１の溝１５に相当する隙間１５ａを有して平行に配置され、ホール素子１３は平面的に見て隙間１５ａの中に配置されている。第１の電流通路形成用導体３ａは、第1及び第２の端子部６１、６２と第1の中間部６３とから成る。第１及び第２の端子部６１、６２には第１及び取付孔６４、６５が形成されている。第２の電流通路形成用導体３ｂは第３及び第４の端子部６６、６７と、第２の中間部６８とから成る。第３及び第４の端子部６６、６７には第３及び第４の取付孔６９、７０が形成されている。隙間１５ａを有して平行に配置された第１及び第２の中間部６３、６８には、図３の磁性体層４と同一の機能を発揮することができるようにパーマロイから成る第１及び第２の磁性体層７１、７２が被着されている。
【００２８】
図１５から明らかなようにホ−ル素子１３と第１及び第２の磁性体層７１、７２との位置関係は図３と同一である。即ち、第１の磁性体層７１は第１の電流通路形成用導体３ａの図１５で上面と左側面に設けられ、第２の磁性体層７２は第２の電流通路形成用導体３ｂの上面と右側面に設けられている。従って、図１３〜図１５の実施形態においても図１〜図６の実施形態と同一の感度向上効果を得ることができる。
【００２９】
図１３の電流検出装置１ｃを漏れ電流検出装置として使用する時には、第１の電流通路形成用導体３ａを対の電源ラインの一方即ち往路に直列に接続し、第２の電流通路形成用導体３ｂを対の電源ラインの他方即ち復路に直列に接続する。また、第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂにおける電流Ｉａ、Ｉｂの流れる方向を図１３において矢印で示すように同一方向とする。電気回路において漏れ電流がなければ、往路の電流Ｉａと復路の電流Ｉｂとは同一である。ホール素子１３における電流Ｉａ、Ｉｂに基づく磁束の向きは互いに逆であるので、ＩａとＩｂとが等しい時にはホール電圧は発生しない。しかし、漏れ電流が有ると電流ＩａとＩｂとが不一致になるので、この差に対応した磁束がホール素子１３に作用し、漏れ電流に比例したホール電圧が発生する。
【００３０】
図１３の電流検出器１ｃは電流バランス検出器としても使用することができる。第１及び第２の被測定電流を第１及び第２の電流通路形成用導体３ａ、３ｂに流すと、この差に比例したホール電圧が得られる。
なお、図１３の第２及び第４の端子部分６２、６７を相互に接続し、第１の実施形態と同様にＵ字状電流通路を形成し、第１の実施形態と同様に使用することもできる。
第５の実施形態の電流検出装置１ｃによれば、通常の電流、漏れ電流及び電流バランスの測定又は検出を選択的に行うことができる。
【００３１】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図１１及び図１２に示すように磁性体層４ａ、４ｂを設ける場合においても、図１０に示す第２及び第３の磁性体層３１、３２のいずれか一方又は両方を設けることができる。
（２） ホール素子１３を電流通路形成用導体３又は３ａ、３ｂと同一の高さ位置に配置し、ホール素子１３を溝１５又は隙間１５ａの中に配置することができる。
（３） 磁性体層４又は７１、７２をメッキで形成する代りにパーマロイシート等の磁性体シートを接合材によって導体３又は３ａ、３ｂに貼り付けることができる。
（４） 導体３の中間部１９の形状をＬ字状又はＩ字状又は円弧状又はΩ状等に変形することができる。
（５） 図１０の第２の磁性体層３１を支持板７の下面側に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電流検出装置を外囲体を省いた状態で示す平面図である。
【図２】図１の電流検出装置の左側面図である。
【図３】第１の実施形態の電流検出装置を図１のＡ−Ａ線で示す断面図である。
【図４】図１の磁性体層を伴なった導体と半導体装置との分解斜視図である。
【図５】図１の半導体装置の平面図である。
【図６】図１の磁性体層を伴なった導体の平面図である。
【図７】図１の半導体基板の平面図である。
【図８】図７の半導体基板のホ−ル素子部分を示す平面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線の一部を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態の電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１１】第３の実施形態の電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１２】第４の実施形態の磁性体層を伴なった導体を図３と同様に示す断面図である。
【図１３】第５の実施形態の電流検出装置を示す平面図である。
【図１４】図１３の第１及び第２の電流通路形成用導体と半導体基板とを示す平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電流検出装置
２ 半導体装置
３ 電流通路形成用導体
４ 磁性体層
５ 絶縁性外囲体
１５ 溝
１６ 第１の部分
１７ 第２の部分
１８ 第３の部分
１６ａ、１７ａ 第１及び第２の接続部
１９ 屈曲中間部
２０ 第１の主面
２１ 第２の主面
２２ 内側面
２３ 外側面
Claims (6)
- 電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置であって、
ホール素子と、
前記電気回路の電流を流すためのものであって、ここに流れた電流に基づいて発生した磁界を前記ホール素子に作用させることができるように前記ホール素子に対して位置決めされた電流通路形成用導体と、
前記電流通路形成用導体に流れた電流に基づいて発生した磁界の前記ホール素子に対する作用を強めることができるように前記電流通路形成用導体の一部に被着された磁性体層と
を備え、前記電流通路形成用導体は中間部と前記中間部の一方の端に連結された第１の端子部と前記中間部の他方の端に連結された第２の端子部とを有し、
前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、
前記ホール素子は前記電流通路形成用導体の前記屈曲部に流れる電流によって発生した磁界に感応することができるように平面的に見て前記屈曲状部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、
前記磁性体層は、前記屈曲部の前記第１の主面に対向する前記第２の主面に配置されていることを特徴とする電流検出装置。 - 電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置であって、
ホール素子と、
前記電気回路の電流を流すためのものであって、ここに流れた電流に基づいて発生した磁界を前記ホール素子に作用させることができるように前記ホール素子に対して位置決めされた電流通路形成用導体と、
前記電流通路形成用導体に流れた電流に基づいて発生した磁界の前記ホール素子に対する作用を強めることができるように前記電流通路形成用導体の一部に被着された磁性体層と
を備え、前記電流通路形成用導体は中間部と前記中間部の一方の端に連結された第１の端子部と前記中間部の他方の端に連結された第２の端子部とを有し、
前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、
前記ホール素子は前記電流通路形成用導体の前記屈曲部に流れる電流によって発生した磁界に感応することができるように平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、
前記磁性体層は前記屈曲部の前記外側面に配置されていることを特徴とする電流検出装置。 - 電気回路に流れる電流を検出又は測定するための電流検出装置であって、
ホール素子と、
前記電気回路の電流を流すためのものであって、ここに流れた電流に基づいて発生した磁界を前記ホール素子に作用させることができるように前記ホール素子に対して位置決めされた電流通路形成用導体と、
前記電流通路形成用導体に流れた電流に基づいて発生した磁界の前記ホール素子に対する作用を強めることができるように前記電流通路形成用導体の一部に被着された磁性体層と
を備え、前記電流通路形成用導体は中間部と前記中間部の一方の端に連結された第１の端子部と前記中間部の他方の端に連結された第２の端子部とを有し、
前記電流通路形成用導体の前記中間部は、平面的に見て前記ホ−ル素子の外周の半分以上を囲むように形成された屈曲部であり、前記屈曲部は互いに対向する第１及び第２の主面と内側面と外側面とを有し、
前記ホール素子は前記電流通路形成用導体の前記屈曲部に流れる電流によって発生した磁界に感応することができるように平面的に見て前記屈曲部の内側に配置され且つ前記屈曲部の前記第１の主面側に配置され、
前記磁性体層は前記第２の主面と前記外側面との両方に配置されていることを特徴とする電流検出装置。 - 前記磁性体層は、パーマロイから成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流検出装置。
- 前記ホール素子は第１及び第２の主面を有する半導体基板に形成されており、前記半導体基板は前記半導体基板の前記第１の主面が前記電流通路形成用導体に対向するように配置されており、更に、前記半導体基板の前記第２の主面側に別の磁性体層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流検出装置。
- 更に、前記磁性体層を伴なった前記電流通路形成用導体と前記ホール素子とを包囲する絶縁性外囲体と、前記外囲体の外周面の一部に被着された別の磁性体層とを有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電流検出装置
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001206175A JP4164629B2 (ja) | 2000-10-23 | 2001-07-06 | ホール素子を備えた電流検出装置 |
| EP02014368A EP1281974B1 (en) | 2001-07-06 | 2002-06-27 | Hall-effect current detector |
| DE60219561T DE60219561T2 (de) | 2001-07-06 | 2002-06-27 | Hall-Effekt-Stromdetektor |
| US10/188,693 US6727683B2 (en) | 2001-07-06 | 2002-07-02 | Hall-effect current detector |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000322470 | 2000-10-23 | ||
| JP2000-322470 | 2000-10-23 | ||
| JP2001206175A JP4164629B2 (ja) | 2000-10-23 | 2001-07-06 | ホール素子を備えた電流検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002202326A JP2002202326A (ja) | 2002-07-19 |
| JP4164629B2 true JP4164629B2 (ja) | 2008-10-15 |
Family
ID=26602577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001206175A Expired - Fee Related JP4164629B2 (ja) | 2000-10-23 | 2001-07-06 | ホール素子を備えた電流検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4164629B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6781359B2 (en) | 2002-09-20 | 2004-08-24 | Allegro Microsystems, Inc. | Integrated current sensor |
| US7709754B2 (en) | 2003-08-26 | 2010-05-04 | Allegro Microsystems, Inc. | Current sensor |
| US7476816B2 (en) | 2003-08-26 | 2009-01-13 | Allegro Microsystems, Inc. | Current sensor |
| US20060219436A1 (en) | 2003-08-26 | 2006-10-05 | Taylor William P | Current sensor |
| JP4415923B2 (ja) | 2005-09-30 | 2010-02-17 | Ｔｄｋ株式会社 | 電流センサ |
| US20070279053A1 (en) | 2006-05-12 | 2007-12-06 | Taylor William P | Integrated current sensor |
| US8093670B2 (en) | 2008-07-24 | 2012-01-10 | Allegro Microsystems, Inc. | Methods and apparatus for integrated circuit having on chip capacitor with eddy current reductions |
| US8629539B2 (en) | 2012-01-16 | 2014-01-14 | Allegro Microsystems, Llc | Methods and apparatus for magnetic sensor having non-conductive die paddle |
| US9190606B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-11-17 | Allegro Micosystems, LLC | Packaging for an electronic device |
| US10345343B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-07-09 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor isolation |
| JP2017134022A (ja) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 電流センサ及び製造方法 |
| JP7049102B2 (ja) * | 2016-12-07 | 2022-04-06 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 電流センサ |
| US10698005B2 (en) | 2017-04-20 | 2020-06-30 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Magnetic detection device, current detection device, method for manufacturing magnetic detection device, and method for manufacturing current detection device |
| US10991644B2 (en) | 2019-08-22 | 2021-04-27 | Allegro Microsystems, Llc | Integrated circuit package having a low profile |
| US11800813B2 (en) | 2020-05-29 | 2023-10-24 | Allegro Microsystems, Llc | High isolation current sensor |
| US11320466B1 (en) | 2020-10-29 | 2022-05-03 | Allegro Microsystems, Llc | Differential current sensor |
| US11402409B1 (en) | 2021-03-22 | 2022-08-02 | Allegro Microsystems, Llc | Differential current sensor package |
| US11768230B1 (en) | 2022-03-30 | 2023-09-26 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor integrated circuit with a dual gauge lead frame |
-
2001
- 2001-07-06 JP JP2001206175A patent/JP4164629B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002202326A (ja) | 2002-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4164629B2 (ja) | ホール素子を備えた電流検出装置 | |
| JP4164626B2 (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 | |
| JP3852554B2 (ja) | ホール素子を備えた電流検出装置 | |
| JP5981633B2 (ja) | 電流センサ | |
| EP1281974B1 (en) | Hall-effect current detector | |
| US6545457B2 (en) | Current detector utilizing hall effect | |
| JP2002202327A (ja) | ホール素子を備えた電流検出装置 | |
| US6791313B2 (en) | Electrical current detector having a U-shaped current path and hall-effect device | |
| US6841989B2 (en) | Hall-effect current detector | |
| JP5468776B2 (ja) | 電流センサ | |
| JP2001165963A (ja) | ホール素子を備えた電流検出装置 | |
| JP2006242946A (ja) | 表面実装式集積電流センサ | |
| JP4025958B2 (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 | |
| US6781358B2 (en) | Hall-effect current detector | |
| JP2001339109A (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 | |
| JP3230580B2 (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 | |
| JP4200358B2 (ja) | ホール素子を備えた電流検出装置 | |
| JP4164624B2 (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 | |
| WO2021039264A1 (ja) | 電流センサ | |
| JP4164625B2 (ja) | ホ−ル素子を備えた電流検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040922 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070912 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071109 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080702 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080715 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110808 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |