KR100746546B1

KR100746546B1 - 전류 센서 및 전류 센서 제조 방법

Info

Publication number: KR100746546B1
Application number: KR1020047006561A
Authority: KR
Inventors: 시바하라고지; 야마가따요; 포포빅래디보제; 라크즈로버트
Original assignee: 아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2007-08-06
Also published as: US7129691B2; CN1578912A; TW200300211A; DE02775480T1; EP1443332A1; CN1295514C; JPWO2003038452A1; KR20050042216A; US20050030018A1; TWI273266B; EP1443332B1; EP1443332A4; WO2003038452A1; JP4579538B2

Abstract

소형이면서 또한 고감도이고, 집적 회로를 제조할 때에 통상 사용되는 표준적인 조립 라인에서 패키지화할 수 있는, 대량 생산에 적합한 저비용의 전류 센서, 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 자속의 검출 감도를 떨어뜨리는 일없이, 외란 자속에 대한 충분한 실드 효과가 얻어지도록 한다. 제1 자성체(50)를 전류 도체(22C)의 하부에 접착한다. 제1 자성체(50)는 피 측정 전류에 의해서 발생하는 자속을 수속·증폭하는 기능, 및 외래 자속의 실드 기능을 수행한다. 자기 센서 칩(20)의 상측에는 제2 자성체(51)를 접착한다. 제2 자성체(51)는 외부로부터 입사되는 외란 자속에 대한 실드 기능을 한다.

전류 센서, 전류 도체, 자기 검출 소자, 자속 수속판, 자성체, 자기 센서 칩

Description

전류 센서 및 전류 센서 제조 방법{CURRENT SENSOR AND CURRENT SENSOR MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 전류 센서 및 전류 센서 제조 방법에 관한 것이다.

더욱 상술하면, 본 발명은 측정하고자 하는 전류에 의해 발생하는 자속을 자기 검출 소자에 의해서 검출함으로써, 전류 강도를 측정하는 자전(磁電) 변환형의 전류 센서, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기 센서로서는, 홀 효과를 이용한 홀 센서, 자기 저항 소자, 자기 트랜지스터(이들 단체 혹은 증폭 기능이나 보정 기능을 내장한 자기 센서 ASIC를 포함함) 등이 알려져 있다. 이러한 자기 센서를 이용하여, 전류에 의해 발생하는 자속을 포착해 전류 강도를 측정하는 것이 가능하며, 종래부터 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 전류 센서가 널리 이용되고 있다.

그러나, 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 전류 센서에서는, 전류를 흘려보내는 금속 도체(2)의 주위를 둘러싸는 형상의 자기 코어(4)가 필수이기 때문에 소형화에 적합하지 않고, 나아가서는 자기 코어(4)와 홀 소자(6)를 개별로 제조하여 조립할 필요가 있기 때문에, 많은 비용이 들어 대량 생산에 적합하지 않았다.

이러한 문제에 대처하기 위해서, 집적 회로의 플라스틱 몰드를 이용한 「전류 검출 단자가 부착된 자기 센서」(일본 특허 공개 소화61-80074호 공보)가 제안되어 있다. 이 공개 공보에는 "전류 검출용 금속 도체와, 이 도체의 양단부 이외의 부분에 고정된 자전 변환 소자 칩과, 이 칩에 각 일단부가 접속된 복수개의 리드 프레임과, 이 각 리드 프레임의 일단부 및 상기 칩 그리고 상기 금속 도체의 칩 고정부를 일체적으로 밀봉하는 밀봉부를 구비하고, 상기 금속 도체의 양단부를 전류 검출용 외부단자로서 갖는 것을 특징으로 하는 전류 검출 단자가 부착된 자기 센서"가 개시되어 있다.

그러나, 상기 일본 특허 공개 소화61-80074호 공보에 기재되어 있는 발명은 이하에 열거하는 문제점을 갖고 있다.

(1) 일본 특허 공개 소화61-80074호 공보에 기재되어 있는 발명은, 금속 도체에 전류가 흐를 때, 그 금속 도체를 중심으로 하여 동심원 형상으로 발생하는 자속을 금속 도체 표면 바로 근처에 둔 자기 센서 칩에 의해서 검출하려고 하는 것이지만, 금속 도체 표면 부근에서는 자속은 도체 표면에 거의 수평인 성분만으로 되고, 나아가서는 자기 센서 칩이 주로 그 칩 표면에 대하여 수직인 방향의 자속에 대해서만 감도를 갖고, 수평인 방향의 자속에 대해서는 현저하게 약한 감도밖에 가질 수 없기 때문에, 양호한 전류 검출이 곤란하다.

또한, 칩 표면에 대하여 수직인 방향의 자속에 대하여 감도를 갖는 자기 센서 칩을, 전류에 의해서 발생하는 자속에 대하여 칩 표면이 수직이 되도록, 90도 회전시켜 전류 도체 상에 배치함으로써 전류가 발생하는 자속을 검출하는 것이 가능하게 되지만, 자기 센서 칩의 전류 도체 상에의 고정 방법이나, 센서 칩 단자부 와 리드 프레임의 와이어 본딩 방법의 번잡함을 고려하면, 실용성·양산성이 부족하다고 할 수 있다.

(2) 전류 센서가 설치되는 환경에서는, 전류 센서의 주위에 피 측정 대상 이외의 전류가 다수 흐르고 있는 것이 상정되지만, 일본 특허 공개 소화61-80074호 공보에 기재되어 있는 발명에서는, 그와 같은 환경하에서 이들 주위 전류에 의해서 발생하는 외래(外來) 자속의 영향을 받기 쉬워, 피 측정 대상의 전류에 의한 자속을 정확하게 검출하는 것이 곤란하다.

(3) 일본 특허 공개 소화61-80074호 공보에 기재되어 있는 발명에서는, 전류가 흐르는 금속 도체와, 자기 센서 칩의 단자가 접속되는 리드 프레임부의 표면이 동일 면에서 형성되지 않고 단차를 갖기 때문에, 일체 성형에 의한 리드 프레임 가공이 곤란해져, 대량 생산에는 부적합하다.

(4) 피 측정 전류에 의해 발생된 자속 이외의 자속, 즉 외란 혹은 방해에 기인한 자속이 자기 센서 주변에 존재하는 경우, 적절한 실드 대책이 충분히 행하여지고 있지 않았다. 환언하면, 측정하여야 할 자속을 자기 검출 소자로 유도하면서, 외란이 되는 자속을 제거함으로써 측정 오차를 초래하지 않고, 또한 자기 실드 효과를 충분히 발휘하기 위한 전류 센서에 대해서는, 아직 실현되고 있지 않다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 점을 감안하여, 소형이면서 고감도이고, 집적 회로를 제조할 때에 통상 사용되는 표준 조립 라인에서 패키지화하는 것이 가능한, 대량 생산에 적합한 저비용의 전류 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 외란 자속에 대하여 충분한 실드 효과를 갖는 패키지화 가능한 전류 센서, 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

<발명의 개시>

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 자기 검출 소자를 설치한 전류 센서로서, 상기 자기 검출 소자가 접속되는 리드 프레임과 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체가 한 장의 평판 형상 금속 재료로 형성되어 있으며, 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 센서 칩 기판이 설치되고, 상기 센서 칩 기판에 상기 자기 검출 소자가 설치되어 있으며, 상기 피 측정 전류에 의해 발생하는 자속을 수속시키는 자속 수속판이 상기 센서 칩 기판에 설치된 상기 자기 검출 소자 상에 설치되어 있으며, 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분, 상기 리드 프레임, 상기 센서 칩 기판, 및 상기 자속 수속판이 일체적으로 밀봉되어, 단일의 패키지로서 구성되어 있다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서에 있어서, 상기 자속 수속판은 소정 폭의 간극을 갖는 한 쌍의 부재로 구성된다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있지 않은 상기 금속 도체 부분의 이면에, 제1 자성체를 더 형성한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 상기 금속 도체 부분의 상측에, 제2 자성체를 더 형성한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서에 있어서, 상기 피 측정 전류에 의해 형성되는 자속의 방향을 따른, 상기 자속 수속판의 전체 길이를 α로 하고, 또한 상기 자기 검출 소자에서의 자기 검출면과, 상기 제2 자성체 사이의 거리를 X로 했을 때, 0.1α≤X≤3.6α의 관계를 충족시키도록, 상기 제2 자성체의 위치를 설정한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 재치 되어 있는 상기 금속 도체의 폭을 좁히는 것에 의해, 상기 자기 검출 소자의 검출 감도를 실질적으로 향상시킨다.

본 발명은, 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 자기 검출 소자를 설치한 전류 센서의 제조 방법으로서, 상기 자기 검출 소자를 센서 칩 기판에 형성하고, 상기 피 측정 전류에 의해 발생하는 자속을 수속시키는 자속 수속판을 상기 센서 칩 기판에 설치된 상기 자기 검출 소자 상에 형성하는 단계와, 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에, 상기 단계에서 형성된 상기 센서 칩 기판을 설치하는 단계와, 한 장의 평판 형상 재료로부터 에칭 처리 또는 프레스 처리에 의해서, 상기 자기 검출 소자가 접속되는 리드 프레임 및 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분을 동시에 일체 형성하는 단계와, 상기 금속 도체 부분, 상기 리드 프레임, 상기 센서 칩 기판, 및 상기 자속 수속판을 일체적으로 밀봉하여 단일의 패키지로서 구성하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 금속 도체의 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 측과는 반대 측에 제1 자성체를 설치하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 상기 금속 도체 부분의 상측에 제2 자성체를 설치하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 피 측정 전류에 의해 형성되는 자속의 방향에 따른 상기 자속 수속판의 전체 길이를 α로 하고, 또한 상기 자기 검출 소자에서의 자기 검출면과 상기 제2 자성체 사이의 거리를 X로 했을 때, 0.1α≤X≤3.6α의 관계를 충족시키도록, 상기 제2 자성체의 위치를 설정한다.

본 발명은, 본원에 기재된 전류 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 재치되어 있는 상기 금속 도체의 폭을 좁히는 것에 의해, 상기 자기 검출 소자의 검출 감도를 실질적으로 향상시킨다.

도 1은 종래부터 알려져 있는 전류 센서를 도시하는 설명도.

도 2A는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전류 센서를 도시하는 도면.

도 2B는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전류 센서를 도시하는 도면.

도 3A는 도 2A 및 도 2B에 도시한 자기 센서 칩(20)을 보다 상세히 도시하는 도면.

도 3B는 도 2A 및 도 2B에 도시한 자기 센서 칩(20)을 보다 상세히 도시하는 도면.

도 3C는 도 2A 및 도 2B에 도시한 자기 센서 칩(20)을 보다 상세히 도시하는 도면.

도 4A는 자기 센서 칩(20)의 제조 과정을 나타내는 설명도.

도 4B는 자기 센서 칩(20)의 제조 과정을 나타내는 설명도.

도 5A는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 5B는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 6A는 도 5A 및 도 5B에 도시한 연자성체 박판(제1 자성체)(50)의 기능을 도시하는 설명도.

도 6B는 도 5A 및 도 5B에 도시한 연자성체 박판(제1 자성체)(50)의 기능을 도시하는 설명도.

도 6C는 도 5A 및 도 5B에 도시한 연자성체 박판(제1 자성체)(50)의 기능을 도시하는 설명도.

도 7은 본 발명의 다른 실시 형태로서, 단일 홀 소자(70)를 구비한 자기 센 서 칩을 도시하는 설명도.

도 8A는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 8B는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 전류 센서를 도시하는 도면.

도 11은 도 8A, 도 8B, 도 9 및 도 10에 도시한 실시 형태에 있어서, 외란 전류선을 상하로 움직인 경우의 실드 효과를 나타내는 도면.

도 12A는 실시 형태 3에 있어서의 특이 영역의 하한치를 나타내는 특성도.

도 12B는 실시의 형태 3에 있어서의 특이 영역의 하한치를 나타내는 특성도.

도 12C는 실시 형태 3에 있어서의 특이 영역의 하한치를 나타내는 특성도.

도 13A는 실시 형태 3에 있어서의 특이 영역의 상한치를 도시하는 특성도.

도 13B는 실시 형태 3에 있어서의 특이 영역의 상한치를 도시하는 특성도.

도 13C는 실시 형태 3에 있어서의 특이 영역의 상한치를 도시하는 특성도.

도 14는 실시 형태 3에 있어서의 제조 방법을 나타낸 설명도.

도 15A는 실시 형태 3에 있어서의 제조 방법을 나타낸 설명도.

도 15B는 실시 형태 3에 있어서의 제조 방법을 나타낸 설명도.

도 15C는 실시 형태 3에 있어서의 제조 방법을 나타낸 설명도.

도 16은 실시 형태 3에 있어서의 제조 방법을 나타낸 설명도.

(실시 형태 1)

도 2A는 본 발명을 적용한 전류 센서의 전체 구성을 모식적으로 도시한 사시도이다. 도 2B는 도 2A에 도시한 전류 센서의 단면 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이들 본 도면에 있어서, 20은 홀 소자 등의 자기 검출 소자를 포함하는 자기 센서 칩, 22A∼22C는 피 측정 전류를 흘려보내기 위한 전류 도체, 24A∼24D는 리드 프레임이다. 이 리드 프레임(24A∼24D)과 전류 도체(22A∼22C)는 후술하는 바와 같이, 한 장의 금속 박판으로 형성된다(도 4A, 도 4B 참조). 26은 각 리드 프레임(24A∼24D)과 자기 센서 칩(20)을 접속하기 위한 본딩 와이어이다. 또한, M은 플라스틱 몰드되는 부분을 나타내고 있다.

도 3A, 도 3B, 도 3C는 각각, 도 2A에 도시한 자기 센서 칩(20)을 보다 상세히 도시하는 사시도, 단면도, 표면도이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 자기 센서 칩(20) 전체는 전류 도체(22C)의 위에 재치되어 있고, 피 측정 전류에 의해 발생하는 유도 자계의 크기를 검출한다. 자기 센서 칩(20)의 표면측(즉, 센서 칩 기판(32)에서 가장 떨어진 측)에는, 2개의 자속 수속판(28A, 28B)이 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 2개의 자속 수속판(28A, 28B)의 아래쪽(즉, 센서 칩(32)측)이면서 또한 자속 밀도가 높아지는 영역에는, 2개의 홀 소자(30A, 30B)가 배치되어 있다.

이 도 3A, 도 3B, 도 3C에서 분명한 바와 같이, 피 측정 전류에 의해 발생하는 유도 자계는, 한쪽의 자속 수속판(28A)으로부터 한쪽의 홀 소자(30A)를 개재하고, 또한 다른 쪽의 홀 소자(30B) 및 다른 쪽의 자속 수속판(28B)을 개재하여, 자기 센서 칩(20) 내를 통과한다.

또, 도시한 자기 센서 칩(20) 자체에 대해서는, 본 출원에 있어서의 발명자가 이미 미국 특허 공보(USP 제5,942,895호: "MAGNETIC FIELD SENSOR AND CURRENT AND/OR ENERGY SENSOR", Popovic et al.)에 개시해 놓았다. 이 자기 센서 칩(20)을 구비하는 것에 의해, 금속 도체 표면 근방에 발생하는(도체 표면과 수평인 방향의) 자속을 효율적으로 검출하여, 감도 좋은 전류 센서를 실현할 수 있다.

도 4A 및 도 4B는 도 2A, 도 2B 및 도 3A, 도 3B, 도 3C에 도시한 자기 센서 칩(20)의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4A에 도시한 바와 같이, 복수의 칩분의 전류 도체(22A∼22C)와 리드 프레임(24A∼24D)은 한 장의 금속 박판을 에칭 또는 프레스함으로써 동시에 형성된다. 그 결과, 복수의 칩분의 전류 도체(22A∼22C)와 리드 프레임(24A∼24D)을 동시에 제조하는 것이 가능해진다. 하나의 칩 영역으로부터 절취된 가공된 금속 박편은, 최종적으로는 도 4B에 도시한 바와 같은 외관으로 된다. 환언하면, 도 4B에 도시하는 칩 외관도는 앞서 설명한 도 2A(사시도)와 일치하고 있다.

본 실시 형태에 의한 전류 센서에 있어서, 피 측정 전류가 흐르는 전류 도체 부분(22C)은 자기 센서 칩의 단자가 접속되는 리드 프레임(24A∼24D)과 동일 평면상에 구성된다. 혹은, 와이어 본딩을 쉽게 하기 위해서, 자기 센서 칩(20)이 재치되어 있는 전류 도체면(22C)을 프레스 가공에 의해 칩 두께 정도만큼 낮추는 것도 가능하다. 이 때문에, 종래의 집적 회로용 리드 프레임을 제조하는 것과 마찬가지로, 한 장의 평판 형상 재료로부터 에칭이나 프레스 등의 방법을 이용하여, 전류가 흐르는 도체부와 다른 리드 프레임부를 동시에 일체 형성할 수 있어, 저비용으로 대량 생산성을 실현할 수 있다.

(실시예)

이하, 도 2A에 대응한 실시예를 설명한다.

금속 박판(도 4A 참조)으로서 두께 0.4mm의 구리판을 이용하여, 전류 도체(22A∼22C) 및 리드 프레임(24A∼24D)을 일체 형성했다. 이미 상술한 바와 같이, 도 4A는 복수개분의 칩이 연결된 상태를 나타내고 있으며, 통상의 집적 회로용 리드 프레임과 완전 마찬가지 공정으로 용이하면서도 대량으로 제조할 수 있었다. 그 결과, 도 4B에 도시한 바와 같이, 상기 리드 프레임을 이용하여, 집적 회로용의 플라스틱 몰드로 형성한 전류 센서를 구성할 수 있었다.

자기 센서 칩(20)이 재치되는 전류 도체 중앙부의 폭은 약 2mm, 플라스틱 몰드의 외측 부분의 폭은 약 5.5mm이고, 최대 25A의 전류를 연속 통전하는 것이 가능하였다. 자기 센서 칩(20)에는 도 3B 및 도 3C에 도시한 홀 ASIC를 이용했다. 이 홀 ASIC는 집적 회로의 다이스 본딩에 이용되는 절연성 접착 테이프에 의해서, 전류 도체의 아일런드부에 고정했다. 이 홀 ASIC은 도 3B 및 도 3C에 도시한 바와 같이, 갭에 의해서 이격된 한 쌍의 자속 수속판(연자성체 박막)(28A, 28B)을 갖고, 각각의 자속 수속판 바로 아래에 각 홀 소자를 배치했다. 전류 도체(22C)에 전류가 흐르면, 도 3A 내지 도3C에 도시한 바와 같이, 전류 도체 표면에 수평인 자속이 발생하지만, 이 자속은 홀 ASIC 칩 표면의 한쪽의 자속 수속판(28A)을 지나, 자속 수속판 갭부에서 원호형의 궤적을 그리고, 자속 수속판 바로 아래의 각 홀 소자를 관통하여 다른 쪽의 자속 수속판(28B)으로 흡입된다. 자속이 통과하는 각 홀 소자에서는 그 자속 밀도에 비례한 기전력을 발생한다. 그 자속 밀도는 전류 도체를 흐르는 전류 강도에 비례하기 때문에, 결과적으로, 흐르는 전류 강도에 비례한 기전력이 홀 소자에서 발생하여, 전류 강도의 검출을 할 수 있다.

이 실시예에서는 전류에 대한 감도로서, 1암페어의 피 측정 전류당, 홀 소자부에 약 12가우스의 자속 밀도를 발생시킬 수 있었다.

(실시 형태 2)

도 5A 및 도 5B는 다른 실시 형태에 의한 전류 센서의 전체 구성을 도시한 모식적 사시도이다. 본 도면은 도 2의 구성 외에, 연자성체 박판(50)을 전류 도체(22C)의 하부(즉, 자기 센서 칩(20)과 반대측)에 접착한 것이다.

도 6A, 도 6B, 도 6C는 도 5A, 도 5B에 도시한 연자성체 박판(50)의 기능을 도시하는 설명도이다.

이들 도 5A, 도 5B 및 도 6A, 도 6B, 도 6C에 도시한 바와 같이, 전류 도체의 아일런드부로서 구성된 금속 도체(22C)의 이면에 고 투자율·고 포화 자속 밀도·저 보자력의 연자성체 박판(50)을 접착함으로써, 외부로부터 입사되는 외래 자속이 이 연자성체 박판(50)에 흡입되어 통과하는 것에 의해, 외래 자속에 의한 영향을 저감할 수 있다. 덧붙여, 이 연자성체 박판(50)은 피 측정 전류에 의해서 발생하는 자속을 수속·증폭하는 효과도 더불어 갖기 때문에, 전류 센서의 감도를 더욱 좋게 할 수 있다.

또, 지금까지 설명한 실시 형태 1, 2에서는, 2개의 자속 수속판(28A, 28B)의 아래에 2개의 홀 소자(30A, 30B)를 배치했지만, 이들 2개의 홀 소자(30A, 30B) 대 신에, 도 7에 도시한 바와 같은 단일 홀 소자(70)를 배치하는 것도 가능하다. 이 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 2개의 자속 수속판(28A, 28B) 및 그 간극부에 걸쳐서 단일 홀 소자(70)를 배치한다.

도 7에 도시한 단일 홀 소자(70) 자체에 대해서는 본 출원에서의 발명자가 이미 미국 특허 공보(USP 제5,942,895호: "MAGNETIC FIELD SENSOR AND CURRENT AND/OR ENERGY SENSOR", Popovic et al.)에 개시해 놓았다.

또한, 자기 센서 칩으로서는 칩 표면에서의 수평 방향의 자속에 대하여 양호한 감도를 갖는 것이면 홀 소자에 한하지 않고, 자기 저항 소자, GMR이어도 상관없다.

(실시예)

다음에 도 5A, 도 5B에 대응한 실시예를 설명한다.

연자성체 박판(50)으로서, 본 실시예에서는 두께 0.35mm, 세로 10mm×가로 7mm의 연자성체 박판을 이용하였다. 그리고, 전류 도체 이면에, 이미 상술한 홀 ASIC를 아일런드부에 접착할 때에 사용한 것과 마찬가지의 절연성 접착 테이프로 접착하였다. 그 결과, 이 연자성체 박판(50)을 접착하지 않은 경우와 비교하여, 피 측정 전류에 대한 감도는 약 1.8배로 향상되고, 또한 도 6A, 도 6B에 도시한 바와 같은 외래 자속에 대한 감도를 약 1/8로 감소시킬 수 있었다.

(실시 형태 3)

도 8A는 제3 실시 형태에 의한 전류 센서의 전체 구성을 도시한 모식적 사시도이다. 본 실시 형태 3은 도 5A의 구성 외에, 전류 도체의 아일런드부(22C)에 재 치된 자기 센서 칩(20)의 상측에, 제2 자성체(실드판)(51)를 배치했다.

도 8B는 도 8A에 도시한 제2 자성체(51)의 기능을 도시하는 설명도이다. 자기 센서 칩(20)의 상부에, 고 투자율, 고 포화 자속 밀도, 저 보자율을 갖는 자성체(실드판)를 배치함으로써, 외부로부터 입사되는 외란 자속이 제2 자성체(51)(실드판)에 흡입되어 통과한다. 이에 의해, 외란 자속에 의한 영향을 저감할 수 있다. 도 8B에서는 도 6B와 같은, 제1 자성체(50)에 의한 외래 자속의 실드 작용을 나타내는 표현은 생략했다.

도 9 및 도 10은 실시 형태 3에서의 주요 요소를 확대하여 도시한 설명도이다. 엄밀하게는 중심을 가로지르는 단면을 표시하고 있지만, C 및 G는 자성체판의 전체 길이(단면에서의 길이의 2배)를 표시하고 있다.

도 9에 있어서, 홀 소자 등을 이용한 자기 검출 소자의 감자면(感磁面)과, 자속 수속판의 저면이 있는 위치는 거의 동일하다. 그 위치로부터 제2 자성체(51)의 저변까지의 거리를 X로 한다. 피 측정 전류에 의해 형성되는 피 측정 자계가 흐르는 방향을 따라서, 2개의 자속 수속판(28A, 28B)과 간극을 합친 자속 수속판 전체의 길이를 α로 한다.

도 8B 및 도 9에 있어서, 자기 실드 효과를 유지하면서 충분한 검출 감도를 얻기 위해서는, 0.1α≤X≤3.6α의 조건을 충족시키는 영역이 유효하다. 제1 자성체와 자속 수속판으로 피 측정 자계가 자로(磁路)를 형성하는 영역, 즉 제2 자성체(실드판)(51)에 의한 "자속의 인입"이 피 측정 전류에 의한 피 측정 자속이 아니라 외란 자속이 주가 되는 실용적인 특이 영역은, 상기의 조건 0.1α≤X≤3.6 α를 충족하는 영역이다. 여기서, 하한치가 0.1α인 이유는 후에 도 12A 내지 도 12C를 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 상한치가 3.6α인 이유는 후에 도 13A 내지 도 13C를 참조하여 상세히 설명한다. 이 특이 영역에 있어서, 자기 검출 감도를 1 이상으로 증폭시키면서 현저한 실드 효과를 얻을 수 있다.

또, 도 8A 및 도 8B에 있어서, 제1 자성체(50) 및 제2 자성체(51)는 몰드 수지의 내측에만 한정되지 않는다(몰드 수지의 표면에 있어도 되고 혹은 몰드 수지의 외측에 있어도 됨).

도 11은 도 8A, 도 8B, 도 9 및 도 10에 도시한 실시 형태에 있어서, 외란 전류선을 상하로 움직인 경우의 자기 실드 효과를 나타낸 수치 해석 결과이다.

도 10에 있어서, 제2 자성체(51)의 사이즈는 두께 F=0.35mm, 세로 G=10mm, 가로 E=7mm이다. 제1 자성체(50)의 사이즈는 두께 B=0.35mm, 세로 C=10mm, 가로 A=7mm이다.

이 해석에서는 제2 자성체(51)의 상측에, 자기 센서 칩의 바로 위를 가로지르도록, 외란 전류선을 배치하여 상하로 움직였다. 이것은 피 측정 자계에 외란을 가장 크게 부여하는 케이스이다.

도 11에는 "실시 형태 1"과 " 실시 형태 2"에 의한 자기 실드 효과를 참고로 하여 병기했다. 또한, 수치 해석(실선)에 의한 결과 이외에, 실제 측정치(플롯점 부가 점선)도 병기했다.

실제 측정에서는 전류 센서의 출력치를 시판의 디지털 볼트미터로 판독했다. 외란의 정도를 조사하기 위해서 검출 감도를 산출할 필요가 있으므로, 피 측정 전 류와 외란 전류는 모두 25암페어를 기본량으로 하였다. 외란 전류선의 사이즈는 직경 3mm 내지 5mm의 것을 이용했다.

도 11의 횡축은 외란 전류선의 중심에서 홀 소자의 감자면까지의 거리 X(단위: mm)이다. 패키지 표면에서 홀 소자까지의 거리는 패키지 시작(試作)시의 설계 치수로부터 산출하였다. 도 11의 종축은 출력 변동(%)을 나타낸다. 여기서는, 외란이 없을 때의 검출 감도 [mV/A]와, 외란 전류선까지의 거리에 대응한 검출 감도 [mV/A]를 산출하고, 이들 검출 감도에 기초하여 외란 자속에 기인한 "센서 출력의 변동"을 구했다.

수치 해석에는 시판되는 자장 해석 툴을 이용했다. 외란 전류선에는 이상적인 DC선 전류가 흐르는 것으로 가정했다. 그리고, 외란이 없는 경우와 있는 경우의 양방에 대하여, 시작한 홀 소자의 감자면을 가로지르는 자속을 수치 해석으로 구하고, 후처리로서 감자면 전체의 평균 자속 밀도를 산출하여, 그 결과로부터 외란에 의한 "센서 출력의 변동"을 구했다.

도 11로부터 분명한 바와 같이, 실제의 측정치에 대하여 수치 해석의 결과는 잘 재현되고 있다. X가 작은 영역에 대하여 주목하면, 실시 형태 1, 실시 형태 2, 실시 형태 3의 순으로, 외란에 대한 오차가 극단적으로 저감됨을 알 수 있다. 시작 패키지의 상측 표면에 외란 전류선을 가까이 한 경우, 실시 형태 3에서는 센서의 출력 변동이 1% 이하였다.

그런데, 감도를 어떤 값 레벨로 유지하면서 자기 실드 효과를 얻을 필요가 있다. 그래서, 제2 자성체를 배치하여 감도와 자기 실드 효과의 양방을 충족시키 는 실용적인 거리 X의 범위를 정한다. 여기서, 자속 수속판과 제1 자성체의 사이에서 자로를 형성하는 데에 있어서 중요한, 피 측정 전류에 의한 유도 자계를 강하게 하는 전류 도체 폭 L과, 유도 자계를 검출하는 자속 수속판의 전체 길이 α와, 자속 수속판을 포함하는 자기 센서 칩(20)에 근접하는 제2 자성체의 사이즈(폭 E, 두께 F)를 조합하여, 각각에 대하여 거리 X를 바꾼 자장 해석을 실시하였다.

이하에서는, 전류 도체의 높이 T=0.4mm, 자기 검출 소자로부터 전류 도체 중심까지의 거리, 및 제1 자성체의 형상(사이즈, 폭 A=7mm, 두께 B=0.35mm), 자기 검출 소자의 감자면에서 제1 자성체 상면까지의 거리를 일정치로 했다. 우선, 특이 영역의 하한을 구한다.

도 12A, 도 12B 및 도 12C는 도 11에 도시한 수치 계산에서 이용한 자기 회로 모델을 사용하고, 자장 해석을 행하여 구한 감도 곡선을 도시하고 있다. 구체적으로는, 도 12A에서는 제2 자성체(51)에서의 사이즈(폭 E, 두께 F)를 바꾼 경우, 도 12B에서는 전류 도체의 폭 L을 바꾼 경우, 도 12C에서는 α(자속 수속판의 전체 길이: 도 10 참조)를 바꾼 경우에 대해, 감도 특성을 나타내고 있다. 여기서, 횡축은 제2 자성체(51)의 저변에서 홀 소자의 감자면까지의 거리 X(단위: α)이다. 종축은 제1 자성체(50)와 제2 자성체(51)가 없는 경우(실시 형태 1: 도 2A 참조)의 감도를 1로 했을 때, X에 대한 상대 감도를 나타낸 것이다.

도 12A에서는 α=1.74mm, 전류 도체 폭 L=1.149α(2mm), 높이 T=0.229α(0.4mm)로 하였다(도 10 참조). 또한, 제1 자성체 실드판(50)으로서, 두께 B=0.201α(0.35mm), 세로 C=5.747α(l0mm), 가로 A=4.022α(7mm)로 하였다(도 10 참조). 제2 자성체(51)로서, 두께 F=0.201α(0.35mm), 세로 G=5.747α(10mm), 가로 E=4.022α(7mm)로 하였다(도 10 참조). 이 때의 감도 특성을 실선으로 도시하여 놓았다. 또한, 두께 F=0.0287α(0.05mm), F=0.574α(1mm)로 변화시키고, 폭 E=1.149α(2mm), E=2.298α(4mm), E=4.022α(7mm); E=4.885α(8.5mm)로 변화시켜 보았지만, 감도 특성은 실선과 거의 동일하였다(도 12A에는 도시하지 않음).

도 12A에 있어서, 감도 1 상의 점선은 "실시 형태 1"에 대응하고, 감도 1.8 부근의 점선은 "실시 형태 2"에 대응하고 있다. 실선은 두께 F=0.201α(0.35mm), 세로 G=5.747α(10mm), 가로 E=4.022α(7mm)인 "실시 형태 3"에 대응하고 있다. 가로 E가 커지면, 절대적인 감도는 저하 경향에 있다. 가로 E가 커짐에 따라서 감도는 저하하지만, 그 변화가 작아져, 가로 E=2.298α(4mm) 정도에서 거의 변하지 않는다는 것을 알았다(도 12A에는 도시하지 않음). 또한, 두께 F를 바꾸어도 변화는 미소하다.

도 12A에 도시한 예에서는, X=0.23α 부근에서 검출 감도가 1이다. 시작 패키지에서의 상측 표면에 제2 자성체(51)를 배치한 케이스에서는, X=0.681α이고, 검출 감도는 1.53이었다.

도 12B는 전류 도체의 폭을 좁힌 경우에서의 감도 특성을 도시한다.

도 10에 있어서, 기본으로서, α=1.74mm, 전류 도체 폭 L=1.149α(2mm)로 설정했다. 또한, 제1 자성체(50)로서, 두께 B=0.201α(0.35mm), 세로 C=5.747α(10mm), 가로 A=4.022α(7mm)로 했다. 제2 자성체(51)에 대해서는 두께 F=0.201α(0.35mm), 세로 G=5.747α(10mm), 가로 E=4.022α(7mm)로 했다.

전류 도체의 폭 L=1.149α(2mm), L=0.574α(1mm), L=극한으로서 선 전류의 3개의 패턴에 대하여 계산했다. L=2mm, 1mm일 때의 전류 도체의 높이 T는 일정(0.4mm)하다. 극세(極細) 전류 도체의 극한으로서 선 전류에 의한 검토도 행하였다. 실시 형태 2에서의 절대 감도는, 전류 도체의 폭 L=1.149α(2mm)일 때를 1로 하면, L=0.574α(1mm)일 때에는 1.26배, 선 전류일 때에는 1.37배로 향상된다. 그러나 도 12B에서는, 각 전류 폭 L마다의 실시 형태 1을 기준으로 하여, X를 변화시켰을 때의 상대 감도를 동일 스케일 상에 실선으로 플롯했다. 상대 감도 1.8 부근, 상대 감도 1.7 부근, 상대 감도 1.6 부근에 도시한 점선은, 이 순서로 전류 도체의 폭을 좁힌 경우의 각 실시 형태 2에서의 감도를 나타낸다.

전류 도체의 폭을 좁혀 피 측정 자계의 강도를 증가시킨 경우에도, 본 예에서는 어느 것이나 X=0.23α 부근에서 감도=1이었다.

도 12C는 자속 수속판 전체의 길이 α를 확장한 경우의 감도 특성을 도시한다. α=3.04mm이다. 비교를 위해, α=1.74에서의 곡선도 병기했다. 여기서는, 전류 도체의 폭 L=1mm로 하고, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.35mm, 세로 C=10mm, 가로 A=7mm이고, 제2 자성체(51)는 두께 F=0.35mm, 세로 G=10mm, 가로 E=7mm를 기본 데이터로 했다.

"실시 형태 1(도 2A, 도 2B 참조)"에서의 절대 감도는, 자속 수속판 전체의 길이 α=1.74mm일 때 1로 하면, α=3.04mm에서는 본 예에서는 상대적으로 2.4배로 향상되었다. 본 예에서는 각 α마다의 실시 형태 1을 기준으로 하여, X를 변화시켰을 때의 상대 감도를 동일 도면상에 실선으로 플롯하였다. 상대 감도 1.7 부근 및 상대 감도 1.8 부근에서의 점선은, 이 순서로 자속 수속판 전체의 길이 α를 확장한 경우에 있어서의 "실시 형태 2"에서의 상대 감도이다.

α=3.04mm인 경우, 전류 도체의 폭 L=0.328α(1mm)이고, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.115α(0.35mm), 세로 C=3.289α(10mm), 가로 A=2.302α(7mm)이다. 제2 자성체(51)도 동일 치수이다.

도 12C에 있어서, 실시 형태 1에서의 감도에 상응하는 상대 감도=1이 되는 X의 최소값은 X=0.13α 부근이다. 또한, E=1.315α(4mm), F=0.0164α(0.05mm)로 했다. 감도가 올라가, α의 하한으로서는 작아지는 방향이지만, 계산에서는 X의 하한은 0.13α이었다. 이상으로부터, 실용적인 X의 하한은 0.1α로 하였다.

다음에, 특이 영역의 상한을 구한다.

도 13A, 도 13B 및 도 13C는 제2 자성체(51)에 의한 실드 효과를 검토하기 위해서, 도 11에 도시한 수치 계산에서 이용한 자기 회로 모델을 사용하여 자장 해석을 행한 것이다.

감자면으로부터 약 22mm 정도 떨어진 일정 위치에 외란 전류선을 배치하고, 자기 센서 칩(20)과 외란 전류선의 사이에서 제2 자성체(51)를 상하로 움직였다. 이들 도면의 횡축은 제2 자성체(51)의 저변에서 홀 소자까지의 거리 X(단위:α)이다. 종축은 제1 자성체(50)를 구비한 "실시 형태 2(도 5A, 도 5B 참조)"에서의 홀 소자의 감자면을 지나는 자속 밀도(즉, 감도)를 1로 하여, 거리 X를 바꾸었을 때의 상대 감도를 나타낸다. 보다 정확하게 설명하면, 각 자속 수속판의 형상(사이즈), 각 전류 도체의 형상(사이즈), 각 자성체의 형상(사이즈)의 조합마다에 있어서, 자 기 검출 소자의 감자면을 지나는 자속 밀도를 기초로, 상대 감도(출력의 변화)를 나타낸 것이다(" 실시 형태 2"에서의 자속 밀도(즉, 감도)를 1로 하여).

감자면에서의 자속 밀도는 외란 전류에 의한 외란 자속과 피 측정 전류에 의한 피 측정 자계를 합산한 값으로서 구해진다. 이 때, 제2 자성체(51)에서는 그 위치에 의해, 감자면에 대하여 자속의 인입 현상, 환언하면 자속의 흡입 현상이 현저해진다.

도 13A로부터 분명한 바와 같이, 제2 자성체(51)의 가로 E, 두께 F를 바꿈으로써, 자속의 인입 정도가 변한다는 것을 알 수 있다. 파라미터를 변경하였을 때의 자속 인입차(즉, 종축의 값의 차)는 실드 효과의 차이에 상당한다.

도 13A에서는 α=1.74mm, 전류 도체의 폭 L=1.149α(2mm), 높이 T=0.229α(0.4mm)로 하고, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.201α(0.35mm), 세로 C=5.747α(10mm), 가로 A=4.022α(7mm)로 했다. 제2 자성체(51)의 두께 F를 F=0.0287α(0.05mm) 내지 0.574α(1mm)로 하고, 가로 E에 대하여 E=2.298α(4mm), E=4.022α(7mm), E=4.885α(8.5mm)로 했을 때의 감도 변화를 나타낸다. 점선으로 표시된 E=2.298α(4mm)보다 큰 사이즈(실선)에서는, 자속의 인입 효과에 차가 없고, 따라서 자기 실드 효과에 차가 없다. 본 도면에서 분명한 바와 같이, 자기 실드 효과는 3.6α 부근 이하에서 현저해진다.

도 13B는 전류 도체의 폭을 좁힌 경우의, 자기 실드 효과를 도시한다. α=1.74mm로 하여, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.201α(0.35mm), 세로 C=5.747α(10mm), 가로 A=4.022α(7mm)로 하고, 제2 자성체(51)는 두께 F=0.201α(0.35mm), 세로 G=5.747α(10mm), 가로 E=4.022α(7mm)로 했다.

전류 도체의 폭 L=1.149α(2mm), L=0.574α(1mm), L=극한으로서 이상적인 선 전류의 3가지 패턴에 대하여 계산했다. 폭 L이 2mm, 1mm에서는 전류 도체의 높이 T는 일정(0.4mm)하다. 선 전류의 중심은 실제의 단면적을 갖는 경우의 중심 위치와 동일한 위치로 했다. 극세 전류 도체의 극한으로서, 선 전류에 대해서도 검토했다.

"실시 형태 2(도 5A, 도 5B 참조)"에서의 절대 감도는, 전류 도체의 폭 L=1.149α(2mm)일 때 1로 하면, L=0.574α(1mm)에서는 1.26배, 이상적인 선 전류에서는 1.37배로 향상된다. 그러나 도 13B에서는, 각 전류 폭마다 실시 형태 2에서의 감자면에서의 자속 밀도(감도)를 1로 했을 때에 X를 바꾸었을 때의 상대 감도를, 동일 도면상에 실선 및 점선으로 중첩하여 그려 놓았다. 점선은 L=1.149α(2mm)일 때의 특성을 나타내고, 마름모형 기호가 붙어 있는 실선은 L=0.574α(1mm)일 때의 특성을 나타내고, * 기호가 붙어 있는 실선은 선 전류일 때의 특성을 나타낸다.

도 13B에서 분명한 바와 같이, 전류 도체의 폭을 좁혀 피 측정 자계의 강도를 증가시킨 경우에도, 본 예에서는 어느 것이나 X=3.6α 부근에서 자기 실드 효과가 현저해진다는 것을 알 수 있었다.

도 13C는 자속 수속판 전체의 길이 α를 확장한 경우의 자기 실드 효과를 도시한다. 여기서도, 외란 전류선의 위치는 홀 소자의 감자면으로부터 상측 약 22mm에 고정했다.

우선, 전류 도체의 폭 L=1mm로 하고, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.35mm, 세로 C=10mm, 가로 A=7mm이고, 제2 자성체(51)는 두께 F=0.35mm, 세로 G=10mm, 가로 E=7mm로 했다.

도 13C에서는 각 α마다의 실시 형태 2를 기준으로 하여, X를 변화시켰을 때의 상대 감도를, 동일 도면상에 실선 및 점선으로 중첩하여 그렸다. 점선은 α=1.74mm일 때의 특성을 나타내고, 실선은 α=3.04mm일 때의 특성을 나타낸다.

α=3.04mm인 경우, 전류 도체의 폭 L=0.328α(1mm)로 되고, 제1 자성체(50)는 두께 B=0.115α(0.35mm), 세로 C=3.289α(10mm), 가로 A=2.302α(7mm)로 표현된다. 또한, E=1.315α(4mm), F=0.0164α(0.05mm)로 했다. 이것은 α의 상한으로서는 내려가는 방향이기 때문에, X=3.6α가 X의 상한이다.

도 13C에서 분명한 바와 같이, 자기 실드 효과는 최대 X=3.6α 부근에서 현저해진다. 이상으로부터 실용적인 X의 상한은 3.6α로 했다.

여기서, α와 X(α)의 관계에 대해 언급한다. 횡축을 α의 실치(단위:mm)로 나타내고, 종축을 특이 영역의 X의 상한·하한(단위:α)으로 나타낼 때, X의 상한은, α=1.2 내지 3.5mm 부근에서는 α에 상관없이 X가 일정하다(X=3.6α). X의 하한은, α=1.2 내지 3.5mm 부근에서는 α가 커지면, 0.1α로부터 더 0.1α 이하로 될 수 있다. α가 훨씬 큰 영역에서는 X의 하한은 0에 근접한다. α가 훨씬 작은 영역에서는 X의 하한은 0.23α보다 커진다.

또, 지금까지의 설명은 선 전류에 의한 "외란 전류"가 있다는 것을 상정하여 행하였지만, 선 전류 이외의 "외란 전류" 혹은 외란 자계, 혹은 외란 전류 대신에, 외부 자성체 등에 의한 자계의 외란에 대하여도, 마찬가지의 실드 효과가 얻어진다.

또한, 지금까지 설명해 온 실시 형태 3에서는, 앞서 설명한 실시 형태 1, 2와 마찬가지로, 2개의 자속 수속판(28A, 28B)의 아래에 2개의 홀 소자(30A, 30B)를 배치했지만, 이들 2개의 홀 소자(30A, 30B) 대신에, 도 7에 도시한 바와 같은 단일 홀 소자(70)를 배치하는 것도 가능하다. 이 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 2개의 자속 수속판(28A, 28B) 및 그 간극부에 걸쳐서 단일 홀 소자(70)를 배치한다.

도 7에 도시한 단일 홀 소자(70) 자체에 대해서는, 본 출원에서의 발명자가 이미 미국 특허 공보(USP 제5,942,895호: "MAGNETIC FIELD SENSOR AND CURRENT AND/OR ENERGY SENSOR", Popovic et al.)에 개시하여 놓았다.

자기 센서 칩으로서는, 칩 표면에서의 수평 방향의 자속에 대하여 양호한 감도를 갖는 것이면, 자기 검출 소자는 홀 소자에 한하지 않고, 자기 저항 소자, GMR이어도 상관없다.

이렇게 해서, 제3 실시 형태에 따르면, 제2 자성체(51)에 실드 효과를 갖게 하면서 동시에, 자속 수속판과 제1 자성체(50)에 의한 자로를 형성하는 것에 의해 충분한 감도를 얻을 수 있다. 즉, 자기 실드를 행할 때에, 피 측정 자속이 자기 실드에 의해, 자기 검출 소자로부터 벗어나지 않는 자기 실드 구성을 실현할 수 있다.

(실시예)

다음에, 상기 "실시 형태 3"에 대응한 실시예를 설명한다.

도 14는 전류 센서의 상면도의 일례이다. 본 도면에서는 자속 수속판(28A, 28B)을 갖는 자기 검출부를 부호 20으로, 제2 자성체(51)의 폭 E를 부호 81로, 길이 C를 부호 82로, 자속 수속판(28A, 28B)을 갖는 자기 검출부(20)의 전체 길이 α를 부호 85로, 전류가 흐르는 방향의 길이를 부호 86으로 각각 나타내고 있다. 또 도 14에서는 제1 자성체(50)의 각 치수를 생략하였다.

도 14에 도시한 본 실시예에서는, 자속 수속판(28A, 28B)이 차지하는 영역 중 자기 검출부의 전체 길이 α인 85는, 약 1.7mm 내지 약 3mm로 했다.

제2 자성체(51)의 폭 81, 길이 82 및 두께 83은 어느 정도의 크기를 지니면 충분한 자기 실드 효과가 있고, 그 선택에는 어느 정도의 여유가 있다. 예를 들면, 폭 81은 7mm, 길이 82는 10mm, 두께 83은 0.35mm로 하면 된다. 제1 자성체(50)도 자기 실드 효과 및 자기 요크로서 기능시킬 때, 같은 정도의 효과를 얻는 데에 선택의 폭이 있다. 예를 들면, 폭은 7mm, 길이는 10mm, 두께는 0.35mm로 하면 된다.

자기 센서 칩(20)의 상하에 배치한 2개의 자성체(50, 51)는 동일한 형상·사이즈에 한정되지 않는다. 또한, 각 자성체(50, 51)는 박판 형상으로 한정되는 것이 아니다.

본 발명의 본질은 적어도 2매의 자성체(50, 51)를 각각 적절한 위치에 배치하여, 전류 도체(22C) 및 자기 센서 칩(20)을 끼워 넣는 구조로 하는 것에 있으므로, 본 실시예에 따르면, 측정 감도와 자기 실드 효과를 균형을 취하면서 실현시킬 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 제2 자성체(51)와 홀 소자 등의 자기 검출 소자 의 감자면의 거리 X가 중요하다.

통상, 전류 도체(22C) 및 자기 센서 칩(20)의 중심과, 제1 자성체(50), 제2 자성체(51)의 중심이 상측에서 보아 일치하도록 배치되지만, 실제로는 어느 정도의 어긋남이 서로 있어도 충분한 자기 실드 효과를 갖는다.

제2 자성체(51)는 자속 수속판을 포함하는 자기 센서 칩의 피 측정 전류 방향의 길이 86, 전체 길이 α85에 대하여 여유 있는 크기이면, 피 측정 자계와 직각인 방향(전류가 흐르는 방향)으로 크게 어긋나더라도, 측정 감도 및 자기 실드 효과에 큰 변화는 없다. 피 측정 자계(92)와 평행한 방향의 어긋남에 관하여 말하자면, 0.1mm 정도의 정밀도가 있으면 충분하다.

이와 같이, 몰드 패키지의 상면에서 보아, 제2 자성체(51)가 자속 수속판을 포함하는 자기 검출부를 어느 정도 크게 피복하고 있으면, 상면에서 보았을 때의 자성체의 위치 어긋남에 정밀도를 요구하지 않고서도, 소정의 측정 감도 및 자기 실드 효과를 실현할 수 있다.

패키지의 상측·하측·횡측에 배치된, 감자면과 평행·직각인 전류선 외에, 외부로부터의 평행 자계, 외부의 자성체 등에 의한 자계의 혼란에도 자기 실드 효과를 발휘한다.

예를 들면, 제1 자성체(50)(세로 10mm×가로 7mm×두께 0.35mm)만을 갖는 실시 형태 2의 경우에 있어서, 동일한 형상(사이즈)의 다른 제1 자성체(50)를 전류 센서의 상측에 배치했을 때는, 거리가 상측 약 10mm보다 근접할 때, 센서 출력 변동율은 1%을 넘게 된다.

이와 같이, 근접한 자성체에 의한 외란에 대하여도, 제2 자성체(51)에 의해 현저한 자기 실드 효과가 얻어진다.

제1 자성체(50) 및 제2 자성체(51)는 전류 도체 및 자기 센서 칩에 평행하게 배치되어 있지만, 예를 들면, 제1 자성체(50) 및 제2 자성체(51)가 八자 형상의 관계에 있고, 그 사이에 전류 도체·자기 센서 칩이 있는 경우라도, 자기 실드 효과가 얻어진다. 마찬가지로, 제1 자성체(50) 및 제2 자성체(51)가 평행하고, 그 중의 전류 도체 및 자기 센서 칩의 배치가 제1 자성체(50), 제2 자성체(51)에 대하여 평행하지 않아 경사가 있던 경우라도, 자기 실드 효과가 얻어진다.

또한, 자기 센서 칩(20)과 전류 도체(22C) 사이에 협지되는 자성체는 상하 1매씩으로 한정되는 것은 아니다.

제2 자성체(51)의 두께가 극단적으로 얇은 것에 기인하여 자기 실드 효과가 떨어지는 경우에도, 복수 매의 자성체를 상하에 중첩하는 것에 의해, 자기 실드 효과를 향상시키는 것이 가능하다.

제2 자성체(51)의 사이즈 E, G(도 10 참조)가 작은 경우에는, 복수 매의 자성체를 수평으로 나란히 배열함으로써 자기 실드 효과를 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는 자성체의 2층 구조를 채용하는 것에 의해, 외부의 자속에 대한 자기 실드 효과뿐만 아니라, 전류 센서 내부로부터 센서 주변 외부에 대하여도 자속을 누설하기 어렵게 하는 효과를 갖는다.

다음에, 도 15A 내지 도 15C를 참조하면서 실시 형태 3의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도면에서는 DIP형으로 표현되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, SOP형과 같은 표면 실장형의 패키지이더라도 무방하다. 또한, 측정 단자의 다리의 형상, 구부리는 방법은 도면과 같은 형상으로 한정되지 않는다. 본 예에서는, 제1 자성체는 예를 들면 전류 도체(22C)에 가장 근접시켜진 상태에서 몰드 패키지에 조립된 경우를 나타낸다. 여기서는, 처음부터 몰드 패키지에 제2 자성체(51)가 조립되어 있지 않은 경우의 제조 방법에 대하여 설명한다.

제2 자성체(실드판)(51)를 몰드 패키지의 상부 표면에 배치하는 경우, 접착제·수지 등 또는 커버 등에 의해 고착한다.

몰드 패키지의 상부 표면으로부터 들어올린 상태에서 제2 자성체(실드판)(51)를 장착하는 경우에는, 두께가 정확하게 제어된 비 자성체에 의한 스페이서를 삽입하고, 접착제·수지 등 또는 커버 등으로 고착한다. 또는, 비 자성 스페이서 그 자체로 고정해도 된다.

몰드 패키지의 상부 표면보다도 아래 방향에 제2 자성체(실드판)(51)를 장착하는 경우에는, 예를 들면 산업용 지그를 이용하여, 전류 도체(22C), 자속 수속판을 포함하는 자기 센서 칩(20), 제1 자성체(50)와 대략 평행하게, 홈파기 면을 파내려 간다. 도 15A는 몰드 패키지의 상부 표면을 파내려 간 예이다.

도 15B는 파내려 간 구멍에 제2 자성체(51)를 삽입한 도면이다.

도 15C는 제2 자성체(51)를 삽입한 후에, 뚜껑을 덮은 예이다. 덮개는 판 형상의 것에 한정하지 않고, 수지·섬유 등을 얇게 칠하여 덮개 대신으로 해도 된다.

혹은, 파내려 가는 방법으로서, 몰드 패키지를 작성할 때, 아일런드 상면부 에 나중에 연자성체를 삽입 가능하도록, 처음부터 몰드 금형에 오목면을 형성하여 놓는다.

제1 자성체(50) 및 제2 자성체(51)로서 판 형상 자성체를 사용하는 경우에는, 센서 조립이 간단하다. 즉, 일부러 절곡하여 삽입하는 공정이 불필요해지므로, 평판이 공작상 우위이다.

도 16은 제2 자성체(51)를 처음부터 내장한 전류 센서 제조 방법을 나타낸다. 본 도면은 전류 센서 성형기의 단면을 도시하고 있다. 몰드 금형은 성형기에 대응하고 있다. 몰드 금형 바닥부에는, 예를 들면 도시한 바와 같은 돌기부(91A, 91B)를 마련하고, 제2 자성체(51)를 몰드 금형 바닥부에 넣고, 돌기부(91A, 91B)에서 금형 저면으로부터 뜨게 한다.

또, 돌기부(91A, 91B)는 반드시 도 16과 같은 형상에 한정되지 않는다. 예를 들면, (91A, 91B) 대신에, 가로로 신장된 막대형의 형상이어도 된다.

전류 도체(22C)에는 자속 수속판(28A, 28B)을 포함하는 자기 센서 칩이 다이본딩 완료되어 있다. 또한, 제1 자성체(50)도 전류 도체(22C)에 고착되어 있다. 리드 프레임(24A∼24D)과 전류 도체(22A∼22C)는 일체적으로 형성되어 있기 때문에(도 4A 참조), 리드 프레임과 전류 도체마다 상하 반대로 하여 몰드 금형 상에 배치되어 있다. 자기 센서 칩과 측정 단자의 사이는 와이어 본딩되어 있다. 도 16에서는, 지지봉(tie bar)이 들어가는 홈 구멍이 그려져 있지만, 지지봉의 위치에 오는 리드 프레임은 생략되어 있다.

도 16에 도시된 상태에서 몰드 수지를 몰드 금형에 유입시킨다. 경화 후, 몰드 금형으로부터 추출된 몰드 패키지에는, 상면(혹은 옆면)으로, 제2 자성체판(51)을 몰드 금형 내에 지지했을 때의 구멍이 개방되게 된다. 그래서, 필요에 따라 도장·수지·섬유·접착제·덮개 등으로 이 구멍을 막는다.

이상에 의해, 몰드 패키지 내에, 전류 도체와 자속 수속판을 포함하는 자기 센서 칩을 끼우도록 배치된, 2개의 자성체(50, 51)를 갖는 전류 센서의 양산이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소형이면서 고감도이고, 집적 회로를 제조할 때에 통상 사용되는 표준 조립 라인에서 패키지화할 수 있는, 개량 생산에 적합한 저비용의 전류 센서 및 그 제조 방법을 실현할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 아일런드부 이면(裏面)에 제1 자성체를 부가함으로써, 양산성을 희생시키는 일없이, 외래 자속에 의한 영향을 유효하게 저감하면서, 또한 감도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 제2 자성체의 추가에 의해 자속의 검출 감도를 떨어뜨리는 일없이, 외란(外亂) 자속에 대한 충분한 실드 효과를 얻을 수 있다.

Claims

피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 자기 검출 소자를 설치한 전류 센서로서,

상기 자기 검출 소자가 접속되는 리드 프레임과 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체가 한 장의 평판 형상 금속 재료로 형성되어 있으며,

상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 센서 칩 기판이 설치되고, 상기 센서 칩 기판에 상기 자기 검출 소자가 설치되어 있으며, 상기 피 측정 전류에 의해 발생하는 자속(磁束)을 수속(收束)시키는 자속 수속판이 상기 센서 칩 기판에 설치된 상기 자기 검출 소자 상에 설치되어 있으며,

상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분, 상기 리드 프레임, 상기 센서 칩 기판, 및 상기 자속 수속판이 일체적으로 밀봉되어, 단일의 패키지로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제1항에 있어서,

상기 자속 수속판은, 소정 폭의 간극을 갖는 한 쌍의 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제1항에 있어서,

상기 자기 검출 소자가 배치되어 있지 않은 상기 금속 도체 부분의 이면(裏面)에, 제1 자성체를 더 형성한 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제3항에 있어서,

상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 상기 금속 도체 부분의 상측에, 제2 자성체를 더 형성한 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제4항에 있어서,

상기 피 측정 전류에 의해 형성되는 자속의 방향에 따른, 상기 자속 수속판의 전체 길이를 α로 하고, 또한

상기 자기 검출 소자에 있어서의 자기 검출면과, 상기 제2 자성체 사이의 거리를 X로 했을 때,

0.1α≤X≤3.6α의 관계를 만족시키도록, 상기 제2 자성체의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기 검출 소자가 재치(載置)되어 있는 상기 금속 도체의 폭을 좁힘으로써, 상기 자기 검출 소자의 검출 감도를 실질적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에 자기 검출 소자를 설치한 전류 센서의 제조 방법으로서,

상기 자기 검출 소자를 센서 칩 기판에 형성하고, 상기 피 측정 전류에 의해 발생하는 자속을 수속시키는 자속 수속판을 상기 센서 칩 기판에 설치된 상기 자기 검출 소자 상에 형성하는 단계와,

상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분 상에, 상기 단계에서 형성된 상기 센서 칩 기판을 설치하는 단계와,

한 장의 평판 형상 재료로부터 에칭 처리 또는 프레스 처리에 의해서, 상기 자기 검출 소자가 접속되는 리드 프레임 및 상기 피 측정 전류가 흐르는 금속 도체 부분을 동시에 일체 형성하는 단계와,

상기 금속 도체 부분, 상기 리드 프레임, 상기 센서 칩 기판, 및 상기 자속 수속판을 일체적으로 밀봉하여 단일의 패키지로서 구성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 금속 도체의 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 측과는 반대 측에 제1 자성체를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 자기 검출 소자가 배치되어 있는 상기 금속 도체 부분의 상측에 제2 자성체를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 피 측정 전류에 의해 형성되는 자속의 방향에 따른, 상기 자속 수속판의 전체 길이를 α로 하고, 또한

상기 자기 검출 소자에 있어서의 자기 검출면과, 상기 제2 자성체 사이의 거리를 X로 했을 때,

0.1α≤X≤3.6α의 관계를 만족시키도록, 상기 제2 자성체의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제조 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자기 검출 소자가 재치되어 있는 상기 금속 도체의 폭을 좁힘으로써, 상기 자기 검출 소자의 검출 감도를 실질적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제조 방법.