WO2013008462A1 - 電流センサ用基板及び電流センサ - Google Patents

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鈴木 健治
秀人 今庄
大吾 高木
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旭化成エレクトロニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a current sensor substrate and a current sensor, and more particularly to a current sensor substrate and a current sensor provided with a primary conductor having a U-shaped current path.
  • a method of detecting a magnetic flux generated around the measurement current flowing is known.
  • a method of arranging a magnetoelectric conversion element in the vicinity of a primary conductor through which a measurement current flows is known.
  • FIG. 1 shows an example of a conventional current sensor.
  • a U-shaped current conductor portion 204a is formed in the conductive clip 204, and the Hall element 208 is disposed inside the U-shape. Since the magnetic flux density is high near the center of the U-shaped inner side, the measurement sensitivity is improved.
  • the current sensor shown in FIG. 1 requires manufacturing labor, such as requiring the conductive clip 204 to be separately provided and coupled to the lead terminals 202a to 202d, resulting in an increase in cost.
  • the present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to reduce manufacturing costs in a current sensor including a primary conductor having a U-shaped current path.
  • a second object is to provide a substrate for the current sensor.
  • a first aspect of the present invention includes a primary conductor having a U-shaped current path, a support portion for supporting a magnetoelectric conversion element, and a lead terminal connected to the support portion.
  • the lead terminal may be connected to the support portion through a step.
  • the support portion has a notch portion, and the current path is disposed in the notch portion in plan view. Good.
  • the primary conductor may have a stepped portion connected to the current path.
  • the fifth aspect of the present invention may further include a magnetic material arranged so as to overlap the U-shaped current path in plan view in any of the first to fourth aspects.
  • the sixth aspect of the present invention may further include a magnetic material arranged so as to sandwich the U-shaped current path in any one of the first to fifth aspects.
  • the current sensor substrate according to any one of the first to fourth aspects, and the current of the current sensor substrate disposed on the support portion of the current sensor substrate. It is good also as a current sensor provided with the IC chip which has the magnetoelectric conversion element which detects the magnetic flux which arises from the current which flows through a course.
  • the magnetoelectric conversion element may be arranged inside the U-shape of the U-shaped current path in plan view.
  • the current sensor substrate according to the fifth or sixth aspect and a current flowing through the current path of the current sensor substrate disposed on the support portion of the current sensor substrate are generated.
  • the magnetic material is formed on the surface of the IC chip opposite to the surface on which the U-shaped current path is disposed. It may be formed so as to cover a part or the whole.
  • the magnetic material may be formed on the support portion apart from the primary conductor.
  • the magnetic material may be composed of a magnetic plating or a magnetic chip.
  • the IC chip may protrude from the support portion in a side view.
  • the IC chip overlaps the current path in a plan view, and the magnetoelectric conversion element has the U-shaped current path in the plan view. It may be arranged inside the character shape.
  • the IC chip may be disposed with a predetermined distance from the U-shaped current path in a side view.
  • the primary conductor may not support the IC chip.
  • the support portion of the current sensor substrate has a notch, and the U-shaped current path of the current sensor substrate is Further, it may be disposed in the cutout portion in plan view and overlap with the IC chip.
  • the magnetoelectric conversion element may be a Hall element.
  • the IC chip is arranged at a position outside the U-shape of the current path and close to the current path. You may make it further provide a magnetoelectric conversion element.
  • the magnetoelectric conversion element may be a Hall IC or a magnetoresistive IC including a signal processing circuit.
  • the twenty-first aspect may further include an insulating member formed between a primary conductor of the current sensor substrate and the IC chip.
  • the insulating member may be an insulating tape.
  • a U-shaped current conductor includes a primary conductor having a U-shaped current path, a support portion for supporting a magnetoelectric conversion element, and a signal terminal side member having a lead terminal connected to the support portion.
  • FIG. 3 is a side view of the current sensor of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the current sensor according to the first embodiment. It is a figure which shows the deformation
  • FIG. 2 shows a current sensor according to the first embodiment.
  • the current sensor 200 includes a primary conductor 210 having a U-shaped current path 210A, a support portion 220A for supporting a magnetoelectric conversion element 230A such as a Hall element, and a signal terminal side member 220 having lead terminals 220B_1 and 220B_2 (hereinafter referred to as a “terminal”). , Simply abbreviated as “member 220”), and an IC chip 230 having a magnetoelectric conversion element 230A that is disposed on the support 220A and detects a magnetic flux generated from a current flowing through the current path 210A.
  • the primary conductor 210, the member 220, and the IC chip 230 are molded with a resin 240 to form the current sensor 200.
  • a portion excluding the IC chip 230 and the resin 240 is a current sensor substrate.
  • the lead terminal 220B_1 represents a lead terminal connected to the support part 220A
  • the lead terminal 220B_2 represents a lead terminal not connected to the support part 220A.
  • each lead terminal is simply referred to as the lead terminal 220B.
  • the current path 210A is arranged close to the support portion 220A so as not to overlap the support portion 220A in plan view. Further, as can be seen from the side view of FIG. 3A and the cross-sectional view of FIG. 3B, in a side view, the flat portion of the surface on the side of placing the IC chip 230 of the support portion 220A, and the surface of the current path 210A near the IC chip 230 The support portion 220A and the current path 210A are arranged so that the height of the flat portion is different.
  • the support portion 220A and the lead terminal 220B_1 are integrally formed of a metal material, not a separate member. That is, the support portion 220A and the lead terminal 220B_1 are physically integrated, and are physically and electrically connected.
  • the magnetoelectric conversion element 230A is arranged inside the U-shaped of the current path 210A in plan view. Further, the IC chip 230 protrudes from the support portion 220A in a side view and overlaps with the current path 210A in a plan view.
  • the member 220 has a stepped portion 220C between the support portion 220A and the lead terminal 220B.
  • a step 220C having a thickness of about 20 to 100 ⁇ m can be provided by forming the member 220, whereby a clearance is obtained between the current path 210A and the IC chip 230.
  • the clearance ensures a high withstand voltage between the primary conductor 210 and the IC chip 230, and enables the high withstand voltage to be maintained inside the package.
  • the conductive path 210A of the primary conductor 210 and the IC chip 230 come into contact with each other, and even if an insulating sheet is pasted on the back surface of the IC chip 230 in advance, the dielectric strength is low and the dielectric breakdown is likely to occur. End up.
  • an insulating sheet may be pasted on the primary conductor 210 in advance, the process becomes complicated, and the feasibility is low in a situation where manufacturing cost is required to be suppressed.
  • FIGS. 4A to 4C and FIGS. 5A to 5C a method of manufacturing the current sensor 200 according to the first embodiment will be described.
  • a lead frame on which a desired pattern is formed is produced from a single metal plate.
  • FIG. 4A shows a portion corresponding to one current sensor.
  • the step 220C is provided in the member 220 by forming by pressing or the like (FIG. 4B).
  • the IC chip 230 is die-bonded to the support portion 220B
  • the lead terminal 220A and the IC chip 230 are wire-bonded (FIG. 4C).
  • FIG. 5A is a plan view
  • FIG. 5B is a front view
  • FIG. 5C is a right side view.
  • the current sensor 200 has a smaller number of parts than the conventional one, and the manufacturing cost is reduced. In addition, a high withstand voltage between the primary conductor 210 and the IC chip 230 is achieved. Can be guaranteed.
  • FIG. 6A shows a modification of the current sensor 200 according to the first embodiment.
  • the current sensor 600 is the same as the current sensor 200 except for the IC chip 630.
  • the first magnetoelectric conversion element 630A is arranged inside the U-shape of the current path 210A in plan view
  • the second magnetoelectric conversion element 630B is It is designed to be disposed outside the U-shape of the current path 210A and in a position close to the current path 210A.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view along the line VII-VII in FIG. 6A.
  • the magnetic flux density at the position of the first magnetoelectric conversion element 630A generated by the current flowing through the primary conductor 210 is B1s
  • FIG. 6B shows an example in which three magnetoelectric conversion elements are used as another modification of the current sensor 200 according to the first embodiment.
  • the current sensor 700 is the same as the current sensor 200 except for the IC chip 730.
  • the first magnetoelectric conversion element 730A is disposed inside the U shape of the current path 210A in plan view, and the second magnetoelectric conversion element 730B and the second magnetoelectric conversion element 730B
  • the third magnetoelectric conversion element 730C is designed to be disposed outside the U-shaped ends of the current path 210A and in a position close to the current path 210A.
  • a current path having a C-shape, a V-shape, or a similar shape may be used for the current path 210A as one form of the U-shaped current path.
  • FIG. 8 shows a current sensor according to the second embodiment.
  • the current sensor 800 is different from the current sensor 200 of the first embodiment in that, instead of the IC chip 230 protruding from the support part 220A in a side view, the support part 820A of the member 220 has a notch part 820A ′, The current path 210A is arranged at the notch 820A ′ in plan view. Therefore, although the IC chip 230 does not protrude, the IC chip 230 and the current path 210A overlap in plan view.
  • 9A shows a side view and FIG. 9B shows a cross-sectional view.
  • the processing of the stamping mold of the lead frame is slightly complicated.
  • a degree of freedom is provided in the arrangement of the magnetoelectric conversion elements in the IC chip, and the magnetoelectric conversion elements can be arranged inside the IC chip. Therefore, it is possible to reduce the influence on the offset due to the stress. Further, since the bonding area between the support portion and the IC chip increases, the IC chip can be supported more stably.
  • the IC chip 230 may be an IC chip 630 having two magnetoelectric conversion elements or an IC chip 730 having three magnetoelectric conversion elements.
  • FIG. 10 shows a current sensor according to the third embodiment.
  • the current sensor 1000 is different from the current sensor 200 of the first embodiment in that the primary conductor 210 has a step portion 210C adjacent to the current path 210A, not the member 220.
  • the IC chip 230 protrudes from the support portion 220A in a side view and overlaps with the current path 210A in a plan view.
  • FIG. 11A shows a side view and FIG. 11B shows a cross-sectional view.
  • the IC chip 230 may be an IC chip 630 having two magnetoelectric conversion elements or an IC chip 730 having three magnetoelectric conversion elements.
  • FIG. 12 shows a configuration example of the current sensor according to the fourth embodiment.
  • this current sensor 500A similar to that shown in FIG. 2, for example, a primary conductor 210 having a U-shaped current path 210A and a conductor terminal 210B and a magnetoelectric conversion element 230A are supported.
  • a member 220 having a support portion 520A and a lead terminal 220B and an IC chip 230 having a magnetoelectric conversion element 230A are provided.
  • Primary conductor 210, member 220, and IC chip 230 are molded with resin 240A.
  • a magnetic material chip 540 made of a magnetic material is formed on the IC chip 230.
  • the support portion 520A is further configured to support a magnetic material chip 550 made of a magnetic material such as ferrite.
  • the support portion 520A includes, for example, two step portions 521A and 521B. The shape of the step portions 521A and 521B will be described with reference to FIG.
  • the magnetic material chips 540 and 550 are arranged so that the magnetic flux generated by the current flowing through the current path 210A of the primary conductor 210 is converged on the magnetic sensing part of the magnetoelectric conversion element 230A.
  • the current sensor 500A becomes a current sensor substrate by removing the IC chip 230 and the resin 240A from the above-described components of the current sensor 500A.
  • FIG. 13 is a side view of the current sensor 500A of FIG.
  • the step portion 521A of the support portion 520A is formed so that the center portion of the support portion 520A protrudes upward, and the tip portion of the support portion 520A is located below the primary conductor 210. It is formed to protrude.
  • tip 550 is formed in the lower part of this support part 520A.
  • the magnetic material chip 550 is formed on the support portion 520 ⁇ / b> A apart from the primary conductor 210.
  • the current sensor 500A With the configuration of the current sensor 500A, when a current flows through the current path of the primary conductor 210, the magnetic material chips 540 and 550 are formed. Therefore, the magnetic flux generated by the current is easily converged on the magnetic sensing part of the magnetoelectric transducer 230A. Become. Therefore, the current detection sensitivity of the current sensor 500A is improved.
  • the formation of the magnetic material chips 540 and 550 suppresses the intrusion of an external magnetic field into the current sensor 500A.
  • the present embodiment is a current sensor in which only one magnetic chip 540 is formed to improve the current detection sensitivity and to suppress the intrusion of an external magnetic field.
  • FIG. 14 shows a configuration example of the current sensor according to the fifth embodiment.
  • the current sensor 500B of the present embodiment includes a primary conductor 210 having a U-shaped current path 210A, a support portion 520B and a lead terminal 220B for supporting the magnetoelectric conversion element 230A, for example.
  • the IC chip 230 having the magnetoelectric conversion element 230A.
  • a magnetic material chip 540 made of a magnetic material is formed on the IC chip 230.
  • Primary conductor 210, member 220, and IC chip 230 are molded with resin 240A.
  • the support portion 520B of the present embodiment has, for example, only one step portion 521A.
  • the current sensor 500B becomes a current sensor substrate by removing the IC chip 230 and the resin 240A from the above-described components of the current sensor 500B.
  • FIG. 15 is a side view of the current sensor 500B of FIG. Similarly to the one shown in FIG. 13, in the current sensor 500B, the step portion 521A of the support portion 520B is formed so that the central portion of the support portion 520B protrudes upward. Similarly to the one shown in FIG. 13, the magnetic material chip 540 has an IC chip so that the magnetic flux generated by the current flowing through the current path 210A of the primary conductor 210 is converged on the magnetic sensitive part of the magnetoelectric conversion element 230A. 230.
  • the current sensor 500B With the configuration of the current sensor 500B, when a current flows through the current path of the primary conductor 210, the magnetic material chip 540 is formed, so that the magnetic flux generated by the current is easily converged on the magnetic sensing part of the magnetoelectric conversion element 230A. Therefore, the current detection sensitivity of the current sensor 500B is improved.
  • the formation of the magnetic material chip 540 suppresses the intrusion of an external magnetic field from the upper surface of the package to the current sensor 500B.
  • the present embodiment is a current sensor in which only one magnetic chip 550 is formed to improve the current detection sensitivity and to suppress the intrusion of an external magnetic field.
  • FIG. 16 shows a configuration example of a current sensor according to the sixth embodiment.
  • the current sensor 500C of this embodiment includes a primary conductor 210 having, for example, a U-shaped current path 210A, a support portion 520A and a lead terminal 220B for supporting the magnetoelectric conversion element 230A.
  • the IC chip 230 having the magnetoelectric conversion element 230A.
  • a magnetic material chip 540 made of a magnetic material is formed below the support portion 520A.
  • Primary conductor 210, member 220, and IC chip 230 are molded with resin 240A.
  • the current sensor 500C becomes a current sensor substrate by removing the IC chip 230 and the resin 240A from the above-described components of the current sensor 500C.
  • FIG. 17 is a side view of the current sensor 500C of FIG.
  • the step portion 521A of the support portion 520A is formed so that the center portion of the support portion 520A protrudes upward
  • the step portion 521B is formed of the support portion 520A.
  • the tip portion is formed so as to protrude below the primary conductor 210.
  • the magnetic material chip 550 has a support portion so that the magnetic flux generated by the current flowing through the current path 210A of the primary conductor 210 is converged on the magnetic sensitive portion of the magnetoelectric conversion element 230A. It is arranged at the bottom of 520A.
  • the magnetic resistance is lowered because the magnetic material chip 550 is formed, and the magnetic flux generated by the primary conductor current is increased. Therefore, the current detection sensitivity of the current sensor 500C is improved.
  • the formation of the magnetic material chip 550 suppresses the intrusion of an external magnetic field from the back surface of the package with respect to the current sensor 500C.
  • the primary conductor 210 having the U-shaped current path 210A has been described as an example.
  • the function of the current sensor can be realized as an example of another shape of the current path 210A.
  • other shapes may be used.
  • the case where the IC chip 230 having one magnetoelectric conversion element is applied has been described.
  • the IC chip for example, two or more magnetoelectric conversion elements are provided. May be.
  • the magnetic chips 540 and 550 made of a magnetic material are applied has been described.
  • the magnetic material for example, a magnetic plating formed on the IC surface or the like But you can.
  • the insulating member is an insulating tape made of a sheet material having an excellent pressure resistance, and it is preferable that one surface of the insulating tape is coated with an adhesive.
  • Each of the support portions 520A and 520B of the current sensors 500A, 500B, and 500C of each embodiment has a stepped portion, but the shape of the stepped portion may be changed as long as the height of the support portion can be changed. is there. Further, the number of the stepped portions may be three or more as long as the function of the current sensor can be realized.
  • the magnetoelectric conversion element of each embodiment may be a Hall IC or a magnetoresistive IC including a signal processing circuit.

Abstract

 U字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサにおいて、製造コストを低減すること。電流センサ(200)は、U字形の電流経路(210A)を有する一次導体(210)と、磁電変換素子(230A)を支持するための支持部(220A)と、支持部(210A)と接続するリード端子(220B)とを備え、電流経路(210A)は、平面視において支持部(220A)と重複せず、且つ、側面視において支持部(220A)と高さが異なるように形成されている。

Description

電流センサ用基板及び電流センサ
 本発明は、電流センサ用基板及び電流センサに関し、より詳細には、U字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサ用基板及び電流センサに関する。
 従来、導体に流れる電流を測定する電流センサとして、測定電流が流れることにより周囲に生じる磁束を検出する方法が知られている。例えば、測定電流が流れる一次導体近傍に磁電変換素子を配置する方法がある。
 図1(特許文献1の図7に対応)に、従来の電流センサの一例を示す。導電性クリップ204にU字形の電流導体部204aを形成し、ホール素子208を当該U字形の内側に配置している。U字形内側の中心付近は磁束密度が高くなるので測定感度が向上する。
国際公開第2006/130393号パンフレット
 しかしながら、図1記載の電流センサは、導電性クリップ204を別個に設けてリード端子202a~202dに結合することを要する等、製造上の手間がかかり、コストの増加を招く。
 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、U字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサにおいて、製造コストを低減することにある。また、第2の目的は、当該電流センサ用の基板を提供することにある。
 このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、U字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための支持部と、前記支持部と接続するリード端子を有する信号端子側部材と、を備え、前記電流経路は、平面視において前記支持部と重複せず、且つ、側面視において前記支持部と高さが異なることを特徴とする電流センサ用基板である。
 また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記リード端子は、前記支持部と段差を介して接続するようにしてもよい。
 また、本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様において、前記支持部が切欠部を有し、前記電流経路は、平面視において前記切欠部に配置されているようにしてもよい。
 また、本発明の第4の態様は、第1から第3の態様において、前記一次導体が前記電流経路に接続する段差部を有するようにしてもよい。
 本発明の第5の態様は、第1から第4のいずれかの態様において、平面視において前記U字形の電流経路と重なるように配置される磁性体材料を更に有するようにしてもよい。
 本発明の第6の態様は、第1から第5のいずれかの態様において、前記U字形の電流経路を挟むように配置される磁性体材料を更に有するようにしてもよい。
 また、本発明の第7の態様は、第1から第4の態様のいずれかの電流センサ用基板と、前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するICチップとを備える電流センサとしてもよい。
 また、本発明の第8の態様は、第7の態様において、前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されているようにしてもよい。
 本発明の第9の態様は、第5又は6の態様の電流センサ用基板と、前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するICチップとを備え、前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されていることを特徴とする電流センサとしてもよい。
 本発明の第10の態様は、第9の態様において、前記磁性材料は前記ICチップの前記U字形の電流経路が配置されている側の面とは反対の面側に、前記磁電変換素子の一部もしくは全体を覆うように形成されているようにしてもよい。
 本発明の第11の態様は、第9又は10の態様において、前記磁性材料は、前記一次導体から離れて前記支持部上に形成されているようにしてもよい。
 本発明の第12の態様は、第9から11のいずれかの態様において、前記磁性材料は、磁性体メッキまたは磁性体チップで構成されているようにしてもよい。
 本発明の第13の態様は、第7から12のいずれかの態様において、前記ICチップは、側面視において前記支持部から突出しているようにしてもよい。
 本発明の第14の態様は、第13の態様において、前記ICチップは、平面視において前記電流経路と重複しており、前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されているようにしてもよい。
 本発明の第15の態様は、第13又は14の態様において、前記ICチップは、側面視において前記U字形の電流経路と所定の間隔をもって配置されているよにしてもよい。
 本発明の第16の態様は、第13から15のいずれかの態様において、前記一次導体は前記ICチップを支持していないようにしてもよい。
 本発明の第17の態様は、第7から12のいずれかの態様において、前記電流センサ用基板の前記支持部は、切欠部を有し、前記電流センサ用基板の前記U字形の電流経路は、平面視において前記切欠部に配置されており、かつ、前記ICチップと重複するようにしてもよい。
 本発明の第18の態様は、第7から17のいずれかの態様において、前記磁電変換素子は、ホール素子であるようにしてもよい。
 本発明の第19の態様は、第7から18のいずれかの態様において、前記ICチップは、前記電流経路のU字形の外側であって前記電流経路に近接する位置に配置された第2の磁電変換素子をさらに備えるようにしてもよい。
 本発明の第20の態様は、第7から19のいずれかの態様において、前記磁電変換素子は、信号処理回路を含むホールICまたは磁気抵抗ICであるようにしてもよい。
 本発明の第21の態様は、第7から20のいずれかの態様において、前記電流センサ用基板の一次導体と前記ICチップとの間に形成される絶縁部材をさらに有するようにしてもよい。
 本発明の第22の態様は、第21の態様において、前記絶縁部材は、絶縁テープであるようにしてもよい。
 本発明によれば、U字形の電流経路を有する一次導体と、磁電変換素子を支持するための支持部と、支持部と接続するリード端子を有する信号端子側部材とを備え、U字形の電流経路を、平面視において支持部と重複せず、且つ、側面視において支持部と高さが異なるように設計することにより、電流センサ用基板及び電流センサの構成を、部品点数を抑えた簡便なものとし、製造コストを低減することができる。
従来の電流センサを示す図である。 第1の実施形態に係る電流センサを示す図である。 図2の電流センサの側面図である。 図2のIIIB-IIIB線に沿った断面図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。 実施形態1に係る電流センサの変形形態を示す図である。 実施形態1に係る電流センサの変形形態を示す図である。 図6AのVII-VII線に沿った断面図を示す図である。 第2の実施形態に係る電流センサを示す図である。 図8の電流センサの側面図である。 図8の電流センサの断面図である。 第3の実施形態に係る電流センサを示す図である。 図10の電流センサの側面図である。 図10の電流センサの断面図である。 第4の実施形態に係る電流センサの一例を示す図である。 図12の電流センサの側面図である。 第5の実施形態に係る電流センサの一例を示す図である。 図14の電流センサの側面図である。 第5の実施形態に係る電流センサの一例を示す図である。 図16の電流センサの側面図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
 (第1の実施形態)
 図2に、第1の実施形態に係る電流センサを示す。電流センサ200は、U字形の電流経路210Aを有する一次導体210と、ホール素子等の磁電変換素子230Aを支持するための支持部220A、及びリード端子220B_1,220B_2を有する信号端子側部材220(以下、単に「部材220」と略記する。)と、支持部220Aに配置された、電流経路210Aを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子230Aを有するICチップ230とを備える。一次導体210、部材220、及びICチップ230を樹脂240でモールドして、電流センサ200が形成される。ICチップ230及び樹脂240を除いた部分が電流センサ用基板である。
 リード端子220B_1は支持部220Aに接続されているリード端子を表し、リード端子220B_2は支持部220Aに接続されていないリード端子を表してある。なお、リード端子220B_1,220B_2に共通の説明では各リード端子が単にリード端子220Bとして参照される。
 電流経路210Aは、平面視において支持部220Aと重複しないように、支持部220Aに近接して配置されている。また、図3Aの側面図及び図3Bの断面図から分かるように、側面視において支持部220AのICチップ230を載せる側の面の平坦部分と、電流経路210AのICチップ230に近い側の面の平坦部分との高さが異なるように支持部220Aと電流経路210Aが配置されている。
 支持部220Aとリード端子220B_1とは、別個の部材ではなく、金属材で一体形成されている。すなわち、支持部220Aとリード端子220B_1とは物理的に一体となっており、物理的にも電気的にも接続されている。
 上述したように、U字形内側の中心付近は磁束密度が高くなり電流検出感度が向上するため、磁電変換素子230Aは、平面視において、電流経路210AのU字形の内側に配置されている。また、ICチップ230は、側面視において支持部220Aから突出しており、平面視において電流経路210Aと重複する。
 本実施形態に係る電流センサ200においては、部材220が、支持部220Aとリード端子220Bとの間に段差部220Cを有する。例えば部材220のフォーミングにより、20~100μm程度の段差部220Cを設けることができ、これにより、電流経路210AとICチップ230との間にクリアランスが得られる。当該クリアランスは、一次導体210とICチップ230との間の高い絶縁耐圧を保証し、パッケージ内部における高い絶縁耐圧の維持を可能にする。段差部220Cが存在しないと、一次導体210の導電経路210AとICチップ230が接触することになり、ICチップ230の裏面に予め絶縁シートを貼ったとしても絶縁耐圧が低く、絶縁破壊し易くなってしまう。また、予め一次導体210に絶縁シートを貼ることも考えられるが、工程の複雑化を招き、製造コストの抑制が求められる状況において実現性が低い。
 ここで、図4A~4C及び図5A~5Cを参照して、実施形態1に係る電流センサ200の製造方法を説明する。まず、一枚の金属板から、所望のパターンが形成されたリードフレームを作製する。図4Aは、一個の電流センサに対応する一部分を示している。次いで、プレス加工等でフォーミングを施すことにより、部材220に段差部220Cを設ける(図4B)。そして、支持部220BにICチップ230をダイボンディングした後、リード端子220AとICチップ230をワイヤボンディングする(図4C)。最後に、一次導体210、部材220、及びICチップ230を樹脂240でモールドし、リードカットを行い、フォーミングにより一次導体端子210B及びリード端子(信号端子)220Bを形成する。図5Aは平面図、図5Bは正面図、図5Cは右側面図である。
 このように、第1の実施形態に係る電流センサ200は、従来よりも部品点数が抑えられ、製造コストが低減することに加えて、一次導体210とICチップ230との間の高い絶縁耐圧を保証することができる。
 図6Aに、第1の実施形態に係る電流センサ200の変形形態を示す。電流センサ600は、ICチップ630を除いて電流センサ200と同一である。ICチップ630は、支持部220Aに配置した際に、第1の磁電変換素子630Aが、平面視において、電流経路210AのU字形の内側に配置されるとともに、第2の磁電変換素子630Bが、電流経路210AのU字形の外側であって、電流経路210Aに近接する位置に配置されるように設計されている。図7に、図6AのVII-VII線に沿った断面図を示す。1次導体210に電流が流れることにより発生する第1の磁電変換素子630Aの位置の磁束密度をB1s、第2の磁電変換素子630Bの位置の磁束密度をB2sとする。外来磁気ノイズにより発生する磁束密度をそれぞれB1n、B2nとすると、第1の磁電変換素子630A、第2の磁電変換素子630Bの出力Vo1、Vo2は、
     Vo1=k1×(B1s+B1n)+Vu1
     Vo2=k2×(-B2s+B2n)+Vu2
となる。但し、k1、k2は各々の感度係数、Vu1、Vu2は各々のオフセット値である。
 ここで、双方の磁電変換素子の特性にばらつきが極めて小さく、k1=k2=k、Vu1=Vu2が成り立つとし、双方の磁電変換素子の距離が近いのでB1n=B2nと近似すると、
     Vo=Vo1-Vo2=k×(B1s+B2s)
となり、外来磁場によるノイズが消えるとともに、U字形内側の第1の磁電変換素子630Aのみの場合よりも大きな信号が得られるので、感度向上につながる。
 また、図6Bに第1の実施形態に係る電流センサ200のもう一つの変形形態として磁電変換素子を3つ用いた例を示す。電流センサ700は、ICチップ730を除いて電流センサ200と同一である。ICチップ730は、支持部220Aに配置された際に、第1の磁電変換素子730Aが平面視において、電流経路210AのU字形の内側に配置されるとともに、第2の磁電変換素子730B及び第3の磁電変換素子730Cが、電流経路210AのU字形の両端の外側であって、電流経路210Aに近接する位置に配置されるように設計されている。1次導体210に電流が流れることにより発生する第3の磁電変換素子730Cの位置の磁束密度をB3sとし、外来磁気ノイズにより第3の磁電変換素子730Cの位置で発生する磁束密度をB3nとすると、
  Vo=Vo1-(Vo2+Vo3)/2=k×(B1s+(B2s+B3s)/2)
となり、2つの場合と同様に外来磁場によるノイズが消え感度も向上するとともに、1次導体210とICチップ730の位置関係が3つの磁電変換素子の配置方向にズレが生じた場合でも、出力Voの変動レベルを極力抑えることができるようになる。
 また、電流経路210AにはU字形電流経路の一形態として、例えば、C字形、V字形、またはこれらに類似する形状の電流経路を使用しても良い。
 (第2の実施形態)
 図8に、第2の実施形態に係る電流センサを示す。電流センサ800が第1の実施形態の電流センサ200と異なるのは、ICチップ230が側面視において支持部220Aから突出する代わりに、部材220の支持部820Aが、切欠部820A’を有し、電流経路210Aが、平面視において切欠部820A’に配置されている点である。したがって、ICチップ230は突出しないものの、平面視において、ICチップ230と電流経路210Aは重複する。図9Aに側面図、図9Bに断面図を示す。第1の実施形態と比較して側面視において高さの異なる電流経路210Aが、平面視において切欠部820A’に配置されているためにリードフレームのスタンピング金型の加工が若干複雑になるが、ICチップ内の磁電変換素子の配置に自由度が生まれ、ICチップのより内側に配置できるようになるため、応力起因によるオフセットへの影響を低減することができる。また支持部とICチップとの接着面積が増えるためICチップをより安定に支持することが可能となる。
 なお、第1の実施形態と同様に、ICチップ230を、磁電変換素子を2つ有するICチップ630や磁電変換素子を3つ有するICチップ730とすることもできる。
 (第3の実施形態)
 図10に、第3の実施形態に係る電流センサを示す。電流センサ1000が第1の実施形態の電流センサ200と異なるのは、部材220ではなく、一次導体210が段差部210Cを電流経路210Aに隣接する位置に有する点である。ICチップ230は、側面視において支持部220Aから突出しており、平面視において電流経路210Aと重複する。図11Aに側面図、図11Bに断面図を示す。
 なお、第1の実施形態と同様に、ICチップ230を、磁電変換素子を2つ有するICチップ630や磁電変換素子を3つ有するICチップ730としてもよい。
 (第4の実施形態)
 次に、電流センサの一実施形態として、電流検出感度を向上させつつ、外部磁場の侵入の抑制をも可能とするようにした電流センサについて図12および図13を参照して説明する。本実施形態の電流センサは、全体の構成は図2に示した第1の実施形態のものとほぼ同様であるが、磁性材料を有する構成が第1の実施形態のものと異なる。
 以下では、本実施形態における電流センサの構成について、第1の実施形態のものとの差異を中心に説明する。
 図12に、第4の実施形態に係る電流センサの構成例を示す。図12に示すように、この電流センサ500Aでは、図2に示したものと同様に、例えばU字形の電流経路210Aおよび導体端子210Bを有する一次導体210と、磁電変換素子230Aを支持するための支持部520A及びリード端子220Bを有する部材220と、磁電変換素子230Aを有するICチップ230とを備える。一次導体210、部材220、及びICチップ230は、樹脂240Aでモールドされている。
 一方、図2に示したものと異なり、この実施形態では、ICチップ230の上には、磁性材料からなる磁性材チップ540が形成されている。また、図2に示したものと異なり、支持部520Aはさらに、フェライトなどの磁性材料からなる磁性材チップ550を支持するように構成されている。この実施形態では、支持部520Aは、例えば2つの段差部521A,521Bを有する。段差部521A,521Bの形状は、後述する図13で説明する。
 磁性材チップ540,550は、一次導体210の電流経路210Aを流れる電流により生じる磁束が、磁電変換素子230Aの感磁部に収束されるように配置される。
 なお、電流センサ500Aの上記各構成要素から、ICチップ230及び樹脂240Aを除くことで、電流センサ500Aが、電流センサ用基板になる。
 図13は、図12の電流センサ500Aの側面図である。この電流センサ500Aでは、支持部520Aの段差部521Aは、支持部520Aの中央部が上方に突出するように形成され、段差部521Bは、支持部520Aの先端部が一次導体210よりも下方に突出するように形成されている。
 そして、この支持部520Aの下部において、磁性材チップ550が形成されている。換言すれば、磁性材チップ550は、一次導体210から離れて支持部520Aに形成されている。
 上記電流センサ500Aの構成によって、一次導体210の電流経路に電流が流れると、磁性材チップ540,550が形成されているため、電流によって生じる磁束が磁電変換素子230Aの感磁部に収束されやすくなる。したがって、電流センサ500Aの電流検出感度が向上する。
 また、磁性材チップ540,550の形成によって、電流センサ500Aに対して外部磁場の侵入を抑制することになる。
 (第5の実施形態)
 次に、第5の実施形態について図14および図15を参照して説明する。
 図12および図13に示した第4の実施形態では、2つの磁性材チップ540,550が形成されている。本実施形態は、1つの磁性体チップ540のみを形成することにより、電流検出感度を向上させつつ、外部磁場の侵入の抑制をも可能とするようにした電流センサである。
 図14に、第5の実施形態に係る電流センサの構成例を示す。図12に示したものと同様に、本実施形態の電流センサ500Bは、例えばU字形の電流経路210Aを有する一次導体210と、磁電変換素子230Aを支持するための支持部520B及びリード端子220Bを有する部材220と、磁電変換素子230Aを有するICチップ230とを備える。また、図12に示したものと同様に、ICチップ230の上には、磁性材料からなる磁性材チップ540が形成されている。一次導体210、部材220、及びICチップ230は、樹脂240Aでモールドされている。
 一方、図12に示したものと異なり、本実施形態の支持部520Bは、例えば1つの段差部521Aのみを有する。
 なお、電流センサ500Bの上記各構成要素から、ICチップ230及び樹脂240Aを除くことで、電流センサ500Bが、電流センサ用基板になる。
 図15は、図14の電流センサ500Bの側面図である。図13に示したものと同様に、この電流センサ500Bでは、支持部520Bの段差部521Aは、支持部520Bの中央部が上方に突出するように形成されている。また、図13に示したものと同様に、磁性材チップ540は、一次導体210の電流経路210Aを流れる電流により生じる磁束が、磁電変換素子230Aの感磁部に収束されるように、ICチップ230上に配置されている。
 上記電流センサ500Bの構成によって、一次導体210の電流経路に電流が流れると、磁性材チップ540が形成されているため、電流によって生じる磁束が磁電変換素子230Aの感磁部に収束されやすくなる。したがって、電流センサ500Bの電流検出感度が向上する。
 また、磁性材チップ540の形成によって、電流センサ500Bに対してパッケージ上面からの外部磁場の侵入を抑制することになる。
 (第6の実施形態)
 次に、第6の実施形態について図16および図17を参照して説明する。
 図12および図13に示した第4の実施形態では、2つの磁性材チップ540,550が形成されている。本実施形態は、1つの磁性体チップ550のみを形成することにより、電流検出感度を向上させつつ、外部磁場の侵入の抑制をも可能とするようにした電流センサである。
 図16に、第6の実施形態に係る電流センサの構成例を示す。図12に示したものと同様に、本実施形態の電流センサ500Cは、例えばU字形の電流経路210Aを有する一次導体210と、磁電変換素子230Aを支持するための支持部520A及びリード端子220Bを有する部材220と、磁電変換素子230Aを有するICチップ230とを備える。また、図12に示したものと同様に、支持部520Aの下部には、磁性材料からなる磁性材チップ540が形成されている。一次導体210、部材220、及びICチップ230は、樹脂240Aでモールドされている。
 なお、電流センサ500Cの上記各構成要素から、ICチップ230及び樹脂240Aを除くことで、電流センサ500Cが、電流センサ用基板になる。
 図17は、図16の電流センサ500Cの側面図である。図13に示したものと同様に、この電流センサ500Cでは、支持部520Aの段差部521Aは、支持部520Aの中央部が上方に突出するように形成され、段差部521Bは、支持部520Aの先端部が一次導体210よりも下方に突出するように形成されている。また、図13に示したものと同様に、磁性材チップ550は、一次導体210の電流経路210Aを流れる電流により生じる磁束が、磁電変換素子230Aの感磁部に収束されるように、支持部520Aの下部に配置されている。
 上記電流センサ500Cの構成によって、一次導体210の電流経路に電流が流れると、磁性材チップ550が形成されているため磁気抵抗が下がり、1次導体電流によって生じる磁束が増える。そのため、電流センサ500Cの電流検出感度が向上する。
 また、磁性材チップ550の形成によって、電流センサ500Cに対して、パッケージ裏面からの外部磁場の侵入を抑制することになる。
 (変形例)
 上述した各実施形態にかかる電流センサは例示に過ぎず、以下に示すような変更を行うことが可能である。
 各実施形態の電流センサ500A,500B,500Cでは、例えばU字形の電流経路210Aを有する一次導体210を例にとって説明したが、電流経路210Aの他の形状の例として、電流センサの機能を実現可能であればよく、例えば、他の形状などを有するようにしてもよい。
 各実施形態の電流センサ500A,500B,500Cでは、1つの磁電変換素子を有するICチップ230を適用した場合について説明したが、ICチップの例として、例えば2つ以上の磁電変換素子を有するようにしてもよい。この場合には、各磁電変換素子の感磁部に磁束が収束されるように、磁性材料を配置することが好ましい。
 各実施形態の電流センサ500A,500B,500Cでは、磁性材料からなる磁性体チップ540,550を適用した場合について説明したが、磁性材料の構成例として、例えばIC表面等に形成する磁性体メッキなどでもよい。
 各実施形態の電流センサ500A,500B,500Cでは、一次導体210とICチップ230との間に、一次導体210を覆うように絶縁部材を形成することが好ましい。例えば絶縁部材は、耐圧に優れたシート材からなる絶縁テープであり、その絶縁テープの片面には接着剤が塗布されているものが好ましい。
 各実施形態の電流センサ500A,500B,500Cの各支持部520A,520Bは、段差部を有するが、段差部の形状は、支持部の高さを変えることが可能であればよく、変更可能である。また、段差部の個数は、電流センサの機能を実現可能であればよく、3つ以上でもよい。
 各実施形態の磁電変換素子は、信号処理回路を含むホールICまたは磁気抵抗ICであってもよい。
 200 電流センサ
 210 一次導体
 210A 電流経路
 210B 一次導体端子
 210C 段差部
 220 信号端子側部材
 220A 支持部
 220B,220B_1,220B_2 リード端子
 220C 段差部
 230 ICチップ
 230A 磁電変換素子
 500A,500B,500C 電流センサ
 520A,520B 段差部
 630 ICチップ
 630A 第1の磁電変換素子
 630B 第2の磁電変換素子
 800 電流センサ
 820A 支持部
 820A’ 切欠部
 1000 電流センサ

Claims (22)

  1.  U字形の電流経路を有する一次導体と、
     磁電変換素子を支持するための支持部と、
     前記支持部と接続するリード端子と、
    を備え、
     前記U字形の電流経路は、平面視において前記支持部と重複せず、且つ、
    側面視において前記支持部と高さが異なるように形成されていることを特徴とする電流センサ用基板。
  2.  前記リード端子は、前記支持部と段差を介して接続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用基板。
  3.  前記支持部は、切欠部を有し、
     前記U字形の電流経路は、平面視において前記切欠部に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電流センサ用基板。
  4.  前記一次導体は、前記U字形の電流経路に接続する段差部を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電流センサ用基板。
  5.  平面視において前記U字形の電流経路と重なるように配置される磁性体材料を更に有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電流センサ用基板。
  6.  前記U字形の電流経路を挟むように配置される磁性体材料を更に有することを特徴とする請求項5に記載の電流センサ用基板。
  7.  請求項1から4のいずれかに記載の電流センサ用基板と、
     前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記U字形の電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するICチップと
    を備える電流センサ。
  8.  前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の電流センサ。
  9.  請求項5又は6に記載の電流センサ用基板と、
    前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路
    を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するICチップと
    を備え、
     前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されていることを特徴とする電流センサ。
  10.  前記磁性材料は前記ICチップの前記U字形の電流経路が配置されている側の面とは反対の面側に、前記磁電変換素子の一部もしくは全体を覆うように形成されていることを特徴とする請求項9に記載の電流センサ。
  11.  前記磁性材料は、前記一次導体から離れて前記支持部上に形成されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の電流センサ。
  12.  前記磁性材料は、磁性体メッキまたは磁性体チップで構成されていることを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載の電流センサ。
  13.  前記ICチップは、側面視において前記支持部から突出していることを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の電流センサ。
  14.  前記ICチップは、平面視において前記電流経路と重複しており、前記磁電変換素子は、平面視において前記U字形の電流経路の前記U字形の内側に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の電流センサ。
  15.  前記ICチップは、側面視において前記U字形の電流経路と所定の間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項13又は14に記載の電流センサ。
  16.  前記一次導体は前記ICチップを支持していないことを特徴とする請求項13から15のいずれかに記載の電流センサ。
  17.  前記電流センサ用基板の前記支持部は、切欠部を有し、
     前記電流センサ用基板の前記U字形の電流経路は、平面視において前記切欠部に配置されており、かつ、前記ICチップと重複することを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の電流センサ。
  18.  前記磁電変換素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項7から17のいずれかに記載の電流センサ。
  19.  前記ICチップは、前記電流経路のU字形の外側であって前記電流経路に近接する位置に配置された第2の磁電変換素子をさらに備えることを特徴とする請求項7から18のいずれかに記載の電流センサ。
  20.  前記磁電変換素子は、信号処理回路を含むホールICまたは磁気抵抗ICであることを特徴とする請求項7から19のいずれかに記載の電流センサ。
  21.  前記電流センサ用基板の一次導体と前記ICチップとの間に形成される絶縁部材をさらに有することを特徴とする請求項7から20のいずれかに記載の電流センサ。
  22.  前記絶縁部材は、絶縁テープであることを特徴とする請求項21に記載の電流センサ。
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