WO2015015539A1 - 電流センサ - Google Patents

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WO2015015539A1
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current sensor
conversion element
magnetoelectric conversion
insulating member
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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 having a magnetoelectric conversion element.
  • a current sensor has, for example, a magnetoelectric conversion element and outputs a signal having a magnitude proportional to a magnetic field generated by a current flowing through a conductor.
  • Patent Document 1 discloses a current sensor that includes a substrate, a magnetic field transducer provided on the substrate, that is, a magnetoelectric conversion element, and a current conductor, and the magnetoelectric conversion element detects a current flowing through the current conductor. .
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a current sensor having excellent insulation resistance.
  • a current sensor for solving the above problems includes a conductor having a gap, a support for supporting a signal processing IC having a gap for electrically insulating the conductor in plan view, and the signal processing.
  • a magnetoelectric conversion element configured to be electrically connectable to an IC, and disposed in the gap of the conductor so as to detect a magnetic field generated from a current flowing in the conductor; and an insulating member supporting the magnetoelectric conversion element; Is provided.
  • the current sensor may further include a signal terminal portion having a lead terminal, and the support portion may be configured to be electrically connectable to the signal terminal portion.
  • the conductor may be arranged so as not to contact the insulating member.
  • the conductor may have a step, and the conductor may be arranged so that the conductor does not contact the insulating member due to the step.
  • the space between the conductor and the insulating member may be filled with resin.
  • a current sensor having excellent insulation resistance can be provided.
  • the current sensor 1 is a sensor that includes a magnetoelectric conversion element such as a Hall element and detects a current based on a magnetic flux density generated by the current.
  • FIG. 1 is a top view showing a configuration example of the current sensor 1 according to the first embodiment.
  • the current sensor 1 includes, for example, a conductor 10 having 12 lead terminals 12 a and 12 b for flowing a current to be measured, a signal processing IC 20, and a support unit for supporting the signal processing IC 20. 30 and, for example, a signal terminal portion 42 having 12 lead terminals 41.
  • the number of lead terminals 12a, 12b, 41 is not limited to the example shown in FIG. 1, and can be changed.
  • the conductor 10 has a current path 11 through which a current I flows from the lead terminal 12a side to the lead terminal 12b side.
  • a gap 10 a is formed between the lead terminals 12 a and 12 b so as to follow the shape of the current path 11.
  • the current path 11 has a U-shape, for example.
  • the current path 11 is not limited to the shape shown in FIG. If it is.
  • a V shape, a C shape, or the like can be applied.
  • the shape according to U shape, V shape, and C shape shall also be contained in U shape, V shape, and C shape.
  • a magnetoelectric conversion element 13 is disposed in the gap 10 a of the conductor 10.
  • the magnetoelectric conversion element 13 include a Hall element, a magnetoresistive element, a Hall IC, and a magnetoresistive IC.
  • the conductor 10, the signal terminal portion 42, the signal processing IC 20, and the magnetoelectric conversion element 13 are sealed with a resin 80 and formed as the same package as shown in FIG.
  • the resin 80 is a mold resin such as an epoxy resin.
  • the current sensor 1 when the current I flows through the conductor 10, a magnetic field corresponding to the amount of current flowing in the U shape formed in the current path 11 and the current direction is generated.
  • the magnetoelectric conversion element 13 since the magnetoelectric conversion element 13 is disposed in the gap 10a adjacent to the U-shaped current path 11, the magnetic flux density generated by the above-described current is detected, and an electric signal corresponding to the magnetic flux density is signaled. This is output to the processing IC 20.
  • the magnetoelectric conversion element 13 in the gap 10a is disposed away from the conductor 10 by the gap 10a, and is not in contact with the conductor 10 at all times. Thereby, the conductor 10 and the magnetoelectric conversion element 13 are not electrically connected, and a gap (clearance) for maintaining insulation is secured.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is supported by an insulating member 14 (shown by a broken line in FIG. 1).
  • an insulating tape made of a polyimide material having a high withstand voltage is used.
  • the insulating member 14 is not limited to a polyimide tape, and for example, an insulating sheet in which an adhesive is applied to a polyimide material or a ceramic material can also be applied.
  • a step 101 (indicated by hatching in FIG. 1) formed by coining is formed, and the conductor 10 is disposed away from the insulating member 14 by the step 101. This point will be described in detail later.
  • the conductor 10 and the signal processing IC 20 are arranged so as not to overlap each other, and a gap is provided between the conductor 10 and the signal processing IC 20 for electrical insulation. . Further, a gap is provided between the conductor 10 and the support portion 30 for electrical insulation.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is electrically connected to the signal processing IC 20 via a wire (metal wire) 60, and the signal processing IC 20 is electrically connected to the signal terminal unit 42 via a wire (metal wire) 50. .
  • the signal processing IC 20 is configured by, for example, an LSI (Large Scale Integration), and in this embodiment, includes a memory, a processor, a bias circuit, a correction circuit, an amplification circuit, and the like.
  • LSI Large Scale Integration
  • the circuit configuration of the signal processing IC 20 will be described in detail later.
  • FIG. 2 is a side view of the current sensor 1. As shown in FIG. 2, the insulating member 14 is joined to a part of the back surface 30 ⁇ / b> A of the support portion 30 so as to support the magnetoelectric conversion element 13.
  • the back surface of the support part 30 refers to the surface of the support part 30 on the side where the signal processing IC 20 is not disposed.
  • a step 101 is formed on a part of the back surface of the conductor 10 that defines the gap 10a, and the conductor 10 is always arranged so as not to contact the insulating member 14 by the step 101.
  • the step 101 shown in FIG. 2 is formed so as to be higher than the height of the insulating member 14. This is to prevent the creeping surface formed when the insulator is in contact with the conductive material between the insulating member 14 and the conductor 10.
  • the creeping surface is formed on the primary side of the current sensor 1, and thus the insulating member 14 and the conductor 10. As compared with the case where it is configured not to contact, the pressure resistance performance is lowered. In addition, when a heat load such as a heat cycle is applied, peeling is likely to occur on the creeping surface (material interface), and the pressure resistance can be further deteriorated.
  • the step 101 portion of the conductor 10 is more than the insulating member 14 so that the insulating member 14 and the conductor 10 are not in contact with each other by forming the step 101 on the conductor 10. It is located above. Thereby, the insulating member 14 does not contact the conductor 10, and a creeping surface is not formed on the primary side (conductor 10 side) of the current sensor 1. Therefore, no creepage is formed on the primary side of the current sensor 1, so that the withstand voltage performance of the current sensor 1 is maintained and the occurrence of withstand voltage deterioration due to changes in the operating environment can be suppressed.
  • the insulating member 14 is made of, for example, an insulating tape made of polyimide material having excellent pressure resistance, and is attached to the back surface 30A of the support portion 30 in a state as shown in FIG. 2 to support the magnetoelectric conversion element 13 from the back surface.
  • the conductor 10 and the magnetoelectric conversion element 13 are provided on the same surface of the insulating member 14.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is disposed in the gap 10 a of the conductor 10 by dropping by the thickness d of the conductor 10.
  • the height position of the magnetosensitive surface 13 ⁇ / b> A of the magnetoelectric conversion element 13 approaches the center position of the thickness of the conductor 10, and therefore, the current I flowing through the conductor 10 on the magnetosensitive surface 13 ⁇ / b> A of the magnetoelectric conversion element 13.
  • it is possible to capture more magnetic flux generated by the current and as a result, current detection sensitivity is improved.
  • the support part 30 has a concave part 31 in which the central part of the support part 30 is recessed toward the conductor 10 side in a plan view, and both sides of the support part 30 protrude from the conductor 10 side. 32.
  • the concave portion 31 is formed to have concave portions 31 a and 31 b that are recessed in two stages, for example.
  • the conductor 10 has a convex portion 15 formed along the concave portion 31 and the protruding portion 32 of the support portion 30 in plan view. That is, the convex portion 15 is formed so that the central portion of the conductor 10 protrudes toward the support portion 30 in a plan view.
  • the convex portion 15 since the concave portion 31 has concave portions 31a and 31b that are recessed in two stages, the convex portion 15 also has convex portions 15a and 15b that protrude in two stages. Is formed.
  • the insulating member 14 is supported not by the conductor 10 but by at least the protrusion 32 on the back surface of the support 30.
  • the insulating member 14 may be supported by the back surface of the support portion 30 other than the protruding portion 32 (for example, the side portions on both sides of the concave portion 31a or / and the bottom portion of the concave portion 31a).
  • the convex-shaped part 15 and the concave-shaped part 31 illustrated about the case where a shape changes, for example in two steps, you may comprise in steps so that it may become one step or three steps or more, for example.
  • the convex portion 15 may be gradually or continuously projected from the central portion (peripheral portion of the gap 10a) of the conductor 10, and the concave portion 31 follows the protruding shape of the conductor 10.
  • the depressions may be formed gradually or continuously.
  • the convex portion 15 (15a, 15b) of the conductor 10 also has a multi-stage shape (two-stage shape) in accordance with the shape of the concave portion 31 (31a, 31b) of the support portion 30.
  • a multi-stage shape two-stage shape
  • the width of a part of the conductor 10 that is relatively less affected by the magnetic flux generated in the portion of the magnetoelectric conversion element 13 is widened. Can be small.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of an example of the signal processing IC 20.
  • the signal processing IC 20 includes a bias circuit 201, a correction circuit 202, and an amplifier circuit 203.
  • the bias circuit 201 is connected to the magnetoelectric conversion element 13 and supplies power to the magnetoelectric conversion element 13.
  • the bias circuit 201 is a circuit for applying (inflowing) an excitation current to the magnetoelectric conversion element 13.
  • the correction circuit 202 is configured to correct the output value of the magnetoelectric conversion element 13 according to a temperature correction coefficient stored in advance in a memory based on, for example, the operating temperature. For this reason, current detection with low temperature dependence and high accuracy is possible.
  • the amplification circuit 203 amplifies the output value from the correction circuit 202.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is die-bonded on the insulating member 14 bonded to the lead frame (FIG. 2), and the signal processing IC 20 is die-bonded on the support portion 30. Then, the magnetoelectric conversion element 13 and the signal processing IC 20 are wire-bonded with wires 50 and 60 (FIG. 1). Next, the conductor 10, the magnetoelectric conversion element 13, the signal processing IC 20, and the signal terminal portion 42 are molded with a resin 80 to perform lead cutting (FIG. 1). Next, the high-voltage-side lead terminals 12a and 12b and the low-voltage-side lead terminal 41 are formed by forming (FIG. 1).
  • the conductor 10 and the signal processing IC 20 have a gap for electrically insulating the electric sensor 1 when viewed from the upper surface, and thus excellent insulation resistance.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is provided on the insulating member 14, but in the current sensor 1A of the present embodiment, the magnetoelectric conversion element 13 is insulated using a die attach film. Providing on the member 14 is characterized in that formation of creepage is more reliably prevented.
  • FIG. 4 is a side view showing a configuration example of the current sensor 1A according to the second embodiment.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is fixed on the insulating member 14 using the die attach film 70.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the die attach film 70 is attached to the back surface of the wafer before dicing the wafer. Therefore, unlike the case where the magnetoelectric conversion element 13 is fixed using an insulating paste or conductive paste described later, the die attach film 70 is a conductor surrounding the magnetoelectric conversion element 13. Since the creeping surface does not extend so that the skirt portion is formed toward 10, the withstand voltage of the current sensor is further improved.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is fixed onto the insulating member 14 using a die bond material.
  • a conductive paste is used as the die bond material, the magnetoelectric conversion element 13 and The insulation distance from the conductor 10 is reduced. Further, even when an insulating paste is used as the die bond material, the creeping surface can be formed by the skirt portion of the paste. This is shown in FIG.
  • the current sensor 1 is a sensor that includes a magnetoelectric conversion element such as a Hall element and detects a current based on a magnetic flux density generated by the current.
  • FIG. 6 is a top view showing a configuration example of the current sensor 1 according to the third embodiment.
  • the current sensor 1 includes a conductor 10 having, for example, 12 lead terminals 12a to 12l for passing a current to be measured, a signal processing IC 20, and a support portion for supporting the signal processing IC 20. 30 and a signal terminal portion 42 having, for example, 12 lead terminals 41a to 41l. The number of lead terminals 12a to 12l and 41a to 41l may be changed.
  • the conductor 10 has a current path 11 through which a current I flows from the lead terminals 12a to 12f side to the lead terminals 12g to 12l side.
  • a gap 10a is formed between the lead terminals 12a to 12f and the lead terminals 12g to 12l so as to follow the shape of the current path 11.
  • the current path 11 has a U-shape, for example.
  • the current path 11 is not limited to the shape shown in FIG. If it is.
  • a V shape, a C shape, or the like can be applied.
  • the shape according to U shape, V shape, and C shape shall also be contained in U shape, V shape, and C shape.
  • a magnetoelectric conversion element 13 is arranged in the gap 10 a of the conductor 10.
  • Examples of the magnetoelectric conversion element 13 include a Hall element, a magnetoresistive element, a Hall IC, and a magnetoresistive IC.
  • the conductor 10, the signal terminal unit 42, the signal processing IC 20, and the magnetoelectric transducer 13 are sealed with a resin 80 and formed as the same package as shown in FIG. Yes.
  • the current sensor 1 when the current I flows through the conductor 10, a magnetic field corresponding to the amount of current flowing in the U shape formed in the current path 11 and the current direction is generated.
  • the magnetoelectric conversion element 13 since the magnetoelectric conversion element 13 is disposed in the gap 11a adjacent to the U-shaped current path 11, the magnetic flux density generated by the above-described current is detected, and an electric signal corresponding to the magnetic flux density is signal-processed. It outputs to IC20.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is supported and electrically insulated by an insulating member 14 (shown by a broken line and a solid line in FIG. 6) formed on the back surface of the conductor 10.
  • the insulating member 14 is formed so as to cover the U-shaped portion of the current path 11 of the conductor 10 and the magnetoelectric conversion element 13. Therefore, the conductor 10 and the magnetoelectric conversion element 13 are not electrically connected, and a gap (clearance) for maintaining insulation is ensured. Thereby, a high withstand voltage in the package of the current sensor 1 can be realized.
  • the insulating member 14 for example, an insulating tape made of a polyimide material having a high withstand voltage is used.
  • the insulating member 14 is not limited to a polyimide tape, and for example, an insulating sheet obtained by applying an adhesive to a polyimide tape or a ceramic material can be used.
  • the conductor 10 and the signal processing IC 20 and the conductor 10 and the support portion 30 are arranged with a gap for electrical insulation so as not to overlap. Thereby, the current sensor 1 having excellent insulation resistance can be realized.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is electrically connected to the signal processing IC 20 via the metal wire 60, and the signal processing IC 20 is electrically connected to the signal terminal portion 42 via the metal wire 50.
  • the signal processing IC 20 is configured by, for example, an LSI (Large Scale Integration), and in this embodiment, includes, for example, a memory, a processor, a bias circuit, a correction circuit, and an amplifier circuit.
  • the bias circuit is connected to the magnetoelectric conversion element 13 and supplies power to the magnetoelectric conversion element 13.
  • the bias circuit is a circuit for applying (inflowing) an excitation current to the magnetoelectric conversion element 13.
  • the correction circuit corrects the output value of the magnetoelectric conversion element 13 according to a temperature correction coefficient stored in advance in a memory based on the operating temperature, for example. For this reason, current detection with low temperature dependence and high accuracy is possible.
  • the amplification circuit amplifies the output value from the correction circuit.
  • FIG. 7 is a side view of the current sensor 1 of FIG.
  • the insulating member 14 is formed on the back surface 10 ⁇ / b> A of the conductor 10.
  • the insulating member 14 is made of, for example, an insulating tape made of a polyimide material having excellent pressure resistance, and is attached to the back surface of the conductor 10 in a state as shown in FIG.
  • the conductor 10 and the magnetoelectric conversion element 13 are provided on the same surface of the insulating member 14.
  • the magnetoelectric conversion element 13 is disposed in the gap 10 a of the conductor 10 by dropping by the thickness d of the conductor 10.
  • the height position of the magnetosensitive surface 13 ⁇ / b> A of the magnetoelectric conversion element 13 approaches the center position of the thickness of the conductor 10, and therefore, the current I flowing through the conductor 10 on the magnetosensitive surface 13 ⁇ / b> A of the magnetoelectric conversion element 13.
  • it is possible to capture more magnetic flux generated by the current and as a result, current detection sensitivity is improved.
  • the conductor 10 and the signal processing IC 20 have a gap for electrically insulating the electric sensor 1 when viewed from the upper surface, and thus excellent insulation resistance.
  • a current sensor 1A configured to improve current detection sensitivity will be described as an embodiment of the current sensor.
  • the overall configuration of the current sensor 1A is substantially the same as that of the embodiment shown in FIG. 6, but the configuration having a magnetic material is different from that of the embodiment.
  • the configuration of the current sensor 1 ⁇ / b> A in the present modification will be described focusing on differences from the embodiment.
  • FIG. 8 is a top view showing a configuration example of the current sensor 1A according to the fourth embodiment.
  • a conductor 10 having 12 lead terminals 12a to 12l and a gap for electrically insulating the conductor 10 are provided.
  • the signal processing IC 20 provided and disposed, a support portion 30 for supporting the signal processing IC 20, and a signal terminal portion 42 having, for example, 12 lead terminals 41 a to 41 l are provided.
  • the current sensor 1 ⁇ / b> A includes the magnetoelectric conversion element 13 supported by the insulating member 14 in the gap 10 a of the conductor 10. With such a configuration, the current sensor 1A also has excellent insulation resistance.
  • the magnetic material 71 is formed on the magnetoelectric conversion element 13 (on the magnetic sensitive surface 13A) by, for example, magnetic plating.
  • a magnetic chip such as ferrite may be used.
  • the case where the conductor 10 is provided with the step 101 has been described.
  • the step 101 is provided. May not be provided.
  • the insulating member 14 does not contact the conductor 10 and is supported only by the support portion 30, so that no creepage is formed between the conductor 10 and the insulating member 14, and the current sensor The breakdown voltage of 1 is difficult to decrease.
  • the current sensors 1 and 1A of the first to fourth embodiments may be applied to a semiconductor package or may be configured with one chip.

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Abstract

　絶縁耐性の優れた電流センサを提供すること。電流センサ(１)は、導体(１０)と、信号処理ＩＣ(２０)を支持するための支持部(３０)と、信号処理ＩＣ(２０)と電気的に接続可能に構成されるとともに導体(１０)に流れる電流から生じる磁界を検出するように導体(１０)のギャップ(１０ａ)に配置された磁電変換素子(１３)と、磁電変換素子(１３)を支持する絶縁部材(１４)とを備える。

Description

電流センサ
　本発明は、磁電変換素子を有する電流センサに関する。
　電流センサは、例えば磁電変換素子を有し、導体に流れる電流によって発生する磁場に比例する大きさの信号を出力することが知られている。例えば特許文献１では、基板と、基板に設けられた磁場変換器、すなわち磁電変換素子と、電流導体とを備え、磁電変換素子が、電流導体に流れる電流を検出する電流センサが開示されている。
国際公開第２００６／１３０３９３号パンフレット
　しかしながら、特許文献１の電流センサでは、磁電変換素子を有する基板が絶縁体を介してリードフレーム上に配置されているものの、基板とリードフレームとの間のクリアランスが小さくなるため、絶縁耐性の低下が懸念される（特許文献１の図１）。
　また、特許文献１の別の電流センサでは、電流導体部を有する導電性留め具の一端が固定されて、導電性留め具の他端に有する電流導体部と磁電変換素子との間のクリアランスが決まる（特許文献１の図７）。しかしながら、導電性留め具の一端のみが固定される状況下では、電流導体部の高さにばらつきが生じ、電流導体部と磁電変換素子との間のクリアランスが、そのばらつきの影響を受けやすくなる。したがって、絶縁耐性が低下するおそれがあった。
　本発明は、このような状況下に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁耐性の優れた電流センサを提供することにある。
　上記の課題を解決するための電流センサは、ギャップを有する導体と、平面視で前記導体と電気的に絶縁するための間隙を有する、信号処理ＩＣを支持するための支持部と、前記信号処理ＩＣと電気的に接続可能に構成されるとともに、前記導体に流れる電流から生じる磁界を検出するように前記導体の前記ギャップに配置された磁電変換素子と、前記磁電変換素子を支持する絶縁部材とを備える。
　ここで、前記電流センサは、リード端子を有する信号端子部をさらに備え、前記支持部は前記信号端子部と電気的に接続可能に構成するようにしてもよい。
　前記導体は、前記絶縁部材と接触しないように配置するようにしてもよい。
　前記導体は段差を有しており、前記導体は、前記段差により、前記導体が前記絶縁部材と接触しないように配置するようにしてもよい。
　前記導体と、前記絶縁部材との間が樹脂で充填されていてもよい。
　本発明によれば、優れた絶縁耐性を有する電流センサを提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る電流センサの一例を示す上面図である。 図１の電流センサの側面図である。 信号処理ＩＣの内部の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電流センサの一例を示す側面図である。 一般的な樹脂ペーストを用いて磁電変換素子が絶縁部材上に固着される場合の固着状態の一例を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る電流センサの一例を示す上面図である。 図６の電流センサの側面図である。 本発明の第４実施形態に係る電流センサの一例を示す上面図である。
　＜第１実施形態＞
　以下、本発明の電流センサの一実施形態を図１～図３を参照して説明する。実施形態に係る電流センサ１は、例えばホール素子等の磁電変換素子を有し、電流によって生じる磁束密度に基づいて電流を検出するセンサである。
　図１は、第１実施形態に係る電流センサ１の構成例を示す上面図である。図１に示すように、この電流センサ１は、例えば１２本のリード端子１２ａ，１２ｂを有する被計測電流を流すための導体１０と、信号処理ＩＣ２０と、信号処理ＩＣ２０を支持するための支持部３０と、例えば１２本のリード端子４１を有する信号端子部４２とを備える。なお、リード端子１２ａ，１２ｂ，４１の数は、図１に示した例に限られず、変更することもできる。
　この実施形態では、導体１０は、リード端子１２ａ側から、リード端子１２ｂ側に電流Ｉが流れるような電流経路１１を有する。そして、この電流経路１１の形状に沿うように、リード端子１２ａ，１２ｂ間にはギャップ１０ａが形成されている。この実施形態では、電流経路１１は、例えばＵ字状の形状とするが、後述する磁電変換素子１３において電流検出が可能であれば、図１に示した形状に限らず、一端が閉じた形状であればよい。導体１０の電流経路１１の形状として、例えばＶ字状、Ｃ字状などを適用することも可能である。尚、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｃ字状に準じた形状もＵ字状、Ｖ字状、Ｃ字状に含まれるものとする。
　導体１０のギャップ１０ａ内には、磁電変換素子１３が配置されている。磁電変換素子１３としては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、磁気抵抗ＩＣがある。この実施形態の電流センサ１では、導体１０、信号端子部４２、信号処理ＩＣ２０および磁電変換素子１３は、図１に示すように、樹脂８０で封止され、同一のパッケージとして形成される。樹脂８０は、エポキシ樹脂等のモールド樹脂である。
　この電流センサ１において、導体１０に電流Ｉが流れると、電流経路１１に形成されたＵ字状を流れる電流量及び電流方向に応じた磁界が生じる。ここで、磁電変換素子１３は、Ｕ字状の電流経路１１に近傍するギャップ１０ａ内に配置されるので、上述した電流によって発生する磁束密度を検出して、磁束密度に応じた電気信号を信号処理ＩＣ２０に出力することになる。
　ギャップ１０ａ内の磁電変換素子１３は、ギャップ１０ａにより導体１０と離間して配置されており、常に導体１０と接触しない状態となっている。これにより、導体１０と磁電変換素子１３との間は電気的に導通せず、絶縁を維持するための間隙（クリアランス）が確保される。
　また、磁電変換素子１３は、絶縁部材１４（図１において破線で示す。）によって支持される。絶縁部材１４としては、例えば絶縁耐圧の高いポリイミド材からなる絶縁テープが用いられる。なお、この絶縁部材１４として、ポリイミドテープに限らず、例えば、ポリイミド材やセラミック材などに接着剤を塗布した絶縁シートを適用することもできる。
　導体１０の裏面には、例えばコイニングにより形成された段差１０１（図１において斜線で示す。）が形成されており、この段差１０１により、導体１０は、絶縁部材１４と離間して配置される。この点は後述で詳細に説明する。
　図１において、導体１０および信号処理ＩＣ２０は、それぞれが重ならないように配置されており、導体１０と信号処理ＩＣ２０との間には、それぞれが電気的に絶縁するための間隙が設けられている。さらに、導体１０と支持部３０との間にも、それぞれが電気的に絶縁するための間隙が設けられている。
　磁電変換素子１３は、ワイヤ（金属線）６０を介して信号処理ＩＣ２０と電気的に接続され、信号処理ＩＣ２０は、ワイヤ（金属線）５０を介して信号端子部４２と電気的に接続される。
　信号処理ＩＣ２０は、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成され、この実施形態では、例えば、メモリ、プロセッサ、バイアス回路、補正回路および増幅回路などを備える。この信号処理ＩＣ２０の回路構成については、後述で詳細に説明する。
　図２は、電流センサ１の側面図である。図２に示すように、絶縁部材１４は、支持部３０の裏面３０Ａの一部と接合されて、磁電変換素子１３を支持するように形成される。ここで、支持部３０の裏面とは、支持部３０の信号処理ＩＣ２０が配置されていない側の面を指す。
　ギャップ１０ａを画成する導体１０の一部の裏面には、段差１０１が形成されており、この段差１０１によって、導体１０は、常に絶縁部材１４と接触しないように配置される。図２に示す段差１０１は、絶縁部材１４の高さよりも高くなるように形成されている。これは、絶縁部材１４と導体１０との間において、絶縁物が導電性材料と接するときに形成される沿面を有しないようにするためである。
　図２において、導体１０の裏面と絶縁部材１４との間は、モールド樹脂で充填されている。　
　本実施形態の電流センサ１において、仮に、絶縁部材１４と導体１０とが接するように構成された場合、上述の沿面が電流センサ１の１次側に形成されるため、絶縁部材１４と導体１０とが接しないように構成した場合に比べて耐圧性能は低下する。またヒートサイクルなどの熱負荷がかかると、その沿面（材料の界面）に剥離が生じ易くなり、耐圧性能は更に劣化し得る。
　このため、本実施形態の電流センサ１では、上述の段差１０１を導体１０に形成することによって、絶縁部材１４と導体１０とが接しないように、導体１０の段差１０１部分が絶縁部材１４よりも上方に位置するようにしている。これにより、絶縁部材１４は、導体１０とは接触せず、電流センサ１の１次側（導体１０側）には沿面が形成されない。したがって、電流センサ１の１次側に沿面が形成されないため、電流センサ１における耐圧性能が維持され、かつ動作環境変化による耐圧劣化の発生を抑制できる。
　絶縁部材１４は、例えば耐圧性の優れたポリイミド材の絶縁テープからなり、図２に示すような状態で、支持部３０の裏面３０Ａに貼られ、磁電変換素子１３を裏面から支持する。
　図２において、導体１０と磁電変換素子１３とは、絶縁部材１４の同一面上に設けられる。また、磁電変換素子１３は、導体１０のギャップ１０ａに、導体１０の厚みｄ分落とし込んで配置されている。これにより、電流センサ１では、磁電変換素子１３の感磁面１３Ａの高さ位置が、導体１０の厚み中心位置に近づくため、磁電変換素子１３の感磁面１３Ａでは、導体１０に流れる電流Ｉによって発生する磁束をより多く捉えることが可能となり、その結果、電流検出感度が向上する。
　次に、再び図１を参照して、導体１０および支持部３０の形状について詳述する。
　支持部３０は、平面視で導体１０側に向けて当該支持部３０の中央部分が窪んだ凹状部３１を有しており、支持部３０の両側は、導体１０側に向けて張り出す突出部３２を有する。図１の例では、凹状部３１は、例えば２段階に窪む凹状部３１ａ，３１ｂを有するように形成されている。
　導体１０は、平面視で、支持部３０の凹状部３１および突出部３２に沿うように形成された凸状部１５を有する。つまり、凸状部１５は、平面視で支持部３０側に向けて導体１０の中央部分が突出するように形成されている。図１の例では、凹状部３１が２段階に窪む凹状部３１ａ，３１ｂを有するようになっているので、凸状部１５も、２段階に突出する凸状部１５ａ，１５ｂを有するように形成されている。
　そして、図１では、絶縁部材１４は、導体１０側ではなく、支持部３０裏面の少なくとも突出部３２で支持される。なお、絶縁部材１４は、突出部３２以外の支持部３０裏面（例えば凹状部３１ａ両側の側部、または／および、凹状部３１ａの底部）で支持するようにしてもよい。
　なお、凸状部１５および凹状部３１は、例えば２段階に形状が変化する場合について例示したが、例えば１段階または３段階以上となるように段階的に構成してもよい。あるいは、凸状部１５は、徐々に、または、連続的に導体１０の中央部分（ギャップ１０ａ周辺部分）が突出するようにしてもよいし、凹状部３１は、その導体１０の突出形状に沿うよう徐々に、または、連続的に窪みを形成するようにしてもよい。
　　図１では、導体１０の凸状部１５（１５ａ，１５ｂ）も、支持部３０の凹状部３１（３１ａ，３１ｂ）の形状に合わせて、多段形状（２段階形状）を有している。それによって、導体１０に電流が流れた時に、磁電変換素子１３の部位に生成される磁束の影響が比較的小さい一部の導体１０の幅が広がることになるため、導体１０全体の抵抗値を小さくすることができる。
　図３は、信号処理ＩＣ２０の一例の回路図である。この信号処理ＩＣ２０は、バイアス回路２０１、補正回路２０２および増幅回路２０３を備える。バイアス回路２０１は、磁電変換素子１３と接続され、磁電変換素子１３に電源を供給するようになっている。換言すれば、バイアス回路２０１は、磁電変換素子１３に励起電流を印加（流入）するための回路である。
　補正回路２０２は、例えば、動作温度に基づいて、予めメモリに記憶されている温度補正係数に従い磁電変換素子１３の出力値を補正するようになっている。このため、温度依存性が少なく高精度な電流検出が可能となる。
　増幅回路２０３は、補正回路２０２からの出力値を増幅するようになっている。
　次に、本実施形態の電流センサ１の作製方法の概略について図１および図２を参照して説明する。
　まず、リードフレームに接着された絶縁部材１４上に磁電変換素子１３をダイボンディングするとともに（図２）信号処理ＩＣ２０を支持部３０上にダイボンディングする。そして、磁電変換素子１３および信号処理ＩＣ２０をワイヤ５０，６０でワイヤボンディングする（図１）。次に、導体１０、磁電変換素子１３、信号処理ＩＣ２０および信号端子部４２を樹脂８０でモールドしてリードカットを行う（図１）。次に、フォーミングにより高圧側のリード端子１２ａ，１２ｂおよび低電圧側のリード端子４１を形成する（図１）。
　以上説明したように、本実施形態の電流センサ１によれば、導体１０と信号処理ＩＣ２０とは、電気センサ１を上面からみて、電気的に絶縁するための間隙を有するので、優れた絶縁耐性を有する。
　また、絶縁部材１４は、導体１０とは接触せず、支持部３０のみによって支持されるので、導体１０と絶縁部材１４との間では沿面が形成されず、電流センサ１の耐圧が低下しにくくなる。
　＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態について図４および図５を参照して説明する。
　図２に示した電流センサ１では、磁電変換素子１３は、絶縁部材１４上に設けられているが、本実施形態の電流センサ１Ａでは、磁電変換素子１３が、ダイアタッチフィルムを用いて、絶縁部材１４上に設けられることで、沿面の形成をより確実に防止する点に特徴がある。
　図４は、第２実施形態に係る電流センサ１Ａの構成例を示す側面図である。この電流センサ１Ａでは、磁電変換素子１３が、ダイアタッチフィルム７０を用いて、絶縁部材１４上に固着される。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。
　ダイアタッチフィルム７０は、ウェーハのダイシング前に、ウェーハの裏面に貼り付けるため、後述する絶縁ペーストや導電性ペーストを使用して磁電変換素子１３を固定する場合と異なり、磁電変換素子１３を囲む導体１０に向かって裾野部分が形成されるように沿面が伸びることが無いため、電流センサの耐圧がより向上する。
　一般に、磁電変換素子１３は、ダイボンド材を用いて絶縁部材１４上に固着されることになるが、このダイボンド材として、導電性ペーストを用いた場合は、ペーストの裾野部分により磁電変換素子１３と導体１０との絶縁距離が縮まる。また、ダイボンド材として絶縁ペーストを用いた場合でも、ペーストの裾野部分により沿面が形成され得る。この様子を図５に示す。
　図５では、絶縁ペースト８０を用いて磁電変換素子１３が絶縁部材１４上に固着された場合に、絶縁ペースト８０の裾野部分が導体１０と接触している。この場合、絶縁ペースト８０の裾野部分が前述の沿面を形成することになるため、この沿面において、ヒートサイクルなどの熱負荷により剥離が生じやすくなり、電流センサの耐圧が低下を起こし得る。
　＜第３実施形態＞
　以下、本発明の電流センサの一実施形態を図６および図７を参照して説明する。実施形態に係る電流センサ１は、例えばホール素子等の磁電変換素子を有し、電流によって生じる磁束密度に基づいて電流を検出するセンサである。
　図６は、第３実施形態に係る電流センサ１の構成例を示す上面図である。図６に示すように、この電流センサ１は、例えば１２本のリード端子１２ａ～１２ｌを有する被計測電流を流すための導体１０と、信号処理ＩＣ２０と、信号処理ＩＣ２０を支持するための支持部３０と、例えば１２本のリード端子４１ａ～４１ｌを有する信号端子部４２とを備える。なお、リード端子１２ａ～１２ｌ，４１ａ～４１ｌの個数は変更してもよい。
　この実施形態では、導体１０は、リード端子１２ａ～１２ｆ側から、リード端子１２ｇ～１２ｌ側に電流Ｉが流れるような電流経路１１を有する。そして、この電流経路１１の形状に沿うように、リード端子１２ａ～１２ｆと、リード端子１２ｇ～１２ｌとの間にはギャップ１０ａが形成されている。この実施形態では、電流経路１１は、例えばＵ字状の形状とするが、後述する磁電変換素子１３において電流検出が可能であれば、図６に示した形状に限らず、一端が閉じた形状であればよい。導体１０の電流経路１１の形状として、例えばＶ字状、Ｃ字状などを適用することも可能である。尚、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｃ字状に準じた形状もＵ字状、Ｖ字状、Ｃ字状に含まれるものとする。
　導体１０のギャップ１０ａには、磁電変換素子１３が配置されている。磁電変換素子１３としては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、磁気抵抗ＩＣがある。この実施形態の電流センサ１では、導体１０、信号端子部４２、信号処理ＩＣ２０、および、磁電変換素子１３は、図６に示すように、樹脂８０で封止され、同一のパッケージとして形成されている。
　この電流センサ１において、導体１０に電流Ｉが流れると、電流経路１１に形成されたＵ字状を流れる電流量及び電流方向に応じた磁界が生じる。ここで、磁電変換素子１３は、Ｕ字状の電流経路１１に近傍するギャップ１１ａに配置されるので、上述した電流によって発生する磁束密度を検出して、磁束密度に応じた電気信号を信号処理ＩＣ２０に出力することになる。
　磁電変換素子１３は、導体１０の裏面に形成された絶縁部材１４（図６において破線および実線で示す。）によって支持され、電気的に絶縁されている。この実施形態では、絶縁部材１４は、導体１０の電流経路１１のＵ字状の部分と、磁電変換素子１３とを覆うように形成されている。そのため、導体１０と磁電変換素子１３との間は電気的に導通せず、絶縁を維持するための間隙（クリアランス）が確保される。これにより、電流センサ１のパッケージ内部における高い絶縁耐圧を実現できる。絶縁部材１４としては、例えば絶縁耐圧の高いポリイミド材からなる絶縁テープが用いられる。なお、この絶縁部材１４として、ポリイミドテープに限らず、例えば、ポリイミドテープやセラミック材などに接着剤を塗布した絶縁シートを適用することもできる。
　また、図６の上面図（平面視）において、導体１０と信号処理ＩＣ２０、および、導体１０と支持部３０とは、重ならないように電気的に絶縁するための間隙をもって配置されている。これにより、優れた絶縁耐性を有する電流センサ１が実現できる。
　磁電変換素子１３は、金属線６０を介して信号処理ＩＣ２０と電気的に接続され、また、信号処理ＩＣ２０は、金属線５０を介して信号端子部４２と電気的に接続される。
　信号処理ＩＣ２０は、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成され、この実施形態では、例えば、メモリ、プロセッサ、バイアス回路、補正回路、および、増幅回路などを備える。バイアス回路は、磁電変換素子１３と接続され、磁電変換素子１３に電源を供給するようになっている。換言すれば、バイアス回路は、磁電変換素子１３に励起電流を印加（流入）するための回路である。
　補正回路は、例えば、動作温度に基づいて、予めメモリに記憶されている温度補正係数に従い磁電変換素子１３の出力値を補正するようになっている。このため、温度依存性が少なく高精度な電流検出が可能となる。
　増幅回路は、補正回路からの出力値を増幅するようになっている。
　図７は、図６の電流センサ１の側面図である。図７に示すように、絶縁部材１４は、導体１０の裏面１０Ａに形成されている。この実施形態では、絶縁部材１４は例えば耐圧性の優れたポリイミド材の絶縁テープからなり、図７に示すような状態で、導体１０の裏面に貼られている。
　この実施形態では、導体１０と磁電変換素子１３とは、絶縁部材１４の同一面上に設けられる。また、磁電変換素子１３は、導体１０のギャップ１０ａに、導体１０の厚みｄ分落とし込んで配置されている。これにより、電流センサ１では、磁電変換素子１３の感磁面１３Ａの高さ位置が、導体１０の厚み中心位置に近づくため、磁電変換素子１３の感磁面１３Ａでは、導体１０に流れる電流Ｉによって発生する磁束をより多く捉えることが可能となり、その結果、電流検出感度が向上する。
　以上説明したように、本実施形態の電流センサ１によれば、導体１０と信号処理ＩＣ２０とは、電気センサ１を上面からみて、電気的に絶縁するための間隙を有するので、優れた絶縁耐性を有する。
　＜第４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るようにした電流センサ１Ａについて説明する。この電流センサ１Ａは、全体の構成は図６に示した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実施形態のものと異なる。以下では、本変形例における電流センサ１Ａの構成について、実施形態のものとの差異を中心に説明する。
　図８は、第４実施形態に係る電流センサ１Ａの構成例を示す上面図である。図７に示すように、この電流センサ１Ａでは、図６に示したものと同様に、例えば１２本のリード端子１２ａ～１２ｌを有する導体１０と、導体１０と電気的に絶縁するための間隙を設けて配置された信号処理ＩＣ２０と、信号処理ＩＣ２０を支持するための支持部３０と、例えば１２本のリード端子４１ａ～４１ｌを有する信号端子部４２とを備える。そして、電流センサ１Ａは、導体１０のギャップ１０ａにおいて、絶縁部材１４に支持される磁電変換素子１３を備える。このような構成によって、電流センサ１Ａも、優れた絶縁耐性を有する。
　一方、図６に示したものと異なり、この実施形態では、磁電変換素子１３上（感磁面１３Ａ上）に、例えば磁性体メッキによって磁性材料７１が形成されている。尚、磁性材料７１の構成例として、フェライトなどの磁性体チップであっても良い。これにより、導体１０に電流Ｉが流れると、電流Ｉによって生じる磁束が磁電変換素子１３の感磁部１３Ａに収束されやすくなる。したがって、電流センサ１Ａの電流検出感度が向上する。
　[変形例]
　上述した各実施形態に係る電流センサ１，１Ａ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。
　第１および第２実施形態の電流センサ１，１Ａにおいて、導体１０に段差１０１を設ける場合について説明したが、導体１０の高さを絶縁部材１４よりも高くなるように構成することで、段差１０１を設けないようにしてもよい。このように構成することによっても、絶縁部材１４は、導体１０とは接触せず、支持部３０のみによって支持されるので、導体１０と絶縁部材１４との間では沿面が形成されず、電流センサ１の耐圧が低下しにくくなる。
　第１～第４実施形態の電流センサ１，１Ａでは、１つの磁電変換素子１３を適用した場合について説明したが、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。
　第１～第４実施形態の電流センサ１，１Ａは、半導体パッケージに適用してもよいし、１チップで構成してもよい。
　１，１Ａ　電流センサ
　１０　導体
　１０ａ　ギャップ
　１１　電流経路
　１２ａ，１２ｂ，４１，４１ａ～４１ｌ　リード端子
　１３　磁電変換素子
　１４　絶縁部材
　２０　信号処理ＩＣ
　３０　支持部
　４２　信号端子部
　７０　ダイアタッチフィルム
　７１　磁性材料

Claims (21)

  1. 　ギャップを有する導体と、
    　平面視で前記導体と電気的に絶縁するための間隙を有する、信号処理ＩＣを支持するための支持部と、
    　前記信号処理ＩＣと電気的に接続可能に構成されるとともに、前記導体に流れる電流から生じる磁界を検出するように前記導体の前記ギャップに配置された磁電変換素子と、
    　前記磁電変換素子を支持する絶縁部材と
    　を備えることを特徴とする電流センサ。
  2. 　リード端子を有する信号端子部をさらに備え、
    　前記支持部は前記信号端子部と電気的に接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電流センサ。
  3. 前記導体は、前記絶縁部材と接触しないよう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。
  4. 　前記導体は段差を有しており、
    前記導体は、前記段差により、前記導体が前記絶縁部材と接触しないように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電流センサ。
  5. 　前記導体と、前記絶縁部材との間が樹脂で充填されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電流センサ。
  6. 　前記絶縁部材は前記導体と接触するよう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。
  7. 　前記絶縁部材は、前記支持部の前記信号処理ＩＣが配置される面とは反対側の面に接触するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  8. 　前記導体は、Ｕ字形状、Ｖ字形状、または、Ｃ字形状の電流経路を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電流センサ。
  9. 　前記磁電変換素子は、前記Ｕ字形状、Ｖ字形状、または、Ｃ字形状の電流経路のギャップに配置されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電流センサ。
  10. 前記Ｕ字形状、Ｖ字形状、または、Ｃ字形状の電流経路は、平面視で前記支持部がある方向とは逆の方向に開口していることを特徴とする請求項８又は９に記載の電流センサ。
  11. 　前記磁電変換素子は、前記絶縁部材に支持されることによって、前記導体と電気的に絶縁されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電流センサ。
  12. 　前記絶縁部材と前記磁電変換素子との間に粘着剤層又は接着剤層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電流センサ。
  13. 　前記絶縁部材は、粘着剤又は接着剤が塗布された絶縁テープ又は絶縁シートであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電流センサ。
  14. 　前記磁電変換素子は、ダイアタッチフィルムを用いて前記絶縁部材とダイボンドされていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電流センサ。
  15. 　前記磁電変換素子は、ホール素子または磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の電流センサ。
  16. 　前記磁電変換素子は、前記導体の前記ギャップに当該導体の厚み分落とし込んで配置されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の電流センサ。
  17. 　前記磁電変換素子は、前記磁電変換素子の感磁面が前記導体の高さと略等しくなるように前記絶縁部材上に配置されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  18. 　前記磁電変換素子は、前記磁電変換素子の感磁面が前記厚み方向の中心高さと略等しくなるように前記絶縁部材上に配置されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の電流センサ。
  19. 　前記支持部は、平面視で前記導体側に向けて当該支持部の中央が窪む凹状部が形成されており、前記凹状部の両側は、前記導体側に向けて張り出す突出部を有し、
    　前記導体は、平面視で、前記支持部の前記凹状部および前記突出部に沿う凸状部を有し、前記絶縁部材は、前記突出部の裏面に接触していることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の電流センサ。
  20. 　前記信号処理ＩＣは、前記磁電変換素子に励起電流を印加するためのバイアス回路、前記磁電変換素子から得られる信号を補正する補正回路、および、前記補正された信号を増幅するための増幅回路を有することを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の電流センサ。
  21. 　前記磁電変換素子の感磁面上に形成される磁性材料をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の電流センサ。
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