CN106461705B - 电流传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种耐绝缘性优良、降低干扰磁场的影响而提高了磁场检测精度的电流传感器。电流传感器(1)具备：导体(210)，被测量电流流过该导体(210)；磁电转换元件(213a、213b)，其被配置在导体(210)的附近；以及绝缘构件(214)，其支承磁电转换元件(213a、213b)，其中，导体(210)被配置为不与绝缘构件(214)接触且不支承绝缘构件(214)。

Description

电流传感器
技术领域
本发明涉及一种具有磁电转换元件的电流传感器。
背景技术
已知的是，电流传感器例如具有磁电转换元件，输出大小与由流过导体的电流产生的磁场成比例的信号。例如在专利文献1中公开了一种电流传感器，其具备基板、设置于基板的磁场转换器即磁电转换元件以及电流导体，其中，磁电转换元件检测流过电流导体的电流。
专利文献1：国际公开第2006/130393号小册子
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的电流传感器中，具有磁电转换元件的基板隔着绝缘体配置在引线框上，但是基板与引线框之间的空隙变小，因此担心耐绝缘性下降(专利文献1的图1)。
另外，在专利文献1的其它的电流传感器中，具有电流导体部的导电性紧固件的一端被固定，从而导电性紧固件的另一端具有的电流导体部与磁电转换元件之间的空隙是确定的(专利文献1的图7)。然而，在仅导电性紧固件的一端被固定的状况下，电流导体部的高度产生偏差，电流导体部与磁电转换元件之间的空隙容易受到该偏差的影响。因而，存在耐绝缘性下降的可能性。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种耐绝缘性优良、降低干扰磁场的影响而提高了磁场检测精度的电流传感器。
用于解决问题的方案
用于解决上述的问题的电流传感器的特征在于，具备：导体，被测量电流流过该导体；第一磁电转换元件，其被配置在所述导体的附近；第二磁电转换元件，其隔着所述导体配置在所述第一磁电转换元件的相反侧；以及绝缘构件，其支承所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件，其中，所述导体以不与所述绝缘构件接触且不支承所述绝缘构件的方式配置。
另外，也可以设为，还具备：金属板，其与所述导体绝缘；以及模制构件，其用于将所述导体、所述第一磁电转换元件、所述第二磁电转换元件、所述绝缘构件以及所述金属板模制成型，所述金属板与所述绝缘构件接触，所述金属板的一部分从所述模制构件露出。
也可以设为，具备信号处理IC，该信号处理IC被配置在所述金属板上，所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件与所述信号处理IC电连接。
也可以设为，所述导体的一部分具有高度差，通过所述高度差，所述导体被配置为与所述绝缘构件不接触。
也可以设为，所述导体与所述绝缘构件之间被模制树脂填充。
也可以设为，所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件使用芯片贴装膜而与所述绝缘构件芯片接合。
也可以设为，所述金属板俯视时具有凹状部和突出部，其中，所述凹状部以向与所述导体侧相反的一侧凹的方式形成，所述突出部设置在所述凹状部的两端，朝向所述导体侧突出，所述导体俯视时具有凸状部，该凸状部是以分别沿着所述金属板的所述凹状部和所述突出部的方式形成的。
也可以设为，所述导体以包围所述第一磁电转换元件的方式形成。
也可以设为，所述第二磁电转换元件配置在以包围所述第一磁电转换元件的方式形成的所述导体的外侧。
也可以设为，所述第一磁电转换元件的感磁部和所述第二磁电转换元件的各感磁部在包含所述导体的面的垂直方向上设置于所述导体的上表面与下表面之间。
也可以构成为，当将所述导体与所述绝缘构件之间的距离设为g、将所述第一磁电转换元件的厚度设为d1、将所述第二磁电转换元件的厚度设为d2(未图示)时，满足下述式1和式2，
10μm≤g≤d1μm···(1)
10μm≤g≤d2μm···(2)。
也可以构成为，所述导体与所述第一磁电转换元件之间的距离和所述导体与所述第二磁电转换元件之间的距离w满足俯视时为50μm以上且150μm以下。
所述信号处理IC也可以具有：偏置电路，其用于对所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件施加偏置电流；减法电路，其计算从所述第一磁电转换元件得到的信号与从所述第二磁电转换元件得到的信号之间的差；校正电路，其对进行所述计算所得到的信号进行校正；以及放大电路，其用于对进行所述校正所得到的信号进行放大。
所述信号处理IC也可以构成为基于所述第一磁电转换元件的输出与所述第二磁电转换元件的输出之间的差，消除外部产生的磁场的影响来计算电流值。
所述绝缘构件也可以是绝缘带或涂布有粘接剂的绝缘片。
所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件也可以是霍尔元件、磁阻效应元件、霍尔IC、磁阻效应IC。
所述信号处理IC也可以构成为设置输出信号的上限值和下限值，以检测电源的断线。
所述信号处理IC也可以构成为在电源断线的情况下所述输出信号超过所述上限值或者低于所述下限值，以检测电源的断线。
所述信号处理IC也可以构成为以模拟信号或数字信号的形式进行输出。
所述信号处理IC也可以构成为设置过电流感测电路。
也可以构成为，关于所述信号处理IC的基准电压，在后级使用A/D转换器的情况下，为了使基准电压相同来降低因电源电压变动引起的A/D转换误差，而使用在所述信号处理IC的内部生成的电压或者在所述信号处理IC的外部生成的电压。
发明的效果
根据本发明，具有优良的耐绝缘性，并且能够降低干扰磁场的影响，能够提高磁场检测精度。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的电流传感器的一例的俯视图。
图2是图1的电流传感器的侧视图。
图3是信号处理IC的功能框图。
图4是用于说明使用一般的树脂糊剂将磁电转换元件固着在绝缘构件上的情况下的固着状态的一例的图。
图5是示出本发明的第二实施方式所涉及的电流传感器的一例的俯视图。
图6是图5的电流传感器的侧视图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下，参照图1～图4来说明本发明的电流传感器的一个实施方式。实施方式所涉及的电流传感器1例如是具有两个霍尔元件等磁电转换元件并且基于各磁电转换元件的输出消除外部产生的磁场的影响来检测电流的传感器。
图1是示出第一实施方式所涉及的电流传感器1的结构例的俯视图。如图1所示，该电流传感器1具备：导体210，其具有例如2根引线端子212a、212b，用于流过被测量电流I；信号处理IC 220；金属板230，其用于支承信号处理IC 220；以及例如10根引线端子241。
此外，引线端子212a、212b、241的数量不限于图1所示的例子，也能够进行变更。
在该实施方式中，导体210具有使被测量电流I沿从引线端子212a侧向引线端子212b侧的绕转方向流过的电流路径211。而且，以沿着该电流路径211的形状的方式在引线端子212a、212b之间形成有间隙210a。在该实施方式中，电流路径211例如为U字形的形状，但是只要在后述的第一磁电转换元件213a和第二磁电转换元件213b中能够进行电流检测即可，并不限于图1所示的形状，例如还能够应用コ字形、V字形、C字形或与这些字形类似的形状。
在导体210的间隙210a内配置第一磁电转换元件213a，隔着电流路径211配置有第二磁电转换元件213b。磁电转换元件213b配置在导体210与金属板230之间的间隙210b内。
如图1所示，在该电流传感器1中，金属板230俯视时在朝向导体210侧具有金属板230的中央部分凹的凹状部231，金属板230的两端具有朝向导体210侧突出的突出部232。在图1的例子中，凹状部231形成为具有例如凹一级的凹状部231。
导体210俯视时具有凸状部215，该凸状部215是沿着金属板230的凹状部231和突出部232形成的。也就是说，凸状部215以俯视时导体210朝向金属板230侧突出的方式形成。
而且，在图1中，绝缘构件214不是被导体210侧支承，而是被金属板230的至少突出部232的背面支承。此外，绝缘构件214也可以被金属板230的突出部232以外的部分(例如凹状部231两侧的侧部或/和凹状部231的底部)的背面支承。
此外，关于凸状部215和凹状部231，例示了形状呈一级变化的情况，但是例如也可以以成为两级以上的方式分级地构成。或者，凸状部215也可以形成为导体210(间隙210a周边部分)逐渐地或连续地突出，凹状部231也可以沿着该导体210的突出形状逐渐地或连续地形成凹部。
从防止发热的观点出发，导体210优选满足厚度为0.15mm以下且电阻值为2mΩ以下。
作为磁电转换元件213a、213b，例如有霍尔元件、磁阻效应元件、霍尔IC、磁阻效应IC。
在该实施方式的电流传感器1中，导体210、引线端子241、信号处理IC220、磁电转换元件213a、213b如图1所示那样被模制树脂(模制构件)280密封而形成为同一封装体。模制树脂280为环氧树脂等模制树脂。
在该电流传感器1中，当被测量电流I流过导体210时，产生与沿形成为电流路径211的U字形流过的电流量和电流的方向相应的磁场。在此，磁电转换元件213a配置在U字形的电流路径211附近的间隙210a内，检测由流过上述的导体210的被测量电流I产生的磁通密度，将与磁通密度相应的电信号输出到信号处理IC 220。另外，磁电转换元件213b也同样，检测由流过导体210的被测量电流I产生的磁通密度，将与磁通密度相应的电信号输出到信号处理IC 220。这样，磁电转换元件213a、213b根据流过导体210的被测量电流I来进行电流检测。
磁电转换元件213a、213b分别通过间隙210a、210b而与导体210分离地配置，成为始终不与导体210接触的状态。由此，导体210与磁电转换元件213a、213b之间不电导通，确保了用于维持绝缘的间隙(空隙)。
在本实施方式中，导体210与磁电转换元件213a之间的距离和导体210与磁电转换元件213b之间的距离w俯视时各自为例如50μm以上且150μm以下。原因在于，例如在导体210与磁电转换元件213a之间的距离和导体210与磁电转换元件213b之间的距离w小于50μm的情况下，担心绝缘耐压下降，在大于150μm的情况下，担心在电流流过导体210时由磁电转换元件213a、213b检测的磁场变小而检测精度下降。
另外，磁电转换元件213a被绝缘构件214(在图1中用虚线表示。)支承。作为绝缘构件214，例如使用含有绝缘耐压性高的聚酰亚胺材料的绝缘带。此外，作为该绝缘构件214，不限于聚酰亚胺带，例如还能够应用对聚酰亚胺材料、陶瓷材料等涂布粘接剂得到的绝缘片。
在图1中，金属板230与绝缘构件214接触，引线端子241的一部分从模制树脂280露出。
磁电转换元件213a、213b经由线(金属线)260而与信号处理IC 220电连接，信号处理IC 220经由线(金属线)250而与引线端子241电连接。
信号处理IC 220例如包括LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)，在该实施方式中，例如具备存储器、处理器、偏置电路、减法电路、校正电路以及放大电路等。关于该信号处理IC 220的结构，在后述的图3中示出详细的功能框图。
图2是图1所示的电流传感器1的沿J-J’之间的侧视图。如图2所示，绝缘构件214形成为与金属板230的一部分的背面230A接合并支承磁电转换元件213a。在图2的例子中，仅示出了磁电转换元件213a，但是磁电转换元件213b也以与磁电转换元件213a同样的方式配置。
在构成间隙210a的导体210的一部分的背面形成有高度差201，通过该高度差201，导体210被配置为始终不与绝缘构件214接触。图2所示的高度差201是用于避免在绝缘构件214与导体210之间具有绝缘物与导电性材料接触时形成的沿面。
在对导体210设置高度差的情况下，也可以是，对导体210的与绝缘构件214相向的部位设置高度差，并使绝缘构件214配置在该高度差内的空间。由此，可靠地使导体210与绝缘构件214不接触，作为结果，导体210不支承绝缘构件214。上述的高度差能够通过例如精压、半冲压或下置(downset)来形成。
在图2中，导体210的背面与绝缘构件214之间被模制树脂280填充。在本实施方式中，优选将模制树脂280设为吸水率为例如0.5％以下的材料。这样，能够抑制模制树脂280的膨胀，因此能够避免向磁电转换元件213a、213b施加伴随该膨胀而产生的应力。
在本实施方式的电流传感器1中，在假设构成为绝缘构件214与导体210接触的情况下，与构成为绝缘构件214与导体210不接触的情况相比，耐压性能下降。
因此，在本实施方式的电流传感器1中，通过在导体210形成上述的高度差201，来使导体210的高度差201部分位于绝缘构件214的上方，以避免绝缘构件214与导体210接触。由此，绝缘构件214不与导体210接触，在电流传感器1的一次侧(导体210侧)与二次侧之间不形成沿面。因而，由于电流传感器内部不形成沿面，因此能够维持电流传感器1中的耐压性能，并且能够抑制因动作环境变化而发生耐压劣化。
绝缘构件214例如包括耐压性优良的聚酰亚胺材料的绝缘带，以如图2所示的状态被粘贴在金属板230的背面230A，从磁电转换元件213a的背面支承磁电转换元件213a。
导体210与磁电转换元件213a被设置在绝缘构件214的同一面上。另外，磁电转换元件213a的感磁面216的高度位置设定在从导体210的底面到上表面的高度之间(例如中央)，由此在磁电转换元件213a的感磁面216能够更多地捕捉由被测量电流I产生的磁通，其结果，电流检测灵敏度提高。
在图2的例子中，当将导体210与绝缘构件214之间的距离设为g、将磁电转换元件213a的厚度设为d1、将磁电转换元件213b的厚度设为d2(未图示)时，从绝缘耐压和检测精度方面出发，优选满足下述式(1)～(2)。
10μm≤g≤d1μm (1)
10μm≤g≤d2μm (2)
例如在g小于10μm的情况下，担心绝缘耐压下降，在大于d1μm的情况下，担心在电流流过导体210时由磁电转换元件213a、213b检测的磁场变小而检测精度下降。
图3是信号处理IC 220的一例的功能框图。该信号处理IC 220具备偏置电路221、减法电路202、校正电路203以及放大电路204。偏置电路221与磁电转换元件213a、213b连接，向磁电转换元件213a、213b供给电源。换言之，偏置电路221是用于向磁电转换元件213a、213b施加(流入)激励电流的电路。
减法电路202基于一对磁电转换元件213a、213b的输出之间的差消除外部产生的磁场的影响(抵消同相的噪声)来计算电流值。
例如，当将磁电转换元件213a的灵敏度和磁电转换元件213b的灵敏度分别设为S1和S2、将从导体210产生的由磁电转换元件213a感测的磁场设为B1、将由磁电转换元件213b感测的磁场设为B2、将干扰磁场设为BE时，在磁电转换元件213a的位置与磁电转换元件213b的位置，由电流产生的磁场为相反朝向，但是干扰磁场BE对磁电转换元件213a、213b以相同的朝向进行作用。因而，V1、V2通过以下的式表示。
V1＝S1×(B1+BE) (3)
V2＝S2×(-B2+BE) (4)
在此，在上述式(3)和式(4)中，当利用S1＝S2来在信号处理IC 220中取差时，成为
V1-V2＝S1×(B1+B2)，
从而能够消除干扰磁场BE的影响来计算电流值。B1和B2也可以为B1≠B2。通过如以上那样，作为干扰磁场影响的消除效果，能够实现-50dB左右的效果，还能够进一步提高灵敏度。
图3所示的减法电路202例如计算来自磁电转换元件213a的输出信号与来自磁电转换元件213b的输出信号之间的差。
校正电路203对来自减法电路202的输出值进行校正，例如基于动作温度按照预先存储在存储器中的温度校正系数来对磁电转换元件213a、213b的输出值进行校正。因此，能够进行温度依赖性小且高精度的电流检测。
放大电路204对来自校正电路203的输出值进行放大。
接着，参照图1和图2来说明本实施方式的电流传感器1的制作方法的概要。
首先，将磁电转换元件213a、213b芯片接合在粘接于引线框的绝缘构件214上，并且将信号处理IC 220芯片接合在金属板230上。然后，将磁电转换元件213a、213b与信号处理IC 220通过线250、260进行引线接合。接着，将导体210、磁电转换元件213a、213b、信号处理IC 220以及金属板230通过模制树脂280模制成型后进行引线剪切。接着，通过成形技术形成高压侧的引线端子212a、212b和低电压侧的引线端子241。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电流传感器1，在俯视或从侧面看电流传感器1时，导体210与信号处理IC 220都具有用于电绝缘的间隙，因此具有优良的耐绝缘性。
另外，当电流流过导体210时产生热，并且由于模制树脂280的线膨胀系数与绝缘构件214的线膨胀系数之间的差而对磁电转换元件213a和磁电转换元件213b施加应力。磁电转换元件213a和磁电转换元件213b分别被配置在不同的位置，因此磁电转换元件213a和磁电转换元件213b分别受到不同的应力。磁电转换元件的灵敏度由于应力而变动，因此当对磁电转换元件213a和磁电转换元件213b分别施加不同的应力时，有可能使磁场检测精度下降。在本实施方式的电流传感器1中，金属板230与绝缘构件214接触，引线端子241的一部分从模制树脂280露出。因此，即使被测量电流I流过导体210而产生热，该热也通过绝缘构件214和引线端子241而迅速被放出。由此，能够抑制磁场检测精度下降。
从上述观点出发，优选应用热传导率高的硅基材来代替绝缘构件214。
金属板230俯视时具有凹状部231和突出部232，其中，该凹状部231以向与导体210侧相反的一侧凹的方式形成，该突出部232朝向导体210侧突出。另外，导体210从上方观看时具有凸状部215，该凸状部215是分别沿着金属板230的凹状部231和突出部232形成的。也就是说，基于导体210的凸状部215与金属板230的凹状部231和突出部232的形成图案，易于将被测量电流I流过导体210时的热向引线端子241侧放出。由此，能够抑制磁场检测精度下降和干扰磁场消除精度下降。
导体210以包围磁电转换元件213a的周围的方式形成。由此，磁场对磁电转换元件213a进行作用，作为结果，磁电转换元件213a的输出信号变大。其结果，电流传感器1的检测精度进一步提高。
另外，绝缘构件214不与导体210接触，而只被金属板230支承，因此在导体210与绝缘构件214之间不形成沿面，从而电流传感器1的耐压不易下降。
图2所示的芯片贴装膜270在晶圆切割之前粘贴在晶圆的背面，因此与使用后述的绝缘糊剂、导电性糊剂来固定磁电转换元件213a、213b的情况不同，不存在沿面朝向磁电转换元件213a、213b周围的导体210以形成缓坡部分的方式延伸的情形，因此电流传感器的耐压进一步提高。
一般地，磁电转换元件213a、213b使用芯片接合材料被固着于绝缘构件214上，但是在将导电性糊剂用作该芯片接合材料的情况下，磁电转换元件213a、213b与导体210之间的绝缘距离由于糊剂的缓坡部分而缩短。另外，在将绝缘糊剂用作芯片接合材料的情况下，也可能由糊剂的缓坡部分而形成沿面。
在图4中，在使用绝缘糊剂290将磁电转换元件213a、213b固着于绝缘构件214上的情况下，磁电转换元件213a、213b与导体210之间的绝缘距离由于绝缘糊剂290的缓坡部分而缩短。在该情况下，当绝缘糊剂290的缓坡部分与一次导体210之间的距离x为10μm以下时，可能会发生电流传感器的耐压下降。
<第二实施方式>
接着，参照图5和图6来说明第二实施方式。
在图5所示的电流传感器1A中，特征在于以下点：在金属板30的凹状部31和导体10的凸状部15，形成了凹两级的凹状部31a、31b和突出两级的凸状部15a、15b，由此绝缘构件14的粘贴面积增加，因此进一步提高绝缘部分的强度。
图5是示出第二实施方式所涉及的电流传感器1A的结构例的俯视图，图6是图5中的沿K-K’之间的侧视图。在该电流传感器1A中，特征在于以下点：导体10的凸状部15(15a、15b)也与金属板30的凹状部31(31a、31b)的形状相匹配地具有多级形状(两级形状)地延伸设置，从而降低导体整体的电阻值。除此以外的结构与第一实施方式相同。
附图标记说明
1、1A：电流传感器；10、210：导体；10a、10b、210a、210b：间隙；11、211：电流路径；12a、12b、41、212a、212b、241：引线端子；13a、13b、213a、213b：磁电转换元件；14、214：绝缘构件；20、220：信号处理IC；30、230：金属板；70、270：芯片贴装膜；80、280：模制树脂；290：绝缘糊剂。

Claims (11)

1.一种电流传感器，其特征在于，具备：
导体，被测量电流流过该导体；
第一磁电转换元件，其被配置在所述导体的附近；
第二磁电转换元件，其隔着所述导体配置在所述第一磁电转换元件的相反侧；
绝缘构件，其支承所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件；
金属板，其与所述导体绝缘；以及
信号处理IC，其被配置在所述金属板上，所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件与所述信号处理IC电连接，
其中，所述绝缘构件不被所述导体支承而被所述金属板支承，
所述导体的一部分具有高度差，通过所述高度差，所述导体被配置为与所述绝缘构件不接触。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
还具备模制构件，该模制构件用于将所述导体、所述第一磁电转换元件、所述第二磁电转换元件、所述绝缘构件以及所述金属板模制成型，
所述金属板与所述绝缘构件接触，
所述金属板的一部分从所述模制构件露出。
3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述导体与所述绝缘构件之间被模制树脂填充。
4.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述第一磁电转换元件和所述第二磁电转换元件使用芯片贴装膜而与所述绝缘构件芯片接合。
5.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述金属板俯视时具有凹状部和突出部，其中，所述凹状部以向与所述导体侧相反的一侧凹的方式形成，所述突出部设置在所述凹状部的两端，朝向所述导体侧突出，
所述导体俯视时具有凸状部，该凸状部是以分别沿着所述金属板的所述凹状部和所述突出部的方式形成的。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，
所述导体以包围所述第一磁电转换元件的周围的方式形成，
所述第二磁电转换元件被配置在以包围所述第一磁电转换元件的方式形成的所述导体的外侧。
7.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述第一磁电转换元件的感磁部和所述第二磁电转换元件的各感磁部在包含所述导体的面的垂直方向上设置于所述导体的上表面与下表面之间。
8.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
当将所述导体与所述绝缘构件之间的距离设为g、将所述第一磁电转换元件的厚度设为d1、将所述第二磁电转换元件的厚度设为d2时，满足下述式1和式2，
10μm≤g≤d1μm ···(1)
10μm≤g≤d2μm ···(2)。
9.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述导体与所述第一磁电转换元件之间的距离和所述导体与所述第二磁电转换元件之间的距离w俯视时为50μm以上且150μm以下。
10.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述信号处理IC基于所述第一磁电转换元件的输出与所述第二磁电转换元件的输出之间的差，消除外部产生的磁场的影响来计算电流值。
11.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，
所述绝缘构件是绝缘带或涂布有粘接剂的绝缘片。
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