JP4025958B2 - ホ−ル素子を備えた電流検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、ホ−ル素子を備えた電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホ−ル素子は、ここに印加される磁界に正比例した電圧即ちホ−ル電圧を発生する。従って、ホ−ル素子を電流通路に沿って配置すると、電流通路を流れる電流に比例して発生する磁界がホ−ル素子に作用し、ホ−ル素子から電流に比例した電圧を得ることができる。電流通路の電流の検出感度を高めるためには、電流通路をホ−ル素子に出来る限り接近させた方が良い。この目的のために、ホ−ル素子を含む半導体チップと被検出電流を流すための電流通路形成用導体とを同一の樹脂封止体の中に配置することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホール素子と電流通路形成用導体とを同一の樹脂封止体でモールドすると、ホール素子と電流通路形成用導体のいずれか一方が不良であっても、全体が不良になり、結果として電流検出装置がコスト高になる。また、従来の電流検出装置では十分な電流検出感度を得ることができなかった。また、従来の電流検出装置では外来ノイズを十分に防止することができなかった。また、例えば６００Ａのような大電流を容易に検出することができる電流検出装置が要求されている。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、コストの低減が可能な電流検出装置を提供することにある。本発明の第２の目的は感度の高い電流検出装置を提供することにある。本発明の第３の目的は外来ノイズを防ぐことができる電流検出装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、コストの低減が可能であり且つ高い信頼性を有して大電流を検出することが可能な電流検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、電気回路の電流を検出するための装置であって、第１の部品と第２の部品と前記第２の部品を前記第１の部品に対して固着している接着層とを備え、前記第１の部品は、前記電気回路の電流を流すための電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体の一部を被覆しており且つ前記第２の部品を位置決めするための位置決め部分を有している第１の絶縁性被覆体とから成り、前記第２の部品は、ホール素子と、前記ホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子と、前記ホール素子と前記複数のリード端子の一部とを被覆している第２の絶縁性被覆体とから成り、且つ前記電流通路形成用導体を流れる電流の基づいて発生する磁界が前記ホール素子に作用するように前記第１の部品の前記位置決め部分に対して位置決めされ、且つ前記接着層によって前記第１の部品に固着されていることを特徴とする電流検出装置に係わるものである。
なお、本願発明における、"前記ホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子”は、ホール素子に直接的に接続されるリード端子のみでなく、ホール素子に対して増幅器又は制御電流供給回路等の付加回路を介して間接的に接続されるリード端子も意味する。
【０００６】
なお、請求項２に示すように第１の部品に第１及び第２の位置決め部分を形成することが望ましい。
また、請求項３に示すように、電流通路形成用導体は平面的に見て、Ｕ字状電流通路を形成するものであることが望ましい。
また、請求項４に示すように、電流通路を狭めるための補助溝を形成することが望ましい。
また、請求項５及び６に示すように、支持板上にホ−ル素子を配置することが望ましい。
また、請求項７に示すように、電流通路形成用導体の第１の部品の絶縁性被覆体に対向する部分を露出させることが望ましい。
また、請求項８に示すように、ホ−ル素子形成用半導体基体に増幅器を形成することが望ましい。
また、請求項９及び１０に示すように、電流検出の感度を高めるために第１及び第２のホ−ル素子を設けることができる。
また、本発明の第４の目的を達成するために、前記電流通路形成用導体は平面的に見て前記第１及び第２の絶縁性被覆体から成る包囲体から導出された導出部を有し、前記複数のリ−ド端子は平面的に見て前記包囲体から導出された導出部を有し、平面的に見て、前記電流通路形成用導体の前記導出部が前記複数のリ−ド端子の前記導出部に重ならないように配置されていることが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば次の効果が得られる。
（１） ホール素子を絶縁性被覆体で被覆した第１の部品と電流通路形成用導体を絶縁性被覆体で被覆した第２の部品とを組み合せて電流検出装置を構成するので、良品の第１及び第２の部品を組み合せることができ、完成品の不良の発生が少なくなり，結果としてコストの低減を図ることができる。
（２） 第２の部品に第１の部品の位置決め部分を設けるので、両者の位置関係を正確に保つことができ、電流検出精度を高めることができる。
また、請求項２の発明によれば、リード端子が位置決めされるので、複数のリード端子の相互間の短絡及びリード端子の変形を防ぐことができる。
また、請求項３の発明によれば、導体に溝によってＵ字状の電流通過が形成されており、平面的に見てこのＵ字状電流通路の中にホール素子の主動作領域が配置されているので、ホール素子に対して作用する磁束の数が多くなり、電流の検出感度が高くなる。
また、請求項４の発明によれば、導体に補助溝を設けて電流通路を狭めているので、放熱性及び機械的強度を高めるために導体を比較的幅広に形成したにも拘らず、電流を集中的に流すことができ、ホール素子に対して有効に作用する磁束を増大させることができる。
また、請求項５の発明によれば、支持板と電流通路形成用導体との間にホール素子が配置されているので、支持板がホール素子のシールド層として機能し、外部からの不要電界ノイズを低減することができる。
また、請求項６の発明によれば、電流通路形成用導体に乗ってくるノイズがホ−ル素子に及ぶことを支持板で低減することができる。
また、請求項７の発明によれば、ホール素子を電流通路形成用導体に接近させて電流検出感度を向上させることができる。また、第１の部品の位置決め精度を高めることができる。
また、請求項８の発明によれば、電流検出装置の小型化を達成することができる。
また、請求項９及び１０の発明によれば、電流検出感度の向上及び耐ノイズ性の向上を図ることができる。
また、請求項１１の発明によれば、電流通路形成用導体の導出部と複数のリ−ド端子の導出部とが平面的に見て重ならないように配置されているので、上記２つの導出部相互間の沿面距離を大きくすることが可能になり、比較的大きな電流を高い信頼性を有して検出することが可能になる。
【０００８】
【実施形態】
次に、図１〜図２２を参照して本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
【第１の実施形態】
図１〜図１４に示す第１の実施形態の電流検出装置は、図５に示す第１の部品１と第２の部品２とを図１〜図３に示すように接着層３で相互に結合したものから成り、例えば電気自動車における電流検出に使用することができるものである。
【００１０】
第１の部品１は、被測定電流即ち被検出電流を流すための電流通路形成用導体４と、第１の絶縁性被覆体としての第１の樹脂成形体５とから成る。
【００１１】
電流通路形成用導体４は、例えば１００〜６００Ａ程度の電流を流すことができる比較的厚い銅板にニッケルメッキ層を設けた金属板をプレス加工したものであり、平面的に見て図８に示すように全体としてＵ字状に形成され、溝６を介して並置された第１及び第２の部分７、８と、第１及び第２の部分７、８の一方の端を相互に連結するように配置された第３の部分９とを有している。帯状に延びている第１及び第２の部分７、８は、図８で破線で区画して示すように第１及び第２の端子部分７ａ、８ａと、第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂとを有する。第１及び第２の端子部分７ａ、8ａには、この導体４を電気回路に直列に接続するための貫通孔１０ａ、１０ｂが設けられている。従って、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａは電気回路導体（図示せず）に対してビスで固定される。導体４の第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂには、この外周縁から内側に向うように切り込み溝１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが形成されている。また、第３の電流通路形成部分として働く第３の部分９にも溝１１ｅ、１１ｆが形成されている。この溝１１ａ〜１１ｅは電流通路を溝６寄りに狭める働き、及び樹脂成形体５との噛み合いを強めて結合強度を向上させる働きを有する。
【００１２】
第１の樹脂成形体５は、導体４の機械的安定性の向上及び電気的絶縁性の向上及び第２の部品２の位置決め及び保護のためのものであって、対の端子部分７ａ、８ａと第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂ及び第３の部分９の一方の主面の一部を露出させ、これ以外の部分を被覆するように形成されている。更に詳細には、図２及び図３から最も明らかなように、第１の樹脂成形体５は、第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂと第３の部分９の下面側の全体を覆い、且つこれ等の上面側の一部を覆い、且つ第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂの相互間及び溝１１ａ〜１１ｆに充填されている。第１の樹脂成形体５は、図１〜図６から明らかなように、第２の部品２を第１の部品１に位置決めするための第１及び第２の位置決め部分５ａ、５ｂを有する。この第１及び第２の位置決め部分５ａ、５ｂの詳細は追って説明する。なお、第１の樹脂成形体５の導体４の下面側部分の厚みは放熱性を良くするために導体４の上面側部分の厚みよりも薄く形成されている。第１の樹脂成形体５は周知のトランスファモールド法又はインジェクションによって一体に形成することができる。
【００１３】
第２の部品２はホールＩＣ即ちホール素子を含む半導体装置であって、
図７から明らかなようにホール素子を含む半導体チップ２０と、金属製支持板２１と、この支持板２１に連結された外部リード端子２２と、支持板２１に連結されていない外部リード端子２３、２４、２５と、内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９と、第２の絶縁性被覆体としての第２の樹脂成形体３０とから成る。
【００１４】
半導体チップ２０は金属支持板２１に固着されている。例えばＡｌ線から成る内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９は、半導体チップ２０と支持板２１及び外部リード端子２３、２４、２５との間を電気的に接続している。第２の樹脂成形体３０は半導体チップ２０、支持板２１、外部リード端子２２、２３、２４、２５の一部、内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９を覆うように周知のトランスファモールド法又はインジェクションモールド法によって形成されている。このホールＩＣ側の第２の樹脂成形体３０は、図５に示すように電流通路形成体としての第１の部品１の導体４の平坦な露出主面３１上に配置される主面３２と、第１の樹脂成形体５の第１の位置決め部分５ａを形成する凹部の１つの壁面３３に対向させる側面３４とを有する。第２の部品２の第２の樹脂成形体３０は、平面的に見て第１の部品１の第１の樹脂成形体５に形成された凹状の第１の位置決め部分５ａに収容させることができるパターンに形成されている。第１及び第２の部品１，２の組立て時に、第１の部品１側の導体４の主面３１と第２の部品２側の主面３２との間及び第１の部品１側の壁面３３と第２の部品２側の側面３４とが図２に示すように接着層３によって互いに固着される。従って、電流検出装置の組立が終了した後には、第１及び第２の部品１、２が一体化され、実質的に単一の電気部品となる。
ホール素子３５を含む半導体チップ２０に接続された４本の外部リード端子２２，２３，２４，２５は互いに平行になるように第２の樹脂成形体３０から導出されている。これ等の外部リード端子２２，２３，２４，２５の一部は、図４から最も明らかなように第１の樹脂成形体５に溝状に形成された４つの第２の位置決め部分５ｂに挿入され、相互間の短絡及びこれ等の変形が防止されている。外部リード端子２２〜２５の先端側部分は半導体チップ２０を外部回路に接続するために第１の樹脂成形体５の外側に導出されている。更に，第１及び第２の部品１，２の一体化を強めるために、第１及び第２の部品１，２が接着層３で一体化された後に、第１の位置決め部分５ａと第２の位置決め部分５ｂとに生じた第１及び第２部品１，２間の隙間に絶縁性樹脂が注入されて固化され、図１３及び図１４に示す樹脂層９０が形成されている。
接着層３で一体化された第１の部品１の第１の樹脂成形体５と第２の部品２の第２の樹脂成形体３０との組み合せから成る絶縁性包囲体１００は、図１のように平面的に見て四角形に形成されている。平面的に見て、電流通路形成用導体４の上記包囲体１００又は第１及び第２の樹脂成形体５、３０からの外側への導出部は、複数の外部リ−ド端子２２〜２５の上記包囲体１００又は第１及び第２の樹脂形成態５、３０からの外側への導出部に重ならないように配置されている。更に詳細には、第１及び第２の樹脂成形体５、３０の組み合せから成る包囲体１００は、互いに対向する第１及び第２の主面１０１、１０２と第１、第２、第３及び第４の側面１０３、１０４、１０５、１０６とを有する６面体即ち直方体である。電流通路形成用導体４の導出部は、第３の側面１０５から導出され、外部リ−ド端子２２〜２５の上記導出部は第３の側面１０５とは異なる第１の側面１０３から導出されている。
【００１５】
半導体チップ２０は、図１０に概略的に示す底面図から明らかなように周知のホール素子３５と、増幅器３６と、制御電流供給回路３７と、第１、第２、第３及び第４の端子３８、３９、４０、４１とを有し、平面的に見て四角形に形成されている。
【００１６】
ホール素子３５、増幅器３６及び制御電流供給回路３７は化合物半導体（例えばガリウム砒素）から成る同一の半導体基板４２の中に周知の方法で形成されている。半導体チップ２０の形成方法及び構成は周知であるので、図１１及び図１２には本発明に係わる電流通路形成用の第１の部品１と直接に関係するホール素子３５のみが示され、増幅器３６及び制御電流供給回路３７の図示は省略されている。
【００１７】
平面的に見て四角形の半導体基板４２の中には、ホール素子３５を形成するためにｎ型の第１、第２、第３、第４及び第５の半導体領域４３、４４、４５、４６、４７と、ｐ型の第６、第７及び第８の半導体領域４８、４９、５０が形成されている。ｎ型の第５の半導体領域４７は半導体基体４２の大部分を占めるｐ型の第８の半導体領域５０の中に島状に形成され、図１１に示すように平面的に見て十字状のパターンを有する。ｎ型の第１及び第２の半導体領域４３、４４はｎ型の第５の半導体領域４７の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+ 型半導体領域であって、図１１に示すようにＹ軸方向において互いに離間して対向配置され且つ第５の半導体領域４７の中に島状に形成されている。この第１及び第２の半導体領域４３、４４には図１０に示すように第１及び第２の電極５１、５２がオーミック接触している。第１及び第２の電極５１、５２は制御電流供給回路３７に接続されているので、第５の半導体領域４７に第１の半導体領域４３から第２の半導体領域４４に向って周知の制御電流Ｉc が流れる。従って、第１及び第２の半導体領域４３、４４を制御電流供給用半導体領域と呼ぶこともできる。なお、第１及び第２の電極５１、５２は周知の制御電流供給回路３７を介して直流電源接続用の第３及び第４の端子４０、４１に接続されている。
【００１８】
ｎ型の第３及び第４の半導体領域４５、４６は、ｎ型の第５の半導体領域４７の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+ 型半導体領域であって、第５の半導体領域４７のＹ軸方向の中央部分の両端の近くに配置されている。この第３及び第４の半導体領域４５、４６の一部は第５の半導体領域４７に隣接し、残部はｐ型半導体から成る第６及び第７の半導体領域４８、４９に隣接している。Ｘ軸方向において互いに対向している第３及び第４の半導体領域４５、４６には図１０及び図１２に示すように第３及び第４の電極５３、５４がオーミック接触している。従って、第３及び第４の半導体領域４５、４６をホール電圧検出用半導体領域と呼ぶこともできる。ｐ型の第６及び第７の半導体領域４８、４９はｎ+ 型の第３及び第４の半導体領域４５、４６の第５の半導体領域４７に対する接触面積を制限するものである。
【００１９】
第１及び第２の半導体領域４３、４４間に制御電流Ｉc が流れ、この制御電流Ｉc に対して直交するように磁界を印加すると、第３及び第４の半導体領域４５、４６間に周知のホール効果の原理に従って磁束密度に比例したホール電圧が得られる。従って、ホール素子３５のホール電圧を発生させるための主動作領域は、第５の半導体領域４７における第１及び第２の半導体領域４３、４４の相互間及び第３及び第４の半導体領域４５、４６の相互間である。しかし、概略的には第５の半導体領域４７の全体をホール素子の主動作領域と呼ぶことができる。
ホール電圧検出用の第３及び第４の電極５３、５４は、図９に示すように周知の増幅器３６を介して第１及び第２の端子３８、３９に接続されている。
【００２０】
半導体基板４２の一方の主面には例えばシリコン酸化膜から成る絶縁膜５５が設けられ、他方の主面には例えばアルミニウムから成る金属層５６が設けられている。絶縁膜５５は多層配線構造とするために第１及び第２の絶縁膜５５ａ、５５ｂの積層体から成る。第１及び第２の電極５１、５２は第１及び第２の絶縁膜５５ａ、５５ｂの開口を介して第１及び第２の半導体領域４３、４４に接続され、第３及び第４の電極５３、５４は第１の絶縁膜５５ａの開口を介して第３及び第４の半導体領域４５、４６に接続されている。半導体基板４２の他方の主面の金属層５６は導電性又は絶縁性の接合材５７によって支持板２１に固着されている。
【００２１】
支持板２１は、図９から明らかなように、この主面に垂直な方向から見て即ち平面的に見て全体的に四角形のパターンに形成されており、半導体チップ２０よりも大きな面積を有する。支持板２１と第１〜第４の外部リード端子２２〜２５とはリードフレームに基づいて形成されており、互いに同一厚み且つ同一の材料の例えば銅板にニッケルメッキした金属板から成る。支持板２１及びリード端子２２〜２５は、電流通路形成用導体４よりも薄く形成されている。支持板２１はワイヤ２６によって半導体チップ２０の第１の端子３８に接続されている。この支持板２１に連結された外部リード端子２２は一般にはグランドに接続される。半導体チップ２０の第２、第３及び第４の端子３９、４０、４１は、ワイヤ２７、２８、２９によって外部リード端子２３、２４、２５に接続されている。
【００２２】
支持板２１に固着された半導体チップ２０のホール素子３５は、図１から明らかなように平面的に見てその大部分が電流通路形成用導体４の溝６の内側になるように配置されている。更に詳細には、図１及び図５で破線で示すように少なくともホール素子３５の主動作領域が平面的に見て溝６の内側になるように半導体チップ２０が配置されている。
【００２３】
図１の電流検出装置によって電流を検出する時には、被検出電流が流れている電気回路に導体４の第１及び第２の端子部７ａ、７ｂを接続し、Ｕ字状電流通路を形成する導体４に電流を流す。電流通路形成用導体４は平面的に見てホール素子３５の主動作領域となる第５の半導体領域４７の３方向に近接しているので、電流通路形成用導体４に電流が流れると、アンペアの右ネジの法則に従って図１２で破線で示す向きの磁界Ｈが発生し、３方向からホ−ル素子３５に磁界即ち磁束が作用する。この磁界Ｈの向きは第５の半導体領域４７の制御電流Ｉc の向きに垂直であるので、第３及び第４の半導体領域４５、４６間即ち第３及び第４の電極５３、５４間にホール電圧が発生する。このホール電圧は磁界Ｈに比例し、磁界Ｈは被検出電流に比例するので、ホール電圧によって被検出電流を検出することができる。
【００２４】
本実施形態の電流検出装置は次の効果を有する。
（１） 電流通路形成体としての第１の部品１とホール装置としての第２の部分２とを別の工程で独立に形成し、その後に組立てるので，それぞれの良品のみを組み合せることができる。これにより、電流検出装置の製造歩留りの向上及びコストの低減が達成される。
（２） 第１の部品１に位置決め部分５ａ、５ｂを設け、ここに第２の部品２を位置決めするので、電流通路形成用導体４に対するホール素子３５の位置決めを正確に行うことができ、電流検出のバラツキを防ぐことができる。
（３） 外部リード端子２２〜２５の位置決め部分５ｂを設けたので、これ等の相互間の短絡及びこれ等の変形を防ぐことができる。
（４） ホール素子３５と一体的に電流通路形成用導体４を設けたので、ホール素子３５に接近させて例えば１００〜６００Ａのような大電流を流すことが可能になり、且つ両者の位置関係を予め高精度に設定することができ、大電流の検出を高精度に行うことができる。
（５） 導体４の溝６によってＵ字状の電流通路が形成されており、平面的に見てこのＵ字状電流通路の中にホール素子３５の主動作領域となる第５の半導体領域４７が配置されているので、第５の半導体領域４７に対して磁束が３方向から作用し、ここに作用する磁束の数が多くなり、電流の検出感度が高くなる。
（６） 導体４に補助溝１１ａ〜１１ｅを設けて電流通路を狭めているので、放熱性及び機械的強度を向上させるために導体４を比較的幅広に形成したにも拘らず、電流を集中的に流すことができ、ホール素子３５に対して有効に作用する磁束を増大させることができる。
（７） 支持板２１と電流通路形成用導体４との間に半導体チップ２０が配置されているので、支持板２１が半導体チップ２０のシールド層として機能し、外部からの不要電界ノイズを低減することができる。
（８） ホール素子３５を含む第２の部品２と大電流が流れる電流通路形成用の第１の部品１とを重ねるように組み合せるので、電流検出装置の小型化が達成される。
（９） 第１及び第２の部品１，２を独立に形成するので、導体４の厚みに拘束されずに支持板２１及び外部リード端子２２〜２５を電流通路形成用導体４よりも薄くすることが可能になり、ホールＩＣ即ち第２の部品２を低コスト且つ容易に形成することができる。
（１０） 電流通路形成用導体４とホ−ル素子３５とが一体化されているので、電気回路に対する接続及び配置が容易になる。
（１１） 電流通路形成用導体４は絶縁性包囲体１００の第３の側面１０５から導出され、外側リ−ド端子２２〜２５は第３の側面１０５と反対側の第１の側面１０３から導出され、且つ平面的に見て２つの導出部は重ならないので電流通路形成用導体４と外部リ−ド端子２２〜２５との沿面距離を大きくすることができる。この結果、電流検出装置の信頼性を向上させることができる。また、比較的多きな電流を流すことができる電流通路形成用導体４の外部回路への接続を外部リ−ド端子２２〜２５に妨害されずに容易且つ確実に行うことができる。
【００２５】
【第２の実施形態】
次に、図１５〜図２０を参照して第２の実施形態の電流検出装置を説明する。但し、図１５〜図２０において図１〜図１４と共通する部分には同一の符号、又はダッシュ又は添字ａ、ｂを伴なった同一の符号を付してその説明を省略する。また、図１５〜図２０の説明において、図１〜図１４も参照する。
【００２６】
図１５〜図２０に示す第２の実施形態の電流検出装置は、図１５に示す第１の部品１’と図１６に示す第２の部品２’とを図１９に説明的に示す接着層３’で一体化したものである。図１５の第１の部品１’は第１の実施形態の図６の第１の部品１と同様に電流通路形成用導体４ａと第１の樹脂成形体５’とを有し、第１の樹脂成形体５’は第１及び第２の位置決め部分５ａ’、５ｂ’を有する。第２の部品２’は図１６に示すように第１及び第２のホール素子３５，３５’を有し、且つ第２の樹脂成形体３０’、外部リード端子２２’〜２５’を有する。なお、第１及び第２のホール素子３５、３５’は図１９に示すように同一の半導体基板４２ａに形成されている。この第１及び第２のホ−ル素子３５、３５’は同一構造であるので、互いに共通する部分には同一の符号を付し、第２のホール素子３５’の各部の符号にダッシュを付して両者を区別する。
【００２７】
図１７に示す電流通路形成用導体４ａは、第１及び第２のホール素子３５、３５′の主動作領域である第５の半導体領域４７、４７′に隣接するＳ字状電流通路形成するために、第１及び第２の溝６，６′と複数の補助溝１１ａ’、１１ｂ’とを有する。第１及び第２の溝６，６’は互いに逆の方向から切り込まれている。電流通路形成用導体４ａの第１及び第２の端子部分７ａ’、８ａ’は、図８の第１及び第２の端子部分７ａ、７ｂと同様に被検出電流が流れる電気回路に接続される。第１及び第２のホール素子３５、３５´の主動作領域としての第５の半導体領域４７，４７´は平面的に見て第１及び第２の溝６，６´の内側に配置されている。
第１及び第２のホール素子３５，３５´を含む半導体チップ２０´は図１７に示すように金属支持板２１に固着されている。第２の部品２´は第１の部品１´に対して第１及び第２の位置決め部分５ａ´、５ｂ´を使用して位置決めされ、接着層３´で固着される。第2の樹脂成形体３０´を伴って包囲体を構成する第１の樹脂成形体５´は、図１の第１の樹脂成形体５と同様に６面体であって、第１及び第２の主面１０１、１０２、第１、第２、第３及び第４の側面１０３、１０４、１０５、１０６を有している。電流通路形成用導体４ａの第１の端子部７a´から成る一方の導出部は、第３の側面１０５から導出され、第２の端子部８ａ´からなる他方の導出部は第１の側面１０３から導出されている。図１６に示す複数の外部リ−ド端子２２´〜２５´は図１５の位置決め部分５ｂ´に配置されて第１の側面１０３から導出される。第１の側面１０３からは端子部８ａ´と外部リ−ド端子２２´〜２５´との両方が導出されるが、平面的に見て両者は重ならない。
【００２８】
電流通路形成用導体４ａに流れる電流に基づいて生じる磁界Ｈの向きは第１及び第２のホール素子３５、３５′に対して図１９で破線で示すように互いに逆になる。第１及び第２のホール素子３５、３５′に周知の制御電流Ｉc を流すために第１のホール素子３５の第１及び第２の電極５１、５２と第２のホール素子３５′の第１及び第２の電極５１′、５２′とが図２０の周知の制御電流供給回路３７ａに接続されている。第１及び第２のホール素子３５、３５′の出力電圧を合成して被検出電流に対応する電圧を得るための出力回路３６ａは、第１、第２及び第３の差動増幅器７１、７２、７３から成る。第１の差動増幅器７１の正入力端子は第１のホール素子３５の第３の電極５３に接続され、この負入力端子は第１のホール素子３５の第４の電極５４に接続されている。第２の差動増幅器７２の正入力端子は第２のホール素子３５′の第３の電極５３′に接続され、この負入力端子は第２のホール素子３５′の第４の電極５４′に接続されている。従って、第１の差動増幅器７１から得られる第１のホール電圧Ｖh1と第２の差動増幅器７２から得られる第２のホール電圧−Ｖh2は互いに逆の極性を有する。第３の差動増幅器７３の正入力端子は第１の差動増幅器７１に接続され、この負入力端子は第２の差動増幅器７２に接続されている。従って、第３の差動増幅器７３からはＶh1−（−Ｖh2）＝Ｖh1＋Ｖh2の出力が得られる。即ち、演算手段としての第３の差動増幅器７３からは、第１の差動増幅器７１の出力Ｖh1の絶対値と第２の差動増幅器７２の出力−Ｖh2の絶対値との和が得られる。
なお、第２の差動増幅器７２の出力段に反転回路を設け、第３の差動増幅器７３の代りに加算器を設けることによってＶh1＋Ｖh2を示す出力を得ることもできる。
【００２９】
第１及び第２のホール素子３５、３５′は、図１９に示すように共通の半導体基体４２ａに形成されている。勿論、第１及び第２のホール素子３５、３５′を個別の半導体基体に形成することもできる。
【００３０】
第２の実施形態は第１の実施形態の（１）〜（１０）と同一の効果を有する他に次の効果も有する。
（１） 第１及び第２のホール素子３５、３５′の出力の絶対値の加算値が得られるので、電流検出感度が大きくなる。
（２） 電流通路形成用導体４ａの中間部分を第１及び第２のホール素子３５、３５′で共用しているので、スペースの増大が抑えられている。
（３） 第１及び第２のホール素子３５、３５′を並置し、この合成出力を得る構成であり、且つ第１及び第２のホール素子３５、３５′に対する磁界Ｈの方向が逆になるので、不要な外部磁界（ノイズ）が第１及び第２のホール素子３５、３５′に加わった場合にこれ等の相殺が生じ、外部磁界の影響の少ない電流検出を行うことができる。即ち不要外部磁界に基づくホール電圧をＶ0 とすると、第１の差動増幅器７１の出力はＶh1＋Ｖ0 、第２の差動増幅器７２の出力は−Ｖh2＋Ｖ0 となり、第３の差動増幅器７３の出力はＶh1＋Ｖ0 −（−Ｖh2＋Ｖ0 ）＝Ｖh1＋Ｖh2となり、不要外部磁界の影響の少ない出力を得ることができ、電流Ｉs の検出精度が向上する。
【００３１】
【第３の実施形態】
次に、図２１を参照して第３の実施形態の電流検出装置を説明する。但し、図２１において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図２１の電流検出装置は、電流通路形成用導体４の外部への導出構成を変え、この他は、図１と実質的に同一に形成したものである。即ち、図２１では、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａが図１に比べて左側及び右側に延びている。また、電流通路形成用導体４の第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの間のＵ字状溝６を含む部分が第１の樹脂形成体５で被覆されている。従って、電流通路形成用導体４の第１の端子部分７ａを含む一方の導出部が包囲体１００即ち第１の樹脂成形体５の第２の側面１０４から導出され、第２の端子部分８ａを含む他方の導出部が包囲体１００即ち第１の樹脂成形体５の第４の側面１０６から導出されている。第２の部品２の外部リ−ド端子２２〜２５は図１と同様に包囲体１００の第１の側面１０３から導出されている。この結果、平面的に見て電流通路形成用導体４の導出部と外部リ−ド端子２２〜２５の導出部との重なり合いが生じていない。
【００３２】
図２１の第３の実施形態は、図１の第１の実施形態と同一の効果（１）〜（１１）を有する他に、次の効果も有する。
（１） 第１の端子部分７ａと第２の端子部分８ａとが互いに離間しているので、外部回路に対する第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの取付け作業が容易になる。
（２） 第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの間が第１の樹脂成形体５で被覆されているので、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの短絡を防止することができる。
【００３３】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図８の溝６及び図１５の溝６，６’の代りに、図２２に示すようにＪ字状溝６ａを設け、この溝６ａで囲まれた部分にホール素子３５を配置することができる。なお、Ｊ字状溝６ａに囲まれた部分８０は放熱体及び電界シールドとして機能する。
（２） 各実施形態において、半導体基体４２、４２ａの電流通路形成用導体４，４ａと反対側の主面上に磁性体から成る集磁板を配置することができる。
（３） 半導体基体４２、４２ａ’をシリコン等の別の半導体で形成することができる。
（４） 図２３に示すように、支持板２１の導体４又は４ａに対向しない表面側に半導体チップ２０を配置することができる。この場合には、導体４に乗ってくるノイズがホ−ル素子３５を含む半導体チップ２０に及ぶことを支持板２１によって防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の電流検出装置を示す平面図である。
【図２】図１の第１の実施形態の電流検出装置のＡ−Ａ線の一部を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線を示す断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線を示す断面図である。
【図５】図１の電流検出装置を第１及び第２の部品に分解して図２と同様な断面で示す断面図である。
【図６】図１の第１の部品の平面図である。
【図７】図１の第２の部品を示す平面図である。
【図８】図６の第１の部品の電流通路形成用導体を示す断面図である。
【図９】図７の第２の部品を樹脂成形体を省いて示す平面図である。
【図１０】図９の半導体チップの底面図である。
【図１１】図１０の半導体基体のホール素子部分を示す平面図である。
【図１２】図１０のＤ−Ｄ線の一部を示す断面図である。
【図１３】樹脂層を設けた電流検出装置を図２と同様に示す断面図である。
【図１４】樹脂層を設けた電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１５】第２の実施形態の電流検出装置の第１の部品を示す平面図である。
【図１６】第２の実施形態の第２の部品を示す平面図である。
【図１７】図１５の電流通路形成用導体を示す平面図である。
【図１８】第２の実施形態のＳ字状電流通路と第１及び第２のホール素子とを示す平面図である。
【図１９】第２の実施形態の電流検出装置の一部を図１８のＥ−Ｅ線に相当する部分で示す断面図である。
【図２０】第２の実施形態の電流検出装置を示す電気回路図である。
【図２１】第３の実施形態の電流検出装置を図１と同様に示す平面図である。
【図２２】変形例の電流通路形成用導体を示す平面図である。
【図２３】変形例の電流検出装置を図１４と同様に示す断面図である。
【符号の説明】
１、２ 第１及び第２の部品
３ 接着層
４ 電流通路形成用導体
５、３０ 樹脂成形体
５ａ、５ｂ 位置決め部分
２０ 半導体チップ
２１ 支持板
２２〜２５ 外部リード端子
３５ ホール素子
【発明の属する分野】
本発明は、ホ−ル素子を備えた電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホ−ル素子は、ここに印加される磁界に正比例した電圧即ちホ−ル電圧を発生する。従って、ホ−ル素子を電流通路に沿って配置すると、電流通路を流れる電流に比例して発生する磁界がホ−ル素子に作用し、ホ−ル素子から電流に比例した電圧を得ることができる。電流通路の電流の検出感度を高めるためには、電流通路をホ−ル素子に出来る限り接近させた方が良い。この目的のために、ホ−ル素子を含む半導体チップと被検出電流を流すための電流通路形成用導体とを同一の樹脂封止体の中に配置することがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホール素子と電流通路形成用導体とを同一の樹脂封止体でモールドすると、ホール素子と電流通路形成用導体のいずれか一方が不良であっても、全体が不良になり、結果として電流検出装置がコスト高になる。また、従来の電流検出装置では十分な電流検出感度を得ることができなかった。また、従来の電流検出装置では外来ノイズを十分に防止することができなかった。また、例えば６００Ａのような大電流を容易に検出することができる電流検出装置が要求されている。
【０００４】
そこで、本発明の第１の目的は、コストの低減が可能な電流検出装置を提供することにある。本発明の第２の目的は感度の高い電流検出装置を提供することにある。本発明の第３の目的は外来ノイズを防ぐことができる電流検出装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、コストの低減が可能であり且つ高い信頼性を有して大電流を検出することが可能な電流検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、電気回路の電流を検出するための装置であって、第１の部品と第２の部品と前記第２の部品を前記第１の部品に対して固着している接着層とを備え、前記第１の部品は、前記電気回路の電流を流すための電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体の一部を被覆しており且つ前記第２の部品を位置決めするための位置決め部分を有している第１の絶縁性被覆体とから成り、前記第２の部品は、ホール素子と、前記ホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子と、前記ホール素子と前記複数のリード端子の一部とを被覆している第２の絶縁性被覆体とから成り、且つ前記電流通路形成用導体を流れる電流の基づいて発生する磁界が前記ホール素子に作用するように前記第１の部品の前記位置決め部分に対して位置決めされ、且つ前記接着層によって前記第１の部品に固着されていることを特徴とする電流検出装置に係わるものである。
なお、本願発明における、"前記ホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子”は、ホール素子に直接的に接続されるリード端子のみでなく、ホール素子に対して増幅器又は制御電流供給回路等の付加回路を介して間接的に接続されるリード端子も意味する。
【０００６】
なお、請求項２に示すように第１の部品に第１及び第２の位置決め部分を形成することが望ましい。
また、請求項３に示すように、電流通路形成用導体は平面的に見て、Ｕ字状電流通路を形成するものであることが望ましい。
また、請求項４に示すように、電流通路を狭めるための補助溝を形成することが望ましい。
また、請求項５及び６に示すように、支持板上にホ−ル素子を配置することが望ましい。
また、請求項７に示すように、電流通路形成用導体の第１の部品の絶縁性被覆体に対向する部分を露出させることが望ましい。
また、請求項８に示すように、ホ−ル素子形成用半導体基体に増幅器を形成することが望ましい。
また、請求項９及び１０に示すように、電流検出の感度を高めるために第１及び第２のホ−ル素子を設けることができる。
また、本発明の第４の目的を達成するために、前記電流通路形成用導体は平面的に見て前記第１及び第２の絶縁性被覆体から成る包囲体から導出された導出部を有し、前記複数のリ−ド端子は平面的に見て前記包囲体から導出された導出部を有し、平面的に見て、前記電流通路形成用導体の前記導出部が前記複数のリ−ド端子の前記導出部に重ならないように配置されていることが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば次の効果が得られる。
（１） ホール素子を絶縁性被覆体で被覆した第１の部品と電流通路形成用導体を絶縁性被覆体で被覆した第２の部品とを組み合せて電流検出装置を構成するので、良品の第１及び第２の部品を組み合せることができ、完成品の不良の発生が少なくなり，結果としてコストの低減を図ることができる。
（２） 第２の部品に第１の部品の位置決め部分を設けるので、両者の位置関係を正確に保つことができ、電流検出精度を高めることができる。
また、請求項２の発明によれば、リード端子が位置決めされるので、複数のリード端子の相互間の短絡及びリード端子の変形を防ぐことができる。
また、請求項３の発明によれば、導体に溝によってＵ字状の電流通過が形成されており、平面的に見てこのＵ字状電流通路の中にホール素子の主動作領域が配置されているので、ホール素子に対して作用する磁束の数が多くなり、電流の検出感度が高くなる。
また、請求項４の発明によれば、導体に補助溝を設けて電流通路を狭めているので、放熱性及び機械的強度を高めるために導体を比較的幅広に形成したにも拘らず、電流を集中的に流すことができ、ホール素子に対して有効に作用する磁束を増大させることができる。
また、請求項５の発明によれば、支持板と電流通路形成用導体との間にホール素子が配置されているので、支持板がホール素子のシールド層として機能し、外部からの不要電界ノイズを低減することができる。
また、請求項６の発明によれば、電流通路形成用導体に乗ってくるノイズがホ−ル素子に及ぶことを支持板で低減することができる。
また、請求項７の発明によれば、ホール素子を電流通路形成用導体に接近させて電流検出感度を向上させることができる。また、第１の部品の位置決め精度を高めることができる。
また、請求項８の発明によれば、電流検出装置の小型化を達成することができる。
また、請求項９及び１０の発明によれば、電流検出感度の向上及び耐ノイズ性の向上を図ることができる。
また、請求項１１の発明によれば、電流通路形成用導体の導出部と複数のリ−ド端子の導出部とが平面的に見て重ならないように配置されているので、上記２つの導出部相互間の沿面距離を大きくすることが可能になり、比較的大きな電流を高い信頼性を有して検出することが可能になる。
【０００８】
【実施形態】
次に、図１〜図２２を参照して本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
【第１の実施形態】
図１〜図１４に示す第１の実施形態の電流検出装置は、図５に示す第１の部品１と第２の部品２とを図１〜図３に示すように接着層３で相互に結合したものから成り、例えば電気自動車における電流検出に使用することができるものである。
【００１０】
第１の部品１は、被測定電流即ち被検出電流を流すための電流通路形成用導体４と、第１の絶縁性被覆体としての第１の樹脂成形体５とから成る。
【００１１】
電流通路形成用導体４は、例えば１００〜６００Ａ程度の電流を流すことができる比較的厚い銅板にニッケルメッキ層を設けた金属板をプレス加工したものであり、平面的に見て図８に示すように全体としてＵ字状に形成され、溝６を介して並置された第１及び第２の部分７、８と、第１及び第２の部分７、８の一方の端を相互に連結するように配置された第３の部分９とを有している。帯状に延びている第１及び第２の部分７、８は、図８で破線で区画して示すように第１及び第２の端子部分７ａ、８ａと、第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂとを有する。第１及び第２の端子部分７ａ、8ａには、この導体４を電気回路に直列に接続するための貫通孔１０ａ、１０ｂが設けられている。従って、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａは電気回路導体（図示せず）に対してビスで固定される。導体４の第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂには、この外周縁から内側に向うように切り込み溝１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが形成されている。また、第３の電流通路形成部分として働く第３の部分９にも溝１１ｅ、１１ｆが形成されている。この溝１１ａ〜１１ｅは電流通路を溝６寄りに狭める働き、及び樹脂成形体５との噛み合いを強めて結合強度を向上させる働きを有する。
【００１２】
第１の樹脂成形体５は、導体４の機械的安定性の向上及び電気的絶縁性の向上及び第２の部品２の位置決め及び保護のためのものであって、対の端子部分７ａ、８ａと第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂ及び第３の部分９の一方の主面の一部を露出させ、これ以外の部分を被覆するように形成されている。更に詳細には、図２及び図３から最も明らかなように、第１の樹脂成形体５は、第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂと第３の部分９の下面側の全体を覆い、且つこれ等の上面側の一部を覆い、且つ第１及び第２の電流通路形成部分７ｂ、８ｂの相互間及び溝１１ａ〜１１ｆに充填されている。第１の樹脂成形体５は、図１〜図６から明らかなように、第２の部品２を第１の部品１に位置決めするための第１及び第２の位置決め部分５ａ、５ｂを有する。この第１及び第２の位置決め部分５ａ、５ｂの詳細は追って説明する。なお、第１の樹脂成形体５の導体４の下面側部分の厚みは放熱性を良くするために導体４の上面側部分の厚みよりも薄く形成されている。第１の樹脂成形体５は周知のトランスファモールド法又はインジェクションによって一体に形成することができる。
【００１３】
第２の部品２はホールＩＣ即ちホール素子を含む半導体装置であって、
図７から明らかなようにホール素子を含む半導体チップ２０と、金属製支持板２１と、この支持板２１に連結された外部リード端子２２と、支持板２１に連結されていない外部リード端子２３、２４、２５と、内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９と、第２の絶縁性被覆体としての第２の樹脂成形体３０とから成る。
【００１４】
半導体チップ２０は金属支持板２１に固着されている。例えばＡｌ線から成る内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９は、半導体チップ２０と支持板２１及び外部リード端子２３、２４、２５との間を電気的に接続している。第２の樹脂成形体３０は半導体チップ２０、支持板２１、外部リード端子２２、２３、２４、２５の一部、内部接続ワイヤ２６、２７、２８、２９を覆うように周知のトランスファモールド法又はインジェクションモールド法によって形成されている。このホールＩＣ側の第２の樹脂成形体３０は、図５に示すように電流通路形成体としての第１の部品１の導体４の平坦な露出主面３１上に配置される主面３２と、第１の樹脂成形体５の第１の位置決め部分５ａを形成する凹部の１つの壁面３３に対向させる側面３４とを有する。第２の部品２の第２の樹脂成形体３０は、平面的に見て第１の部品１の第１の樹脂成形体５に形成された凹状の第１の位置決め部分５ａに収容させることができるパターンに形成されている。第１及び第２の部品１，２の組立て時に、第１の部品１側の導体４の主面３１と第２の部品２側の主面３２との間及び第１の部品１側の壁面３３と第２の部品２側の側面３４とが図２に示すように接着層３によって互いに固着される。従って、電流検出装置の組立が終了した後には、第１及び第２の部品１、２が一体化され、実質的に単一の電気部品となる。
ホール素子３５を含む半導体チップ２０に接続された４本の外部リード端子２２，２３，２４，２５は互いに平行になるように第２の樹脂成形体３０から導出されている。これ等の外部リード端子２２，２３，２４，２５の一部は、図４から最も明らかなように第１の樹脂成形体５に溝状に形成された４つの第２の位置決め部分５ｂに挿入され、相互間の短絡及びこれ等の変形が防止されている。外部リード端子２２〜２５の先端側部分は半導体チップ２０を外部回路に接続するために第１の樹脂成形体５の外側に導出されている。更に，第１及び第２の部品１，２の一体化を強めるために、第１及び第２の部品１，２が接着層３で一体化された後に、第１の位置決め部分５ａと第２の位置決め部分５ｂとに生じた第１及び第２部品１，２間の隙間に絶縁性樹脂が注入されて固化され、図１３及び図１４に示す樹脂層９０が形成されている。
接着層３で一体化された第１の部品１の第１の樹脂成形体５と第２の部品２の第２の樹脂成形体３０との組み合せから成る絶縁性包囲体１００は、図１のように平面的に見て四角形に形成されている。平面的に見て、電流通路形成用導体４の上記包囲体１００又は第１及び第２の樹脂成形体５、３０からの外側への導出部は、複数の外部リ−ド端子２２〜２５の上記包囲体１００又は第１及び第２の樹脂形成態５、３０からの外側への導出部に重ならないように配置されている。更に詳細には、第１及び第２の樹脂成形体５、３０の組み合せから成る包囲体１００は、互いに対向する第１及び第２の主面１０１、１０２と第１、第２、第３及び第４の側面１０３、１０４、１０５、１０６とを有する６面体即ち直方体である。電流通路形成用導体４の導出部は、第３の側面１０５から導出され、外部リ−ド端子２２〜２５の上記導出部は第３の側面１０５とは異なる第１の側面１０３から導出されている。
【００１５】
半導体チップ２０は、図１０に概略的に示す底面図から明らかなように周知のホール素子３５と、増幅器３６と、制御電流供給回路３７と、第１、第２、第３及び第４の端子３８、３９、４０、４１とを有し、平面的に見て四角形に形成されている。
【００１６】
ホール素子３５、増幅器３６及び制御電流供給回路３７は化合物半導体（例えばガリウム砒素）から成る同一の半導体基板４２の中に周知の方法で形成されている。半導体チップ２０の形成方法及び構成は周知であるので、図１１及び図１２には本発明に係わる電流通路形成用の第１の部品１と直接に関係するホール素子３５のみが示され、増幅器３６及び制御電流供給回路３７の図示は省略されている。
【００１７】
平面的に見て四角形の半導体基板４２の中には、ホール素子３５を形成するためにｎ型の第１、第２、第３、第４及び第５の半導体領域４３、４４、４５、４６、４７と、ｐ型の第６、第７及び第８の半導体領域４８、４９、５０が形成されている。ｎ型の第５の半導体領域４７は半導体基体４２の大部分を占めるｐ型の第８の半導体領域５０の中に島状に形成され、図１１に示すように平面的に見て十字状のパターンを有する。ｎ型の第１及び第２の半導体領域４３、４４はｎ型の第５の半導体領域４７の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+ 型半導体領域であって、図１１に示すようにＹ軸方向において互いに離間して対向配置され且つ第５の半導体領域４７の中に島状に形成されている。この第１及び第２の半導体領域４３、４４には図１０に示すように第１及び第２の電極５１、５２がオーミック接触している。第１及び第２の電極５１、５２は制御電流供給回路３７に接続されているので、第５の半導体領域４７に第１の半導体領域４３から第２の半導体領域４４に向って周知の制御電流Ｉc が流れる。従って、第１及び第２の半導体領域４３、４４を制御電流供給用半導体領域と呼ぶこともできる。なお、第１及び第２の電極５１、５２は周知の制御電流供給回路３７を介して直流電源接続用の第３及び第４の端子４０、４１に接続されている。
【００１８】
ｎ型の第３及び第４の半導体領域４５、４６は、ｎ型の第５の半導体領域４７の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｎ+ 型半導体領域であって、第５の半導体領域４７のＹ軸方向の中央部分の両端の近くに配置されている。この第３及び第４の半導体領域４５、４６の一部は第５の半導体領域４７に隣接し、残部はｐ型半導体から成る第６及び第７の半導体領域４８、４９に隣接している。Ｘ軸方向において互いに対向している第３及び第４の半導体領域４５、４６には図１０及び図１２に示すように第３及び第４の電極５３、５４がオーミック接触している。従って、第３及び第４の半導体領域４５、４６をホール電圧検出用半導体領域と呼ぶこともできる。ｐ型の第６及び第７の半導体領域４８、４９はｎ+ 型の第３及び第４の半導体領域４５、４６の第５の半導体領域４７に対する接触面積を制限するものである。
【００１９】
第１及び第２の半導体領域４３、４４間に制御電流Ｉc が流れ、この制御電流Ｉc に対して直交するように磁界を印加すると、第３及び第４の半導体領域４５、４６間に周知のホール効果の原理に従って磁束密度に比例したホール電圧が得られる。従って、ホール素子３５のホール電圧を発生させるための主動作領域は、第５の半導体領域４７における第１及び第２の半導体領域４３、４４の相互間及び第３及び第４の半導体領域４５、４６の相互間である。しかし、概略的には第５の半導体領域４７の全体をホール素子の主動作領域と呼ぶことができる。
ホール電圧検出用の第３及び第４の電極５３、５４は、図９に示すように周知の増幅器３６を介して第１及び第２の端子３８、３９に接続されている。
【００２０】
半導体基板４２の一方の主面には例えばシリコン酸化膜から成る絶縁膜５５が設けられ、他方の主面には例えばアルミニウムから成る金属層５６が設けられている。絶縁膜５５は多層配線構造とするために第１及び第２の絶縁膜５５ａ、５５ｂの積層体から成る。第１及び第２の電極５１、５２は第１及び第２の絶縁膜５５ａ、５５ｂの開口を介して第１及び第２の半導体領域４３、４４に接続され、第３及び第４の電極５３、５４は第１の絶縁膜５５ａの開口を介して第３及び第４の半導体領域４５、４６に接続されている。半導体基板４２の他方の主面の金属層５６は導電性又は絶縁性の接合材５７によって支持板２１に固着されている。
【００２１】
支持板２１は、図９から明らかなように、この主面に垂直な方向から見て即ち平面的に見て全体的に四角形のパターンに形成されており、半導体チップ２０よりも大きな面積を有する。支持板２１と第１〜第４の外部リード端子２２〜２５とはリードフレームに基づいて形成されており、互いに同一厚み且つ同一の材料の例えば銅板にニッケルメッキした金属板から成る。支持板２１及びリード端子２２〜２５は、電流通路形成用導体４よりも薄く形成されている。支持板２１はワイヤ２６によって半導体チップ２０の第１の端子３８に接続されている。この支持板２１に連結された外部リード端子２２は一般にはグランドに接続される。半導体チップ２０の第２、第３及び第４の端子３９、４０、４１は、ワイヤ２７、２８、２９によって外部リード端子２３、２４、２５に接続されている。
【００２２】
支持板２１に固着された半導体チップ２０のホール素子３５は、図１から明らかなように平面的に見てその大部分が電流通路形成用導体４の溝６の内側になるように配置されている。更に詳細には、図１及び図５で破線で示すように少なくともホール素子３５の主動作領域が平面的に見て溝６の内側になるように半導体チップ２０が配置されている。
【００２３】
図１の電流検出装置によって電流を検出する時には、被検出電流が流れている電気回路に導体４の第１及び第２の端子部７ａ、７ｂを接続し、Ｕ字状電流通路を形成する導体４に電流を流す。電流通路形成用導体４は平面的に見てホール素子３５の主動作領域となる第５の半導体領域４７の３方向に近接しているので、電流通路形成用導体４に電流が流れると、アンペアの右ネジの法則に従って図１２で破線で示す向きの磁界Ｈが発生し、３方向からホ−ル素子３５に磁界即ち磁束が作用する。この磁界Ｈの向きは第５の半導体領域４７の制御電流Ｉc の向きに垂直であるので、第３及び第４の半導体領域４５、４６間即ち第３及び第４の電極５３、５４間にホール電圧が発生する。このホール電圧は磁界Ｈに比例し、磁界Ｈは被検出電流に比例するので、ホール電圧によって被検出電流を検出することができる。
【００２４】
本実施形態の電流検出装置は次の効果を有する。
（１） 電流通路形成体としての第１の部品１とホール装置としての第２の部分２とを別の工程で独立に形成し、その後に組立てるので，それぞれの良品のみを組み合せることができる。これにより、電流検出装置の製造歩留りの向上及びコストの低減が達成される。
（２） 第１の部品１に位置決め部分５ａ、５ｂを設け、ここに第２の部品２を位置決めするので、電流通路形成用導体４に対するホール素子３５の位置決めを正確に行うことができ、電流検出のバラツキを防ぐことができる。
（３） 外部リード端子２２〜２５の位置決め部分５ｂを設けたので、これ等の相互間の短絡及びこれ等の変形を防ぐことができる。
（４） ホール素子３５と一体的に電流通路形成用導体４を設けたので、ホール素子３５に接近させて例えば１００〜６００Ａのような大電流を流すことが可能になり、且つ両者の位置関係を予め高精度に設定することができ、大電流の検出を高精度に行うことができる。
（５） 導体４の溝６によってＵ字状の電流通路が形成されており、平面的に見てこのＵ字状電流通路の中にホール素子３５の主動作領域となる第５の半導体領域４７が配置されているので、第５の半導体領域４７に対して磁束が３方向から作用し、ここに作用する磁束の数が多くなり、電流の検出感度が高くなる。
（６） 導体４に補助溝１１ａ〜１１ｅを設けて電流通路を狭めているので、放熱性及び機械的強度を向上させるために導体４を比較的幅広に形成したにも拘らず、電流を集中的に流すことができ、ホール素子３５に対して有効に作用する磁束を増大させることができる。
（７） 支持板２１と電流通路形成用導体４との間に半導体チップ２０が配置されているので、支持板２１が半導体チップ２０のシールド層として機能し、外部からの不要電界ノイズを低減することができる。
（８） ホール素子３５を含む第２の部品２と大電流が流れる電流通路形成用の第１の部品１とを重ねるように組み合せるので、電流検出装置の小型化が達成される。
（９） 第１及び第２の部品１，２を独立に形成するので、導体４の厚みに拘束されずに支持板２１及び外部リード端子２２〜２５を電流通路形成用導体４よりも薄くすることが可能になり、ホールＩＣ即ち第２の部品２を低コスト且つ容易に形成することができる。
（１０） 電流通路形成用導体４とホ−ル素子３５とが一体化されているので、電気回路に対する接続及び配置が容易になる。
（１１） 電流通路形成用導体４は絶縁性包囲体１００の第３の側面１０５から導出され、外側リ−ド端子２２〜２５は第３の側面１０５と反対側の第１の側面１０３から導出され、且つ平面的に見て２つの導出部は重ならないので電流通路形成用導体４と外部リ−ド端子２２〜２５との沿面距離を大きくすることができる。この結果、電流検出装置の信頼性を向上させることができる。また、比較的多きな電流を流すことができる電流通路形成用導体４の外部回路への接続を外部リ−ド端子２２〜２５に妨害されずに容易且つ確実に行うことができる。
【００２５】
【第２の実施形態】
次に、図１５〜図２０を参照して第２の実施形態の電流検出装置を説明する。但し、図１５〜図２０において図１〜図１４と共通する部分には同一の符号、又はダッシュ又は添字ａ、ｂを伴なった同一の符号を付してその説明を省略する。また、図１５〜図２０の説明において、図１〜図１４も参照する。
【００２６】
図１５〜図２０に示す第２の実施形態の電流検出装置は、図１５に示す第１の部品１’と図１６に示す第２の部品２’とを図１９に説明的に示す接着層３’で一体化したものである。図１５の第１の部品１’は第１の実施形態の図６の第１の部品１と同様に電流通路形成用導体４ａと第１の樹脂成形体５’とを有し、第１の樹脂成形体５’は第１及び第２の位置決め部分５ａ’、５ｂ’を有する。第２の部品２’は図１６に示すように第１及び第２のホール素子３５，３５’を有し、且つ第２の樹脂成形体３０’、外部リード端子２２’〜２５’を有する。なお、第１及び第２のホール素子３５、３５’は図１９に示すように同一の半導体基板４２ａに形成されている。この第１及び第２のホ−ル素子３５、３５’は同一構造であるので、互いに共通する部分には同一の符号を付し、第２のホール素子３５’の各部の符号にダッシュを付して両者を区別する。
【００２７】
図１７に示す電流通路形成用導体４ａは、第１及び第２のホール素子３５、３５′の主動作領域である第５の半導体領域４７、４７′に隣接するＳ字状電流通路形成するために、第１及び第２の溝６，６′と複数の補助溝１１ａ’、１１ｂ’とを有する。第１及び第２の溝６，６’は互いに逆の方向から切り込まれている。電流通路形成用導体４ａの第１及び第２の端子部分７ａ’、８ａ’は、図８の第１及び第２の端子部分７ａ、７ｂと同様に被検出電流が流れる電気回路に接続される。第１及び第２のホール素子３５、３５´の主動作領域としての第５の半導体領域４７，４７´は平面的に見て第１及び第２の溝６，６´の内側に配置されている。
第１及び第２のホール素子３５，３５´を含む半導体チップ２０´は図１７に示すように金属支持板２１に固着されている。第２の部品２´は第１の部品１´に対して第１及び第２の位置決め部分５ａ´、５ｂ´を使用して位置決めされ、接着層３´で固着される。第2の樹脂成形体３０´を伴って包囲体を構成する第１の樹脂成形体５´は、図１の第１の樹脂成形体５と同様に６面体であって、第１及び第２の主面１０１、１０２、第１、第２、第３及び第４の側面１０３、１０４、１０５、１０６を有している。電流通路形成用導体４ａの第１の端子部７a´から成る一方の導出部は、第３の側面１０５から導出され、第２の端子部８ａ´からなる他方の導出部は第１の側面１０３から導出されている。図１６に示す複数の外部リ−ド端子２２´〜２５´は図１５の位置決め部分５ｂ´に配置されて第１の側面１０３から導出される。第１の側面１０３からは端子部８ａ´と外部リ−ド端子２２´〜２５´との両方が導出されるが、平面的に見て両者は重ならない。
【００２８】
電流通路形成用導体４ａに流れる電流に基づいて生じる磁界Ｈの向きは第１及び第２のホール素子３５、３５′に対して図１９で破線で示すように互いに逆になる。第１及び第２のホール素子３５、３５′に周知の制御電流Ｉc を流すために第１のホール素子３５の第１及び第２の電極５１、５２と第２のホール素子３５′の第１及び第２の電極５１′、５２′とが図２０の周知の制御電流供給回路３７ａに接続されている。第１及び第２のホール素子３５、３５′の出力電圧を合成して被検出電流に対応する電圧を得るための出力回路３６ａは、第１、第２及び第３の差動増幅器７１、７２、７３から成る。第１の差動増幅器７１の正入力端子は第１のホール素子３５の第３の電極５３に接続され、この負入力端子は第１のホール素子３５の第４の電極５４に接続されている。第２の差動増幅器７２の正入力端子は第２のホール素子３５′の第３の電極５３′に接続され、この負入力端子は第２のホール素子３５′の第４の電極５４′に接続されている。従って、第１の差動増幅器７１から得られる第１のホール電圧Ｖh1と第２の差動増幅器７２から得られる第２のホール電圧−Ｖh2は互いに逆の極性を有する。第３の差動増幅器７３の正入力端子は第１の差動増幅器７１に接続され、この負入力端子は第２の差動増幅器７２に接続されている。従って、第３の差動増幅器７３からはＶh1−（−Ｖh2）＝Ｖh1＋Ｖh2の出力が得られる。即ち、演算手段としての第３の差動増幅器７３からは、第１の差動増幅器７１の出力Ｖh1の絶対値と第２の差動増幅器７２の出力−Ｖh2の絶対値との和が得られる。
なお、第２の差動増幅器７２の出力段に反転回路を設け、第３の差動増幅器７３の代りに加算器を設けることによってＶh1＋Ｖh2を示す出力を得ることもできる。
【００２９】
第１及び第２のホール素子３５、３５′は、図１９に示すように共通の半導体基体４２ａに形成されている。勿論、第１及び第２のホール素子３５、３５′を個別の半導体基体に形成することもできる。
【００３０】
第２の実施形態は第１の実施形態の（１）〜（１０）と同一の効果を有する他に次の効果も有する。
（１） 第１及び第２のホール素子３５、３５′の出力の絶対値の加算値が得られるので、電流検出感度が大きくなる。
（２） 電流通路形成用導体４ａの中間部分を第１及び第２のホール素子３５、３５′で共用しているので、スペースの増大が抑えられている。
（３） 第１及び第２のホール素子３５、３５′を並置し、この合成出力を得る構成であり、且つ第１及び第２のホール素子３５、３５′に対する磁界Ｈの方向が逆になるので、不要な外部磁界（ノイズ）が第１及び第２のホール素子３５、３５′に加わった場合にこれ等の相殺が生じ、外部磁界の影響の少ない電流検出を行うことができる。即ち不要外部磁界に基づくホール電圧をＶ0 とすると、第１の差動増幅器７１の出力はＶh1＋Ｖ0 、第２の差動増幅器７２の出力は−Ｖh2＋Ｖ0 となり、第３の差動増幅器７３の出力はＶh1＋Ｖ0 −（−Ｖh2＋Ｖ0 ）＝Ｖh1＋Ｖh2となり、不要外部磁界の影響の少ない出力を得ることができ、電流Ｉs の検出精度が向上する。
【００３１】
【第３の実施形態】
次に、図２１を参照して第３の実施形態の電流検出装置を説明する。但し、図２１において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図２１の電流検出装置は、電流通路形成用導体４の外部への導出構成を変え、この他は、図１と実質的に同一に形成したものである。即ち、図２１では、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａが図１に比べて左側及び右側に延びている。また、電流通路形成用導体４の第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの間のＵ字状溝６を含む部分が第１の樹脂形成体５で被覆されている。従って、電流通路形成用導体４の第１の端子部分７ａを含む一方の導出部が包囲体１００即ち第１の樹脂成形体５の第２の側面１０４から導出され、第２の端子部分８ａを含む他方の導出部が包囲体１００即ち第１の樹脂成形体５の第４の側面１０６から導出されている。第２の部品２の外部リ−ド端子２２〜２５は図１と同様に包囲体１００の第１の側面１０３から導出されている。この結果、平面的に見て電流通路形成用導体４の導出部と外部リ−ド端子２２〜２５の導出部との重なり合いが生じていない。
【００３２】
図２１の第３の実施形態は、図１の第１の実施形態と同一の効果（１）〜（１１）を有する他に、次の効果も有する。
（１） 第１の端子部分７ａと第２の端子部分８ａとが互いに離間しているので、外部回路に対する第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの取付け作業が容易になる。
（２） 第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの間が第１の樹脂成形体５で被覆されているので、第１及び第２の端子部分７ａ、８ａの短絡を防止することができる。
【００３３】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図８の溝６及び図１５の溝６，６’の代りに、図２２に示すようにＪ字状溝６ａを設け、この溝６ａで囲まれた部分にホール素子３５を配置することができる。なお、Ｊ字状溝６ａに囲まれた部分８０は放熱体及び電界シールドとして機能する。
（２） 各実施形態において、半導体基体４２、４２ａの電流通路形成用導体４，４ａと反対側の主面上に磁性体から成る集磁板を配置することができる。
（３） 半導体基体４２、４２ａ’をシリコン等の別の半導体で形成することができる。
（４） 図２３に示すように、支持板２１の導体４又は４ａに対向しない表面側に半導体チップ２０を配置することができる。この場合には、導体４に乗ってくるノイズがホ−ル素子３５を含む半導体チップ２０に及ぶことを支持板２１によって防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の電流検出装置を示す平面図である。
【図２】図１の第１の実施形態の電流検出装置のＡ−Ａ線の一部を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線を示す断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線を示す断面図である。
【図５】図１の電流検出装置を第１及び第２の部品に分解して図２と同様な断面で示す断面図である。
【図６】図１の第１の部品の平面図である。
【図７】図１の第２の部品を示す平面図である。
【図８】図６の第１の部品の電流通路形成用導体を示す断面図である。
【図９】図７の第２の部品を樹脂成形体を省いて示す平面図である。
【図１０】図９の半導体チップの底面図である。
【図１１】図１０の半導体基体のホール素子部分を示す平面図である。
【図１２】図１０のＤ−Ｄ線の一部を示す断面図である。
【図１３】樹脂層を設けた電流検出装置を図２と同様に示す断面図である。
【図１４】樹脂層を設けた電流検出装置を図３と同様に示す断面図である。
【図１５】第２の実施形態の電流検出装置の第１の部品を示す平面図である。
【図１６】第２の実施形態の第２の部品を示す平面図である。
【図１７】図１５の電流通路形成用導体を示す平面図である。
【図１８】第２の実施形態のＳ字状電流通路と第１及び第２のホール素子とを示す平面図である。
【図１９】第２の実施形態の電流検出装置の一部を図１８のＥ−Ｅ線に相当する部分で示す断面図である。
【図２０】第２の実施形態の電流検出装置を示す電気回路図である。
【図２１】第３の実施形態の電流検出装置を図１と同様に示す平面図である。
【図２２】変形例の電流通路形成用導体を示す平面図である。
【図２３】変形例の電流検出装置を図１４と同様に示す断面図である。
【符号の説明】
１、２ 第１及び第２の部品
３ 接着層
４ 電流通路形成用導体
５、３０ 樹脂成形体
５ａ、５ｂ 位置決め部分
２０ 半導体チップ
２１ 支持板
２２〜２５ 外部リード端子
３５ ホール素子
Claims (11)
- 電気回路の電流を検出するための装置であって、
第１の部品と第２の部品と前記第２の部品を前記第１の部品に対して固着している接着層とを備え、
前記第１の部品は、前記電気回路の電流を流すための電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体の一部を被覆しており且つ前記第２の部品を位置決めするための位置決め部分を有している第１の絶縁性被覆体とから成り、
前記第２の部品は、ホール素子と、前記ホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子と、前記ホール素子と前記複数のリード端子の一部とを被覆している第２の絶縁性被覆体とから成り、且つ前記電流通路形成用導体を流れる電流の基づいて発生する磁界が前記ホール素子に作用するように前記第１の部品の前記位置決め部分に対して位置決めされ、且つ前記接着層によって前記第１の部品に固着されていることを特徴とする電流検出装置。 - 前記第１の絶縁性被覆体の前記位置決め部分は、前記第２の部品の前記第２の絶縁性被覆体を位置決めするための第１の位置決め部分と、前記複数のリード端子を位置決めするための第２の位置決め部分とから成ることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
- 前記電流通路形成用導体は、溝を介して並置されている第１及び第２の部分と前記第１及び第２の部分を連結する第３の部分とを有し、全体としてＵ字状電流通路を形成する板状体であり、前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記溝の内側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電流検出装置。
- 前記電流通路形成用導体は、その外周縁から内側に向かって切り込まれた電流通路を狭めるための溝を有していることを特徴とする請求項３記載の電流検出装置。
- 前記第２の部品は、更に、前記ホール素子を支持する金属製支持板を有し、前記支持板は前記第２の絶縁性被覆体で被覆されており且つ前記電流通路形成用導体に対向するように配置され、前記ホ−ル素子は前記支持板の前記電流通路形成用導体に対向する側の主面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の電流検出装置。
- 前記第２の部品は、更に、前記ホール素子を支持する金属製支持板を有し、前記支持板は前記第２の絶縁性被覆体で被覆されており且つ前記電流通路形成用導体に対向するように配置され、前記ホ−ル素子は前記支持板の前記電流通路形成用導体に対向する側の主面と反対側の主面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の電流検出装置。
- 前記第１の絶縁性被覆体は、前記電流通路形成用導体の外部接続用端子部分と前記第２の絶縁性被覆体に対向する部分とを被覆しないように形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電流検出装置。
- 前記ホ−ル素子は半導体基体に形成されており、更に、前記半導体基体に前記ホ−ル素子の出力電圧を増幅する増幅器が形成され、前記複数のリード端子は前記増幅器を介して前記ホール素子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電流検出装置。
- 電気回路の電流を検出するための装置であって、
第１の部品と第２の部品と前記第２の部品を前記第１の部品に対して固着している接着層とを備え、
前記第１の部品は、前記電気回路の電流を流すための電流通路形成用導体と、前記電流通路形成用導体の一部を被覆しており且つ前記第２の部品を位置決めするための位置決め部分を有している第１の絶縁性被覆体とから成り、
前記第２の部品は、第１及び第２のホール素子と、前記第１及び第２のホール素子を外部回路に接続するための複数のリード端子と、前記第１及び第２のホール素子と前記複数のリード端子の一部とを被覆している第２の絶縁性被覆体とから成り、且つ前記電流通路形成用導体を流れる電流の基づいて発生する磁界が前記第１及び第２のホール素子に作用するように前記第１の部品の前記位置決め部分に対して位置決めされ、且つ前記接着層によって前記第１の部品に固着され、
前記電流通路形成用導体は、平面的に見てＳ字状電流通路を形成するための第１及び第２の溝を有し、
平面的に見て前記第１のホ−ル素子は前記第１の溝の内側に配置され、前記第２のホ−ル素子は前記第２の溝の内側に配置されていることを特徴とする電流検出装置。 - 前記第１及び第２のホ−ル素子の出力電圧の絶対値の加算値に対応する出力を得るように前記第１及び第２のホ−ル素子に接続された出力手段を備えていることを特徴とする請求項８記載の電流検出装置。
- 前記電流通路形成用導体は平面的に見て前記第１及び第２の絶縁性被覆体から成る包囲体から導出された導出部を有し、前記複数のリ−ド端子は平面的に見て前記包囲体から導出された導出部を有し、平面的に見て、前記電流通路形成用導体の前記導出部が前記複数のリ−ド端子の前記導出部に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電流検出装置。
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