JP4164615B2 - ホ−ル素子を備えた電流検出装置 - Google Patents
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Description
【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、本件出願人はPCT/JP99/05408において、ホ−ル素子を含む半導体基体の上面に絶縁膜を介して被検出電流が流れる導体層を設けた半導体装置を提案した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構造の半導体装置において、導体層に10A程度の電流を流すことはできるが、これよりも大きな電流(例えば100A程度)を流すことは困難である。
【0004】
そこで、本発明の目的は、比較的大きな電流を検出することができるホ−ル素子を備えた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、ホ−ル素子と、このホ−ル素子を支持する金属製の支持板と、被検出電流を流すための第1及び第2の端子とを備え、前記支持板は所定の電流通路を形成するための溝を有しており、前記第1の端子は前記電流通路の一方の端に接続されており、前記第2の端子は前記電流通路の他方の端に接続されており、前記ホ−ル素子の主動作領域が前記電流通路に沿うように前記ホ−ル素子が前記支持板上に配置されており、前記支持板は、平面的に見て互いに対向する第 1 及び第 2 の縁と前記第 1 及び第 2 の縁に対して直角な方向に延びて互いに対向している第 3 及び第 4 の縁を有し、前記第 1 及び第 2 の端子は前記第 1 の縁からそれぞれ導出され、前記支持板の前記溝は平面的に見て前記電流通路がU字状となるように前記第 1 の縁の前記第 1 及び第 2 の端子の間から切り込ま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。
【0006】
なお、請求項2に示すように、溝は平面的に見てJ字状であり、ホ−ル素子の主動作領域がJ字状溝の外側の縁よりも内側に配置されていることが望ましい。これにより、ホ−ル素子の3方向に沿って電流通路を配置し、磁束を主動作領域に効果的に与えることができる。
また、請求項3に示すように、支持板の第1の縁から互いに平行に延びる第1及び第2の溝を形成し、これ等の外側の縁よりも内側にホ−ル素子の主動作領域を配置することが望ましい。これにより、J字形溝を同一の効果で得ることができる。
また、請求項4に示すように、溝を直線的に延びる1つの溝とし、この溝の内側に主動作領域を配置することができる。
また、請求項5に示すように、第1の端子を支持板の第2の縁から導出し、第2の端子を支持板の第1の縁から導出し、第1の縁から切り込まれた第1の溝と、第2の縁から切り込まれた第2の溝とを設けることができる。これにより、第1及び第2の端子を互いに対向する第1及び第2の縁に配置することが可能になる。
また、請求項6に示すように、請求項5の第1の溝の代わりに、2本の平行に延びる溝を形成し、請求項5と同一の効果を得ることができる。
また、請求項7に示すように、第2、第3及び第4の縁の少なくとも1つに支持板の内部に延びる補助溝を設け、電流通路の形成を助けること及び放熱性を向上させることが望ましい。
また、請求項8に示すように、第2、第3及び第4の縁の全てに補助溝を形成し、請求項8と同様な効果を得ることが望ましい。
また、請求項9に示すように絶縁層を設け、支持板とホ−ル素子を電気的に分離することが望ましい。
また、請求項1 0に示すように、例えば銅層から成るシ−ルド層を設け、外来ノイズを防ぐことが望ましい。
また、請求項1 1に示すように、ホ−ル素子を外部回路に接続するためのリ−ド端子を支持板と同一の材料で形成し、両者のコストの低減を図ることが望ましい。
また、請求項1 2に示すように、例えば樹脂から成る絶縁性層外囲体を設け、各部の一体化及び保護を達成することが望ましい。
また、請求項13に示すように、増幅器をホ−ル素子に一体に形成し、小型化及び低コスト化を図ることができる。
また、請求項14〜16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。
【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) 金属製支持板に被検出電流のための通路を形成するので、電流通路の許容電流容量を大きくすることができる。
(2) ホ−ル素子を支持する支持板に溝を設け、支持板に電流通路を形成し、この電流通路に沿うようにホ−ル素子の主動作流域を配置するので、ホ−ル素子に接近した電流通路を容易に得ることができる。
なお、請求項14〜16の発明によれば上記(1)(2)の他に電流検出の感度向上効果が得られる。
また、請求項16の発明によればノイズ除去効果が得られる。
【0008】
【実施形態及び実施例】
次に、図1〜図20を参照して本発明の実施形態及び実施例を説明する。
【0009】
【第1の実施例】
図1〜図9に示す第1の実施例の電流検出装置は、大別して、ホール素子1と、金属製支持板2と、第1及び第2の端子3、4と、外部リード端子5、6、7、8と、絶縁板9と、シールド層10と、樹脂封止体11とを備えている。
【0010】
ホール素子1は、図3及び図9に示すように平面的見て即ちホ−ル素子1の主面及び支持板2の主面に対して垂直な方向から見て四角形であって、例えばアルミニウム層から成る第1、第2、第3及び第4の電極12、13、14、15を有している。ホール素子1を使用する時には、第1及び第2の電極12、13に周知の制御電流供給回路16が接続される。第3及び第4の電極14、15には増幅器17が接続される。第1、第2、第3及び第4の電極12、13、14、15は、図7及び図8に示すシリコンから成る半導体基体18の第1、第2、第3及び第4の半導体領域19、20、21、22にそれぞれ接続されている。
【0011】
半導体基体18は、平面的に見て四角形であり、n型の第1、第2、第3及び第4の導体領域19、20、21、22の他に、第5、第6,第7及び第8の半導体領域23、24、25、26を有する。第5の半導体領域23はn型導電型を有し、半導体基体18の大部分を占めるp型の第8の半導体領域26の中に島状に形成され、図8に示すように平面的に見て十字状のパターンを有する。第1及び第2の半導体領域19、20は第5の半導体領域23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8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23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19、20には第1及び第2の電極12、13がオーミック接触している。第1及び第2の電極12、13に制御電流供給回路16を接続すると、第5の半導体領域23に第1の半導体領域19から第2の半導体領域20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19、20を制御電流供給用半導体領域と呼ぶこともできる。
【0012】
第3及び第4の半導体領域21、22は、第5の半導体領域23のn型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23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21、22の一部は第5の半導体領域23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24、25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21、22には第3及び第4の電極14、15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21、22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24、25はn+型の第3及び第4の半導体領域21、22の第5の半導体領域23に対する接触面積を制限するものである。
【0013】
第1及び第2の半導体領域19、20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21、22間に周知のホ−ル効果の原理に従ってホール電圧が得られる。従って、ホール素子1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23における第1及び第2の半導体領域19、20の相互間及び第3及び第4の半導体領域21、22の相互間である。しかし、概略的には第5の半導体領域23の全体をホール素子の主動作領域と呼ぶことができる。
【0014】
半導体基体18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27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非磁性体金属層28が設けられている。第1、第2、第3及び第4の電極12、13、14、15は絶縁膜27の上に設けられ、この絶縁膜27の開口を通して第1、第2、第3及び第4の半導体領域19、20、21、22に接続されている。
【0015】
支持板2は、図5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、互いに対向する第1及び第2の縁29、30と、第1及び第2の縁29、30に対して直角に延び且つ互いに対向している第3及び第4の縁31、32を有している。第1及び第2の端子3、4は支持板2の第1の縁29に連結され、第1の縁29から直角に延びるように導出されている。なお、支持板2と第1及び第2の端子3、4とホール素子用の第1〜第4の外部リード端子5〜8とは図6に示すリードフレーム33に基づいて形成されており、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。リードフレーム33は第1及び第2の端子3、4を相互に連結する第1の帯状連結部34と、複数の外部リード端子5〜8を相互に連結する第2の帯状連結部35と、第1及び第2の帯状連結部34、35を相互に連結する複数の第3の帯状連結部36とを有する。第1及び第2の端子3、4及び第1〜第4の外部リード端子は樹脂封止体11が形成された後に図6の鎖線の位置で切断される。
なお、図6には1個のホ−ル素子のための支持板2、端子3、4、6〜9が示されているが、実際には1つのリ−ドフレ−ム33の多数のホ−ル素子のための支持板及び端子が設けられている。
【0016】
支持板2は、ホール素子1の機械的支持と、放熱体と、電流通路との機能を得るために半導体基体18とほぼ同一の0.5〜1.0mm程度の厚さを有し且つ平面的に見て半導体基体18よりも少し大きな四角形に形成されている。従って、支持板2の上に絶縁膜9を介してホール素子1を配置した時に図1に示すように支持板2の第1〜第4の縁29〜32はホール素子1及び絶縁板9の周縁から少し突出する。支持板2に被測定電流即ち被検出電流を流すためのU字状電流通路34を形成するために第1の縁29の第1及び第2の端子3、4の相互間から切り込まれたJ字状溝35が支持板2に形成されている。J字状溝35は支持板2のほぼ中央に形成され、第1の縁29から第2の縁30に向って延びている第1の部分35aとこの第1の部分35aに対して平行に延び且つ第1の部分35aよりも短い第2の部分35bと第1及び第2の部分35a、35bを結ぶ第3の部分35cとから成る。また、支持板2には電流通路34の外周方向への広がりを制限するために支持板2の内部に向って延びる第1、第2、第3、第4、第5、第6及び第7の補助溝36、37、38、39、40、41、42が形成されている。第1の補助溝36は第2の縁30から第1の縁29に向って切り込まれている。第2の補助溝37は第2及び第3の縁30、31の境界の角部から支持板2の中央部に向って切り込まれている。第3及び第4の補助溝38、39は第3の縁31から第4の縁32の方向に延びるように切り込まれている。第5の補助溝40は第2及び第4の縁30、32の境界の角部から支持板2の中央部に向うように切り込まれている。第6及び第7の補助溝41、42は第4の縁32から第3の縁31に向うように切り込まれている。支持板2における第1〜第7の補助溝36〜42の先端を結ぶ破線とJ字状溝35との間が略U字状電流通路34となる。外部の電気回路に接続するための第1及び第2の端子3、4は支持板2の電流通路34の一方の端と他方の端に接続されているので、被検出電流Is は第1の端子3と電流通路34と第2の端子4の経路又はこれと逆向きの経路で流れる。
【0017】
J字状溝35は、図8で破線で示すようにホール素子1の主動作領域である第5の半導体領域23を包囲するようなパターンを有する。即ち、J字状溝35の外側の縁の内側に第5の半導体領域23が収まるように溝35が形成されている。更に詳細には、溝35の第1及び第2の部分35a、35bの外側の縁の相互間隔は第5の半導体領域23のX軸方向の最大幅と同一又はこれよりも少し大きく設定され、また、第2及び第3の部分35b、35cの合計のY軸方向の長さが第5の半導体領域23のY軸方向の最大の長さにほぼ一致するように設定されている。
なお、J字状溝35の大きさを、第1及び第2の半導体領域19、20の相互間領域と第3及び第4の半導体領域21、22の相互間領域とから成る真のホール素子主動作領域がこのJ字状溝35の外側の縁よりも内側になるように変形することができる。
支持板2のJ字状溝35に囲まれた中央部分43は支持板2の電流通路34に連結されている。従って、この中央部分43も支持機能及び放熱機能を有する。支持板2において、電流通路34よりも外側の複数のフイン部分44は、電流通路としては機能せず、放熱板及び支持板として機能する。
【0018】
絶縁板9は平面形状がホール素子1よりも少し大きい四角形の例えばセラミック板であって、ホール素子1を支持板2から絶縁する機能の他に、シールド層10及びホール素子1を機械的に支持する機能を有する。絶縁板9の上面にはCuから成るシールド層10が形成され、このシールド層10の上に半田から成る非磁性体の接合材層45によってホール素子1の下面の導体層28が固着されている。また、絶縁板9の下面は支持板2に絶縁性接着層46によって固着されている。銅から成るシールド層10は外部電界を遮蔽してホール素子1を保護する。なお、シ−ルド層10はワイヤ10aによって制御電流供給端子6に接続されている。制御電流供給端子6はグランドに接続されているので、シ−ルド層10もグランドに接続される。勿論、独立にグランド端子を設け、ここにシ−ルド層10を接続すること、又はグランド側となる第4の電極15に接続することもできる。
【0019】
ホール素子1の第1、第2、第3及び第4の電極12、13、14、15は、図1に示すように第1、第2、第3及び第4の外部リード端子5、6、7、8にそれぞれの金属ワイヤ47、48、49、50によって接続されている。
【0020】
外囲体としての樹脂封止体11は、ホール素子1と支持板2と第1及び第2の端子3、4の一部と第1〜第4のホール素子用外部リード端子5〜8のそれぞれの一部と絶縁板9とシールド層10とワイヤ47〜50、10aを被覆するように形成されている。
【0021】
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第1及び第2の端子3、4を接続し、例えば第1の端子3、支持板2のU字状電流通路34及び第2の端子4の経路に電流Is を流す。電流経路34は平面的に見てホール素子1の主動作領域となる第5の半導体領域23の3方向に近接しているので、電流通路34の電流Isが流れると、アンペアの右ネジの法則に従って図7で破線で示す向きの磁界Hが発生する。この磁界Hの向きは第5の半導体領域23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21、22間即ち第3及び第4の電極14、15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Isに比例するので、ホール電圧によって被検出電流Is を検出することができる。
【0022】
本実施例の電流検出装置は次の利点を有する。
(1) ホール素子1を支持する支持板2に電流通路34を形成したので、ホール素子1に接近させて例えば100Aのような大電流を流すことが可能になり、大電流の検出を高精度に行うことができる。
(2) 支持板2にJ字状溝35を設け、この溝35の外周側にU字状の電流通路34を形成し、このU字状電流通路34の中にホール素子1の主動作領域となる第5の半導体領域23を配置したので、第5の半導体領域23に対して作用する磁束の数が多くなり、電流Isの検出感度が高くなる。
(3) 支持板2に第1〜第7の補助溝36〜42を設けて電流通路34を狭めているので、電流が集中的に流れ、ホール素子1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。
(4) 支持板2の電流通路34の外周側に多数のフイン部分44を有するので、放熱性が向上し、良好に大電流の検出を行うことができる。
(5) J字状溝35の中に残存している部分43が放熱機能及び支持機能を有するので、これ等の機能を更に高めることができる。
(6) 支持板2の4つの縁29〜32はホール素子1の外周縁よりも外側に延びているので、ホール素子1を高い安定性を有して支持することができる。
(7) 樹脂封止体11でホール素子1、支持板2、第1及び第2の端子3、4、外部リード端子6〜8、及びワイヤ47〜50、10aを被覆しているので、これ等の一体化及び保護を良好に達成できる。
(8) 絶縁板9を設けたので、ホール素子1と支持板2の電気的分離を良好に達成することができる。
(9) シールド層10を設けたので、外部の不要電界又は電磁界に基づくノイズを除去することができる。
(10) 支持板2、第1及び第2の端子3、4,第1〜第4のホール素子用外部リード端子5〜8をリードフレーム33に基づいて形成するので、電流検出装置の製造が容易になり、このコストの低減を図ることができる。
【0023】
【第2の実施例】
次に、図10を参照して第2の実施例の電流検出装置を説明する。但し、図10及び後述する図11〜図20において図1〜図9と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
また、図10〜図20の説明において、図1〜図9も参照する。
【0024】
第2の実施例の電流検出装置は、図5の支持板2を図10の支持板2aに変形した他は、第1の実施例の電流検出装置と同一に構成されている。図10の支持板2aは、図5の支持板2のJ字状溝35の代りに第1及び第2の溝51、52を設けた他は図5の支持板2と同一に形成したものである。図10の第1及び第2の溝51、52は、支持板2aの第1の縁29の第1及び第2の端子3、4の間から第2の縁30に向って直線的に延びている。第1及び第2の溝51、52の長さは、図5のJ字状溝35の最大の長さとほぼ同一である。第1の溝51の左側の縁と第2の溝52の右側の縁との間隔は、図8に示した第5の半導体領域23のX軸方向の幅にほぼ一致するように設定されている。従って、ホール素子1の主動作領域が平面的に見て第1及び第2の溝51、52の外側の縁の間に収まる。第1及び第2の溝51、52の間に舌状に残存している部分43aは電流Is の通路の働きは有さず、放熱体及び支持体としての働きを有する。図10の支持板2aの電流通路34aは、第1及び第2の溝51、52の外側に隣接するU字状領域から成る。
【0025】
図10の支持板2aを使用して第1の実施例と同様に電流検出装置を構成すると、第1の実施例と同一の効果を得ることができる。
【0026】
【第3の実施例】
図11に示す第3の実施例の支持板2bは、図5の支持板2のJ字状溝35の代りに幅の広い直線状溝53を設けた他は図5と同一に形成したものである。直線状溝53は支持板2bの第1の縁29から第2の縁30に向って延びている。溝53のX軸方向の幅は図8の第5の半導体領域23のX軸方向の幅にほぼ一致し、且つ半導体基体18のX軸方向の幅よりも狭くなるように設定されている。また、溝53のY軸方向の長さは第5の半導体領域23のY軸方向の長さ以上に設定されている。
【0027】
図11の支持板2bにおいては、溝53に隣接してU字状に電流通路34bが形成される。従って、図11の支持板2bを使用して第1の実施例と同様に電流検出装置を構成すると、第1の実施例の(5)の効果即ち部分43の効果を除いて第1の実施例と同一の効果を得ることができる。
【0028】
【第4の実施例】
図12に示す第4の実施例の支持板2c及び第1及び第2の端子3、4は、第1の溝としてのJ字状溝35の他に第2の溝54を設け、第1の端子3を第2の縁30から導出し、図5の第2、第3及び第4の補助溝37、38、39を省いた他は図5と同一に形成したものである。図12の第2の溝54は第3の縁31とJ字状の第1の溝35との間に入り込むように支持板2の第2の縁30から第1の縁29に向って直線状に延びている。第1の端子3は第2の縁30における第3の縁31と第2の溝54との間に接続されている。従って、支持板2cの第2の溝54と第3の縁31との間の部分55も電流通路として機能する。なお、図12では補助溝37、38、39が省かれている。
【0029】
図12の電流検出装置は、第1の実施例と同一の効果を有する他に、第1及び第2の端子3、4を互いに反対方向に導出できるという効果を有する。
【0030】
【第5の実施例】
図13に示す第5の実施例の電流検出装置の支持板2dは、図12のJ字状の溝35の代りに、図10の支持板2aと同一の第1及び第2の溝51、52を設け、この他は第4の実施例と同一に構成したものである。この第1及び第2の溝51、52の間には図10と同様にホール素子1の第5の半導体領域23が配置される。
【0031】
図13では、第1、第2及び第3の溝51、52、54によってS字状に屈曲した電流通路34dが形成される。従って、第5の実施例は第4の実施例と同一の効果を有する。
【0032】
【第6の実施例】
図14の第6の実施例は、絶縁板9に延長部分9aを設けた他は図1〜図9の第1の実施例を同一に構成したものである。延長部分9aは支持板2と4本の外部リード端子5〜8との間に入り込んでいる。
【0033】
第6の実施例は第1の実施例と同一の効果を有する他に、支持板2と第1〜第4の外部リード端子5〜8との間の電気的絶縁性が向上するという効果を有する。
【0034】
【第7の実施例】
図15に示す第7の実施例は、図1〜図9の第1の実施例から絶縁板9とシールド層10を省き、この他は第1の実施例と同一に構成したものである。この様に絶縁板9を省いても支持板2がホール素子1の機械的支持を達成しているので、問題が発生しない。また、シールド層10を省いても、半導体基体18がシリコンの場合には、比較的導電性の高いシリコンが外来ノイズを阻止する機能を有するので、耐ノイズ性の低下はさほどない。従って、外来ノイズの影響の少ない場所には、第7の実施例の電流検出器を使用することができる。なお、第7の実施例は第1の実施例の(1)〜(7)及び(10)と同一の効果を得ることができる。
【0035】
【第8の実施例】
図16は第8の実施例の電流検出装置に使用するための半導体基体18aを概略的に示す。図16の半導体基体18aには、ホール素子61と増幅器62とが設けられている。ホール素子61は第1の実施例のホール素子1と同様に形成されている。増幅器62は図9の増幅器17と同一の機能を有するものである。第8の実施例の電流検出装置は、増幅器62をホール素子61と同一の半導体基体18aに設けた他は、第1の実施例と同一に構成されているので、第1の実施例と同一の効果を有すると共に、増幅器62のコストの低減効果も有する。
【0036】
【第9の実施例】
図17〜図20に示す第9の実施例の電流検出装置は、図18及び図20に概略的に示すように第1及び第2のホール素子1、1′の組合せによって電流を検出するように構成されている。なお、第1及び第2のホール素子1、1′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1′の各部の符号にダッシュを付して両者を区別する。
【0037】
図17に示す支持板2eは、第1及び第2のホール素子1、1′の主動作領域である第5の半導体領域23、23′に隣接する電流通路34eを有する。電流通路34eは、支持板2eに形成された第1及び第2のJ字状溝35、35′と第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7及び第8の補助溝36、40、41、42、36′、40′、41′、42′とで構成されている。図17の右半分の第1のJ字状溝35、第1〜第4の補助溝36、40、41、42及び第2の端子4は、図5で同一符号で示すものと同一に形成されている。第2のJ字状溝35′は、支持板2eの第2の縁30から切り込まれている。第5の補助溝36′は、第1の縁29から切り込まれている。第6の補助溝40′は第1及び第2の縁29、31の境界から切り込まれている。第7及び第8の補助溝41′、42′は第3の縁31から切り込まれている。第1の端子は第2の縁30に連結されている。第2のJ字状溝35′のパターン及び寸法は第1のJ字状溝35と同一である。
更に詳しく説明すると、電流通路34eは、第3の縁31と前記第2の溝35´との間の第1の部分81と、第2の溝35´と第1の縁29との間の第2の部分82と、第1の溝35と第2の溝35´の相互間の第3の部分83と、第1の溝35と第2の縁30との間の第4の部分84と、第1の溝35と第4の縁32との間の第5の部分85とを有する。
第1のホ−ル素子1の主動作領域としての第5の半導体領域23は電流通路34eの第3の部分83と第5の部分85との間に配置され、第2のホ−ル素子11の主動作領域としての半導体領域23´は電流通路34eの第1の部分81と第3の部分83との間に配置されている。
【0038】
支持板2eの電流通路34eに流れる電流Is 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1、1′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1、1′に周知の制御電流Ic を流すために第1のホール素子1の第1及び第2の電極12、13と第2のホール素子1′の第1及び第2の電極12′、13′とが図20の周知の制御電流供給回路16aに接続されている。第1及び第2のホール素子1、1′の出力電圧を合成して被検出電流Is に対応する電圧を得るための出力回路17a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1の第3の電極14に接続され、この負入力端子は第1のホール素子1の第4の電極15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1′の第3の電極14′に接続され、この負入力端子は第2のホール素子1′の第4の電極15′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。
【0039】
第1及び第2のホール素子1、1′は、図19に示すように共通の半導体基体18bに形成されている。勿論、第1及び第2のホール素子1、1′を個別の半導体基体に形成することもできる。半導体基体18bは図7と同様にシールド層45と絶縁板9とを介して支持板34eに固着されている。
【0040】
第9の実施例は第1の実施例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1、1′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34eの中間部分を第1及び第2のホール素子1、1′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1、1′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1、1′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1、1′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。
【0041】
【変形例】
本発明は上述の実施例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12のJ字状溝35の代りに、図11の幅の広い溝53を設けることができる。
(2) 図17の溝35、35′の代りに、図10に示す第1及び第2の溝51、52に相当するもの、又は図12の溝53に相当するものを設けることができる。
(3) 各実施例において、半導体基体18〜18bの支持板2〜2e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。
(4) 電流通路34に電気回路の検出又は測定すべき電流の全部を流さずに、分流回路の一部を流すことができる。
(5) 半導体基体18、18a,18bをシリコン以外の3−5族
化合物半導体等の別の半導体で形成することができる。3−5族化合物半導体の場合は外部磁界や誘導ノイズの影響を受け易いので、シ−ルド層10の価値がより高くなる。
(6) 第2〜第6の実施例、第8及び第9の実施例においても、図15と同様に絶縁板9とシ−ルド層10とのいずれか一方又は両方を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の電流検出装置を樹脂封止体を省いて示す平面図である。
【図2】図1の第1の実施例の電流検出装置をA−A線に相当する部分で示す断面図である。
【図3】図1のホール素子を示す平面図である。
【図4】図1のシールド層を有する絶縁板を示す平面図である。
【図5】図1の支持板、第1及び第2の端子、及び第1〜第4の外部リード端子を示す平面図である。
【図6】図1の電流検出装置のためのリードフレームの一部を示す平面図である。
【図7】図1のB−B線の一部を拡大して示す断面図である。
【図8】図1のホール素子の半導体基体を拡大して示す平面図である。
【図9】制御電流供給回路と増幅器を伴なって図1のホール素子を示す拡大平面図である。
【図10】第2の実施例の支持板及び第1及び第2の端子を示す平面図である。
【図11】第3の実施例の支持板及び第1及び第2の端子を示す平面図である。
【図12】第4の実施例の支持板、第1及び第2の端子、及び第1〜第4の外部リード端子を示す平面図である。
【図13】第5の実施例の支持板、第1及び第2の端子、及び第1〜第4の外部リード端子を示す平面図である。
【図14】第6の実施例の電流検出装置を図2と同一の部分で示す断面図である。
【図15】第7の実施例の電流検出装置を図2と同一の部分で示す断面図である。
【図16】第7の実施例の電流検出装置の半導体基体を概略的に示す平面図である。
【図17】第8の実施例の電流検出装置の支持板、第1及び第2の端子、及び第1〜第4の外部リード端子を示す平面図である。
【図18】第9の実施例の半導体基体を概略的に示す平面図である。
【図19】第9の実施例の電流検出装置の図18のC−C線に相当する部分の拡大断面図である。
【図20】第9の実施例の電流検出装置を示す電気回路図である。
【符号の説明】
1 ホール素子
2 支持板
3、4 第1及び第2の端子
5、6、7、8 外部リード端子
9 絶縁板
10 シールド層
11 樹脂封止体
12 第1の電極
13 第2の電極
14 第3の電極
15 第4の電極
18 半導体基体
34 電流通路
35 J字状溝
36〜42 補助溝
Claims (16)
- 電気回路の電流を検出するための装置であって、ホ−ル素子と、このホ−ル素子を支持する金属製の支持板と、被検出電流を流すための第1及び第2の端子とを備え、
前記支持板は所定の電流通路を形成するための溝を有しており、
前記第1の端子は前記電流通路の一方の端に接続されており、
前記第2の端子は前記電流通路の他方の端に接続されており、
前記ホ−ル素子の主動作領域が前記電流通路に沿うように前記ホ−ル素子が前記支持板上に配置されており、
前記支持板は、平面的に見て互いに対向する第 1 及び第 2 の縁と前記第 1 及び第 2 の縁に対して直角な方向に延びて互いに対向している第 3 及び第 4 の縁を有し、
前記第 1 及び第 2 の端子は前記第 1 の縁からそれぞれ導出され、
前記支持板の前記溝は平面的に見て前記電流通路がU字状となるように前記第 1 の縁の前記第 1 及び第 2 の端子の間から切り込まれていることを特徴とする電流検出装置。 - 前記第1の縁から切り込まれている溝は平面的に見てJ字状であり、
前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記J字状の溝の外側の縁よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項1記載の電流検出装置。 - 前記支持板の前記第1の縁から切り込むように形成された溝は互いに平行に延びる第1及び第2の溝であり、
前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記第1及び第2の溝のそれぞれの外側の縁よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項1記載の電流検出装置。 - 前記支持板の前記第1の縁から切り込まれた溝は直線状に延びる溝であり、前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記直線状に延びる溝の対向する対の縁の間に配置されていることを特徴とする請求項1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、ホ−ル素子と、このホ−ル素子を支持する金属製の支持板と、被検出電流を流すための第 1 及び第 2 の端子とを備え、
前記支持板は所定の電流通路を形成するための溝を有しており、
前記第 1 の端子は前記電流通路の一方の端に接続されており、
前記第 2 の端子は前記電流通路の他方の端に接続されており、
前記ホ−ル素子の主動作領域が前記電流通路に沿うように前記ホ−ル素子が前記支持板上に配置されており、
前記支持板は、平面的に見て互いに対向する第1及び第2の縁と前記第1及び第2の縁に対して直角な方向に延びて互いに対向している第3及び第4の縁を有し、
前記第1の端子は前記第2の縁から導出され、
前記第2の端子は前記第1の縁から導出され、
前記支持板の溝は第1及び第2の溝から成り、
前記第1の溝は平面的に見てU字状電流通路を形成するように前記第1の縁から切り込まれたものであり、
前記第2の溝は、これと前記第1の溝との間に前記電流通路の一部が形成されるように前記第2の縁から切り込まれたものであり、
前記第1の端子は前記第2の溝と前記第3の縁との間の電流通路に接続されており、
前記第2の端子は前記第1の溝と前記第4の縁との間の電流通路に接続されており、
前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記U字状電流通路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。 - 電気回路の電流を検出するための装置であって、ホ−ル素子と、このホ−ル素子を支持する金属製の支持板と、被検出電流を流すための第 1 及び第 2 の端子とを備え、
前記支持板は所定の電流通路を形成するための溝を有しており、
前記第 1 の端子は前記電流通路の一方の端に接続されており、
前記第 2 の端子は前記電流通路の他方の端に接続されており、
前記ホ−ル素子の主動作領域が前記電流通路に沿うように前記ホ−ル素子が前記支持板上に配置されており、
前記支持板は、平面的に見て互いに対向する第1及び第2の縁と前記第1及び第2の縁に対して直角な方向に延びて互いに対向する第3及び第4の縁を有し、
前記第1の端子は前記第2の縁から導出され、
前記第2の端子は前記第1の縁から導出され、
前記支持板の溝は第1、第2及び第3の溝から成り、
前記第1の溝は前記第3の縁と前記第2の端子との間において前記第1の縁から直線状に切り込まれたものであり、
前記第2の溝は前記第1の溝と前記第4の縁との間において前記第1の縁から前記第1の溝に平行に切り込まれたものであり、
前記第3の溝は、これと前記第1の溝との間に前記電流通路の一部が形成されるように前記第2の縁から切り込まれたものであり、
前記第1の端子は前記第3の溝と第3の縁との間の電流通路に接続されており、
前記第2の端子は前記第2の溝と前記第4の縁との間の電流通路に接続されており、
前記ホ−ル素子の主動作領域が平面的に見て前記第1及び第2の溝のそれぞれの外側の縁よりも内側に配置されていることを特徴とする電流検出装置。 - 更に、前記第2、第3及び第4の縁の少なくとも1つから前記支持板の内部に延びるように切り込まれた補助溝が形成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。
- 前記第2、第3及び第4の縁の全てに前記支持板の内部に延びるように切り込まれた補助溝が形成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。
- 更に、前記支持板と前記ホ−ル素子との間に配置された絶縁層を有していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の電流検出装置。
- 更に、前記ホ−ル素子と前記絶縁層との間にシ−ルド層を有していることを特徴とする請求項9記載の電流検出装置。
- 更に、前記ホ−ル素子を外部回路に接続するための複数の板状リ−ド端子を有し、前記複数の板状リ−ド端子は前記支持板と同一材料で形成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。
- 更に、前記ホ−ル素子、前記支持板、前記第1及び第2の端子の一部、及び前記複数の板状リ−ド端子のそれぞれの一部を覆う絶縁性外囲体を有することを特徴とする請求項11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ていることを特徴とする請求項1乃至12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及び第2のホ−ル素子と、前記第1及び第2のホ−ル素子を支持する金属製の支持板と、被検出電流を流すための第1及び第2の端子とを備え、
前記支持板は、平面的に見て互いに対向する第1及び第2の縁と前記第1及び第2の縁に対して直角な方向に延びて互いに対向している第3及び第4の縁を有し、且つ所定の電流通路を形成するための第1及び第2の溝を有しており、
前記第1の溝は前記第1の縁から切り込まれており、
前記第2の溝は前記第1の溝と前記第3の縁との間に延びるように前記第2の縁から切り込まれており、
前記電流通路は、前記第3の縁と前記第2の溝との間の第1の部分と、前記第2の溝と前記第1の縁との間の第2の部分と、前記第1の溝と前記第2の溝の相互間の第3の部分と、前記第1の溝と前記第2の縁との間の第4の部分と、前記第1の溝と前記第4の縁との間の第5の部分とを有しており、
前記第1の端子は前記電流通路の前記第1の部分に接続されており、
前記第2の端子は前記電流通路の前記第5の部分に接続されており、
前記第1のホ−ル素子の主動作領域は前記電流通路の前記第3の部分と前記第5の部分との間に配置され、
前記第2のホ−ル素子の主動作領域は前記電流通路の前記第1の部分と前記第3の部分との間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14記載の電流検出装置。
- 前記出力手段は、
前記第1のホ−ル効果素子に接続された第1の増幅器と、
前記第2のホ−ル効果素子に接続された第2の増幅器と、
前記第1及び第2の増幅器の出力の絶対値の加算値を得るために前記第1及び第2の増幅器に接続された演算手段と
から成ることを特徴とする請求項15記載の電流検出装置。
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