JP6234263B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

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、基板に設けられた複数の磁場変換器、すなわち磁電変換素子と、電流導体とを備え、複数の磁電変換素子が、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

特許文献１の電流センサでは、複数の磁電変換素子が、同じ向きの磁束に基づいて電流の検出処理を行っている。つまり、この電流センサでは、各磁電変換素子の出力の差分に基づかないで電流が検出されるため、外乱磁界が作用した場合には、その検出された電流は、外来磁場の影響を受けやすくなる。

すなわち、この従来の電流センサでは、磁電変換素子の出力の差分を利用して外来磁場の影響をキャンセルするための構成ができていない。

また、特許文献１の電流センサは、被計測電流が流れる１次側導体と、信号処理ＩＣが配置される２次側導体とが離れて置かれた形態となっており、小型化にするのが難しい。さらに電流センサの絶縁耐圧についても未だ不十分である。

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、外来磁場の影響をキャンセルすることが可能な位置に複数の磁電変換素子を配置するとともに、絶縁耐圧を向上させることができる小型の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、磁束を検出する複数の磁電変換素子と、被測定電流が流れる導体と、前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、信号端子を形成するリードフレームと、を備え、前記導体は、第一導体部分と、第一導体部分から段差を介して形成された第二導体部分と、を有し、前記各磁電変換素子は、前記リードフレームで支持された絶縁シート上に、前記第二導体部分を挟んで当該第二導体部分の両側に配置され、前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して形成された固定部で支持されて、前記第一導体部分の上を跨いで配置される。

また、上記の課題を解決するための電流センサは、磁束を検出する磁電変換素子と、被測定電流が流れる導体と、前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、信号端子を形成するリードフレームと、を備え、前記導体は、第一導体部分と、断面視で第一導体部分から段差を介して前記第一導体部分の上方に形成された第二導体部分と、を有し、前記磁電変換素子は、前記リードフレームの下面で支持された絶縁シート上に、前記第二導体部分を挟んで当該第二導体部分の両側に配置され、前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して断面視で上方に形成された固定部で支持されて、前記第一導体部分の上を跨いで配置される。

ここで、前記導体は、さらに、第二導体部分から段差を介して形成された第三導体部分を有するようにしてもよい。

前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して形成された少なくとも２つの固定部で信号処理ＩＣの両側が支持され、前記第一導体部分の上を跨いで配置されるようにしてもよい。

前記絶縁シートは、前記第二導体部分と非接触の状態で、前記リードフレームの下面で支持されるようにしてもよい。

前記第二導体部分は、前記第一導体部分及び前記第三導体部分よりも、幅が狭いようにしてもよい。

また、上記の課題を解決するための電流センサは、磁束を検出する磁電変換素子と、被測定電流が流れる導体と、前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、信号端子を形成するリードフレームと、を備え、前記導体の中央部が、断面視で、段差を介して上方に形成され、前記磁電変換素子は、前記リードフレームの下面で支持された絶縁シート上に、前記導体の中央部を挟んで当該導体部の両側に配置され、前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して断面視で上方に形成された固定部で支持されて、前記中央部以外の前記導体の上を跨いで配置される。

また、上記の課題を解決するための電流センサの製造方法は、被計測電流が流れる導体と、信号端子の形状を有するリードフレームと、を形成する工程と、前記導体の中央部分を、曲げ加工又は潰し加工することで、断面視で上方に折り曲げる工程と、前記リードフレームの一部を、曲げ加工又は潰し加工することで、断面視で上方に段差を有して形成された固定部を、前記導体から離間してその両側に形成する工程と、前記リードフレームの他の一部の裏面に絶縁シートを貼り付けて、前記中央部の下方であって、前記中央部を横切る方向に、絶縁シートをリードフレームに固定する工程と、前記絶縁シート上に、前記導体の中央部を挟んで両側に磁電変換素子を配置する工程と、信号処理ＩＣを前記固定部上に載置して、前記中央部以外の前記導体の上を跨いで配置する工程と、前記磁電変換素子と前記信号処理ＩＣ、及び、前記信号処理ＩＣと前記信号端子となるリードフレーム、を導線で電気的に接続する工程と、前記磁電変換素子、前記絶縁シート、前記信号処理ＩＣ、前記リードフレームの少なくとも一部、前記導体の少なくとも一部を封止樹脂で封止する工程と、を備える。

本発明の電流センサによれば、外来磁場をキャンセルすることが可能な位置に複数の磁電変換素子を配置するとともに、絶縁耐圧を向上させることができる。

実施形態１に係る電流センサの内部構造の一例を示す図である。 図１の電流センサ内部の断面の一例を示す図である。 信号処理ＩＣの内部の構成例を示す機能ブロック図である。 図１の電流センサのパッケージ外観の一例を示す図である。 実施形態１の電流センサの作製方法の一例を示す図である。 実施形態２に係る電流センサの内部構造の一例を示す図である。 図６の電流センサ内部の断面の一例を示す図である。 実施形態３に係る電流センサの内部構造の一例を示す図である。 図８の電流センサ内部の断面の一例を示す図である。 図８の電流センサのパッケージ外観の一例を示す図である。 実施形態１において、第一導体部分から突出する突出部の構成例を示す図である。 実施形態１において、第三導体部分から突出する突出部の構成例を示す図である。

以下、本発明の電流センサを実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を図面を参照して説明する。

なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の種々の変更を含む。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示した位置関係に基づくものとする。実施形態に係る構成要素の寸法比率は図示した比率に限られるものではない。

＜実施形態１＞
先ず、本実施形態の電流センサ１の構成について図１〜図２を参照して説明する。実施形態に係る電流センサは、ホール素子等の磁電変換素子と、被測定電流が流れる導体と、磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、信号端子を形成するリードフレームとを備え、これらの構成要素が封止された電流センサパッケージ（以下、単に「パッケージ」という。）である。

［電流センサ１の構成］
図１は、実施形態１の電流センサ１の内部構造の一例を示す図である。図２は、電流センサ１内部の断面図であって、（ａ）は図１に示したＡ−Ａ´断面、（ｂ）は図１に示したＢ−Ｂ´断面、（ｃ）は図１に示したＣ−Ｃ´断面、（ｄ）は図１に示したＤ−Ｄ´断面、を示す。また、以下の説明では、図１の紙面手前側（正のＸ方向側）を上方、図１の紙面奥側（負のＸ方向側）を下方と称して説明する。また、図２（ａ）〜（ｄ）において、図中の上側を上方、下側を下方と称して説明する。

図１の電流センサ１は、磁束を検出する磁電変換素子１３ａ，１３ｂと、被測定電流が流れる導体１０と、磁電変換素子１３ａ，１３ｂからの出力を処理する信号処理ＩＣ２０と、信号端子４１を形成するリードフレーム１００と、磁電変換素子１３ａ，１３ｂと信号処理ＩＣ２０とを電気的に接続する導線６０ａ，６０ｂと、磁電変換素子１３ａ，１３ｂを支える絶縁シート１４と、を備える。導線６０ａ，６０ｂとして、例えば、金属線やワイヤ等が用いられる。

導体１０の両側に配置される磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、被測定電流Ｉによって発生する磁束密度を検出し、磁束密度に応じた電気信号を信号処理ＩＣ２０に出力する素子である。磁電変換素子１３ａ，１３ｂ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等が挙げられる。磁電変換素子の個数は、図１に例示した２個に限られず、３個以上であってもよい。

導体１０は、図１に示すように、３つの導体部分、すなわち、第一導体部分１０ａと、第二導体部分１０ｂと、第三導体部分１０ｃとを有し、図２（ｄ）に示すように、導体１０の中央部にあたる第二導体部分１０ｂは、第一導体部分１０ａから段差３１を介して上方に形成され、第三導体部分１０ｃは、第二導体部分１０ｂから段差３１を介して下方に形成される。

導体１０は、図１に一例を示すように、直線状（Ｉ字状）に形成されている。そのため、被測定電流Ｉが流れる電流経路の総和の長さが短くなるようになっている。これにより、導体１０の抵抗値が小さくなるため電力損失を抑制でき、内部発熱も抑えられるため、高温対応が可能となる。

図１では、第二導体部分１０ｂの導体幅Ｗ２は、他の導体部分の導体幅Ｗ１、Ｗ３よりも狭くなるように設定されることが好ましい。この構成により、第二導体部分１０ｂを流れる被測定電流Ｉが導体幅Ｗ２に集中し、その結果、第二導体部分１０ｂの周囲の磁束密度が高められて、磁電変換素子１３ａ，１３ｂのＳ／Ｎ比が向上する。なお、各導体部分１０ａ〜１０ｃの形状として、図１に示した形状に限られず、適宜変更してもよい。また、第２導体部分１０ｂの幅は、段階的または連続的に狭くなるように形成するようにしてもよい。

信号処理ＩＣ２０は、磁電変換素子１３ａ，１３ｂからの出力を増幅又は演算等を行い、電気信号として被計測電流に応じた信号を信号端子４１へ出力する。信号処理ＩＣ２０は、図２（ａ）、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように、第一導体部分１０ａの上方に配置されている。信号処理ＩＣ２０は、例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)で構成され、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。

信号端子４１を形成するリードフレーム１００において、信号端子４１は、導線５０により、信号処理ＩＣ２０と電気的に接続されている。導線５０として、例えば、金属線やワイヤ等が用いられる。なお、信号端子４１の数や形状等は図１に限定されず、適宜変更可能である。

図２（ｂ）に示すように、絶縁シート１４は、リードフレーム１００の裏面で支持されており、磁電変換素子１３ａ，１３ｂがその絶縁シート１４上に配置される。絶縁シート１４としては、例えばポリイミドテープなどの絶縁シートが挙げられる。

なお、磁電変換素子１３ａ，１３ｂを、上記絶縁シート上に配置するためのダイアタッチ材料としては、例えばダイアタッチフィルム等の絶縁材料が挙げられる。

磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、導線６０ａ，６０ｂを介して信号処理ＩＣ２０と電気的に接続され、信号処理ＩＣ２０は、導線５０を介して信号端子４１と電気的に接続される。

各信号端子４１は、信号処理ＩＣ２０の出力（電流値や電圧値等）を取り出すように構成される。

図１において、突出部１６の各々は、第二導体部分１０ｂ以外の導体部分、すなわち第一導体部分１０ａ及び第三導体部分１０ｃから突出して形成される。突出部は、磁電変換素子１３ａ，１３ｂを囲むように突出している。なお、第一導体部分１０ａ及び第三導体部分１０ｂから突出した突出部同士の間にはクリアランスがある。なお、電流センサ１において、突出部１６を設けないように構成することも可能である。

上述した突出部１６によって、後述する作製工程において、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの表面にパッケージ応力変化を緩衝させるための低弾性材料を塗布する場合、その表面張力により突出部１６と第二導体部分１０ｂとで囲まれたエリアから、低弾性材料がはみだすことなく、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの表面に低弾性材料を塗布することができる。これにより、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの表面に塗布される低弾性材料の量のばらつきを抑えることが可能となる。

図３は、信号処理ＩＣ２０の一例の機能ブロック図である。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１３ａ，１３ｂと接続され、磁電変換素子１３ａ，１３ｂ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１３ａ，１３ｂ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、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの出力の差分に基づいて、外部で生じる磁界の影響をキャンセル（同相のノイズを相殺）して電流値を算出するようになっている。この場合、磁電変換素子１３ａ，１３ｂのゲイン係数をｋ、磁電変換素子１３ａの入力をｓ１，磁電変換素子１３ｂの入力をｓ２とすると、補正回路２０２は、{ｋ・（ｓ１-ｓ２）}の関係から、外来磁場の影響をキャンセルして電流値を算出する。

また、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１３ａ，１３ｂ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。

図４は、電流センサ１のパッケージの外観の一例を示す図であって、（ａ）はパッケージ上面図、（ｂ）はパッケージ側面図を示す。

電流センサ１は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂等のモールド樹脂８０で封止された四角形状のパッケージである。

被測定電流端子１２ａ，１２ｂおよび信号端子４１は、パッケージの４つの側面から取り出される。図４の例では、被測定電流端子１２ａ，１２ｂおよび信号端子４１は、パッケージの４つの側面から取り出されているが、これに限らず、たとえば、被測定電流入出力端子がパッケージの対向する両側面に配置され、信号端子がそれと直交する方向の側面（片側のみ、又は、両側）に配置される形態、被測定電流入出力端子がパッケージの一側面に配置され、信号端子がその一側面と対向したパッケージ側面に配置される形態、被測定電流入出力端子がパッケージの一側面に配置され、信号端子がその一側面と対向したパッケージ側面に加えて他の側面にも配置される形態などにしてもよい。

この電流センサ１では、磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、リードフレーム１００の裏面で支持された絶縁シート１４上で、第二導体部分１０ｂを挟んで第二導体部分１０ｂの両側に配置される。磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、導体１０の両側に配置されるため、被測定電流Ｉが生成される磁束の向きが逆極性（負または正側のＺ方向）となる。それら逆極性の信号を減算又は差分をとることで、外乱磁場をキャンセルすることができ、高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。

また、各磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、導体１０と離間して配置されており、常に被測定電流Ｉが流れる導体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１３ａ，１３ｂとの間は電気的に導通せず、絶縁を維持するための隙間（クリアランス）が確保される。

信号処理ＩＣ２０は、リードフレーム１００の上方に段差３１を有して形成された固定部３０で支持されて、第一導体部分１０ａの上を跨いで配置される。段差３１は、リードフレーム１００から断面視で上方に形成される。固定部３０の幅は、信号端子４１よりも広くするのが強度の観点から好ましい。固定部３０の幅は、信号処理ＩＣ２０の幅よりも大きくする、または、信号処理ＩＣ２０の幅と同じように設定するのが好ましい。なお、信号処理ＩＣ２０は、図１および図２に示した例に限られず、複数の固定部３０で支持される形態としてもよい。

絶縁シート１４は、リードフレーム１００の下面（裏面）で支持されることが好ましい。本実施形態において、リードフレーム１００の下面は、信号処理ＩＣ２０が実装される面の裏面側に相当する。図１および図２（ｂ）の例のように、絶縁シート１４は、リードフレーム１００の下面（裏面）で支持されるのが好ましい。

図２（ａ）において、固定部３０は、信号端子４１を有するリードフレーム１００の上方に段差３１が形成されており、この固定部３０によって、信号処理ＩＣ２０の両側から信号処理ＩＣ２０が支持されている。図２（ｂ）において、信号処理ＩＣ２０は、第一導体部分１０ａの上方に配置されることになるが、図２（ａ）に例示する通り、段差３１により第一導体部分１０ａに対して断面視で離間しているため、絶縁耐圧が向上する。なお、信号処理ＩＣ２０と第一導体部分１０ａとの間には、モールド樹脂８０が充填される。

図２（ｂ）において、絶縁シート１４は、リードフレーム１００の裏面で絶縁シート１４の両側が支持され、第二導体部分１０ｂの下方に配置される。この絶縁シート１４上において、図１に示すように、磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、第二導体部分１０ｂを挟んで第二導体部分１０ｂの両側に配置される。これにより、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの感磁面の高さ位置が、リードフレーム１００の底面から上面までの高さの間（つまり、導体１０の厚みの間）に設定することができる。好ましくは、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの感磁面の高さ位置が、リードフレーム１００の底面から上面までの高さの間の中央付近に設定するようにするのがよい。これによって、磁電変換素子１３ａ，１３ｂの感磁面では、導体１０の電流経路に流れる被測定電流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。

図１および図２（ｄ）において、導体１０では、第一導体部分１０ａから段差３１を介して上方に第二導体部分１０ｂが形成され、第二導体部分１０ｂから段差３１を介して下方に第三導体部分１０ｃが形成されている。第二導体部分１０ｂは、図２（ｄ）に示すように、第一導体部分１０ａおよび第三導体部分１０ｃよりも上方に位置し、上方向に折れ曲がった形状となっている。

［電流センサの作製方法］
次に、電流センサ１の作製方法について、図１および図５を参照して説明する。図５は、電流センサ１の作製方法の一例を示す図である。

図５では、電流センサ１を作製する工程の一例として、（Ａ）から（Ｇ）までの順序で実施する例を示している。なお、図５（Ａ）〜（Ｇ）の左側には上方からみた上面図、右側には側方からみた断面図または側面図を示している。断面図または側面図は、対応する断面または側面の箇所（Ａ−Ａ´等）を図５の右側に示している。

図５（Ａ）は、リードフレームの形成工程を示している。この工程では、リードフレーム１００をパンチング加工またはエッチング加工によって、磁電変換素子１３ａ，１３ｂが配置される領域（ギャップ）２３が形成され、平面視で所定の形状を有する導体１０が形成される。また、固定部３０にあたるリードフレーム１００の幅広部分及び絶縁シートを張り付ける幅広部分も併せて形成される。

さらに、信号端子４１となる部分についてもこの工程時に形成する。図５（Ａ）では、パッケージの両側において、入出力端子である被計測電流端子１２ａ，１２ｂと直交する方向に信号端子４１を形成する。

図５（Ｂ）は、リードフレームの曲げ工程を示している。この工程では、リードフレームの曲げ加工を行い、第二導体部分１０ｂを上方に折り曲げることによって、第一導体部分１０ａ及び第三導体部分１０ｃよりも段差３１を介して上方に形成される。さらに、リードフレーム１００の幅広部分を上方に折り曲げることにより、段差３１を介して導体１０から離間してその両側に固定部３０を形成する。

なお、曲げ加工以外にも潰し加工によって、第二導体部分１０ｂを、段差３１を介して第一導体部分１０ａ及び第三導体部分１０ｃよりも上方に形成してもよい。

図５（Ｃ）は、絶縁シートの形成工程を示している。この工程では、リードフレーム１００の下面に、絶縁シート１４として、例えば絶縁テープを貼り付ける。前述の工程（Ａ）において形成されたリードフレームの幅広部分の裏面に絶縁シート１４を張り付けることで、第二導体部分の下方で、後述する磁電変換素子を載置するための絶縁シート１４が固定される。

図５（Ｄ）は、ダイボンディング工程を示している。この工程では、ダイボンディングにより、絶縁シート１４としての絶縁テープの上に、絶縁材としての例えばダイアタッチフィルムを介して、磁電変換素子１３ａ，１３ｂを固着する。

また、ダイボンディングにより、第一導体部分１０ａの上方で、固定部３０により信号処理ＩＣ２０を固定する。この場合、固定部３０の上に絶縁シートを張り付けたり、絶縁ペーストを塗布したりすることもできる。

なお、絶縁性を高めるために、第一導体部分１０ａの上に絶縁テープ等の絶縁部材を配置するようにしてもよい。

図５（Ｅ）は、ワイヤボンディング工程を示している。この工程では、ワイヤボンディングにより、信号端子４１側のリードフレーム１００と信号処理ＩＣ２０とをワイヤ５０で接続する。また、ワイヤボンディングにより、磁電変換素子１３ａ，１３ｂと信号処理ＩＣ２０とをワイヤ６０ａ，６０ｂで接続する。

図５（Ｆ）は、モールド工程を示している。この工程では、モールディングにより、導体１０、磁電変換素子１３ａ，１３ｂ、信号処理ＩＣ２０およびワイヤ５０，６０ａ，６０ｂをモールド樹脂８０で封止して覆う。

図５（Ｇ）は、リードフォーミング工程を示している。この工程では、リードフォーミング、つまり、リード端子をカットした後に曲げ加工することで被測定電流端子１２ａ，１２ｂおよび信号端子４１を形成するこれにより、電流センサ１のパッケージが完成する。

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及びリードフレーム１００に上述した段差３１を設けることで、図２（ａ）の通り、断面視で、磁電変換素子１３ａ，１３ｂと第二導体部分１０ｂとの間に所定距離の隙間を設けることができる。

本実施形態の段差３１によって、信号処理ＩＣ２０と第一導体部分１０との間にも所定距離の隙間を設けることができる。

これにより電流センサ１の絶縁耐圧を向上させることができる。

特に、段差３１によって、信号処理ＩＣ２０と、被計測電流が流れる導体１０との間の隙間の距離を適宜調整することにより、信号処理ＩＣ２０と導体１０との間の距離に応じた所望の絶縁性能が実現できる。

また、信号処理ＩＣ２０と導体１０との間に隙間を設けることにより、信号処理ＩＣ２０と導体１０との間の沿面ができなくなるため、例えば、導体１０に絶縁シートを搭載する絶縁方式よりも本実施形態の電流センサ１の絶縁耐圧が向上する。また、段差３１が存在することで、磁電変換素子１３ａ，１３ｂと導体１０との沿面も排除することができるため、電流センサ１の絶縁耐圧が向上する。

さらに、本実施形態の電流センサ１では、信号処理ＩＣ２０が導体１０の上方に配置されることとなるため、パッケージを小型化することができる。

＜実施形態２＞
以下、本発明の電流センサの実施形態２について説明する。

本実施形態の電流センサが実施形態１と異なるのは、前述した第二導体部分１０ｂの形状と前述した固定部３０であるため、その点を中心に以下説明する。

本実施形態の第二導体部分は、平面視における前述の第二導体部分１０ｂの形状と異なる。

［電流センサの構成］
本実施形態の電流センサの構成について図６および図７を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る電流センサ１Ａの内部構造の一例を示す図である。図７は、電流センサ内部の断面の一例を示す図であって、（ａ）は図６に示したＥ−Ｅ´断面、（ｂ）は図６に示したＦ−Ｆ´断面、（ｃ）は図６に示したＧ−Ｇ´断面、（ｄ）は図６に示したＨ−Ｈ´断面、を示す。

図６の第二導体部分１０ｂは、平面視において、第一の磁電変換素子１３ａを囲む第一の屈曲部分１１１と、第二の磁電変換素子１３ｂを囲む第二の屈曲部分１１２とを有する。本実施形態の第二導体部分１０ｂは、例えば、Ｓ字形状（またはＺ字形状）となっている。

図６の導体１０でも、実施形態１で示したものと同様に、図７（ａ）〜（ｄ）の断面視で示すように、第二導体部分１０ｂは、第一導体部分１０ａから段差３１を介して上方に形成され、第三導体部分１０ｃは、第二導体部分１０ｂから段差３１を介して下方に形成されている。第二導体部分１０ｂは、図７（ｄ）に示すように、第一導体部分１０ａおよび第三導体部分１０ｃよりも上方に位置し、上下方向に折れ曲がった形状となっている。

第一の屈曲部分１１１は、図６に示した形態に限られず、平面視において、第一の磁電変換素子１３ａを少なくとも２辺の直線（３辺の直線も含む。）で囲む形態としてもよい。また、第二の屈曲部分１１２は、第二の磁電変換素子１３ｂを少なくとも２辺の直線（３辺の直線も含む。）で囲む形態としてもよい。

なお、本実施形態において、屈曲部分は、平面視において、導体１０を流れる被測定電流の経路が屈曲していることを意味する。屈曲部分は、同一平面上で磁電変換素子を囲むような形態だけではなく、同一平面上でなくとも平面視において、磁電変換素子を囲むような形態も含む。つまり、屈曲部分は、電流センサ１Ａの断面方向とは関係がなく、平面視において磁電変換素子を囲むような形態であることを意味する。

屈曲部分についてさらに説明すると、屈曲部分は、被測定電流の経路中を流れる電流の方向が変わる部分に相当する。第一の磁電変換素子１３ａを２辺の直線で囲む形態（つまり、電流の流れる方向が一方向から別の方向に変わる形態）や、３辺の直線で囲む形態（つまり、電流の流れる方向が一方向から別の方向に変わり、さらに、方向が変わる形態）、曲線で囲む形態（つまり、電流の流れる方向が一方向から連続的に方向が変わる形態）、及び、直線と曲線とを組み合わせた形態も含む。

また、本実施形態において、Ｓ字形状は、直線、曲線、又はそれらの組み合わせによる形状であり、Ｓ字、又は、Ｓ字を左右反転した形状である。また、Ｚ字形状は、直線、曲線、又はそれらの組み合わせによる形状であり、Ｚ字、又は、Ｚ字を左右反転した形状である。

また、図６の固定部３０ａは、実施形態１に示した固定部３０とは異なり、１つの幅広部分からなる固定部で両側から信号処理ＩＣチップを支持する形態ではなく、複数の固定部で両側から信号処理ＩＣチップを支持する形態である。平面視における固定部の形状や、固定部の個数は特に限定されない。

本実施形態の電流センサ１Ａのように構成しても、実施形態１と同様の効果が得られるほか、第二導体部分１０ｂによって、各磁電変換素子１３ａ，１３ｂが、屈曲する前の電流経路を流れる電流が生成する磁束と、屈曲した後の電流経路を流れる電流が生成する磁束とを足し合わせた磁束を出力することができるので、感度が向上する。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３の電流センサ１Ｂについて図８〜図１０を参照して説明する。本実施形態が実施形態１と異なるのは、リードフレーム及び信号端子の形状又は配置であるため、これらを中心に以下説明する。

図８は、本実施形態に係る電流センサ１Ｂの内部構造の一例を示す図である。図９は、電流センサ１Ｂ内部の断面の一例を示す図であって、（ａ）は図８に示したＩ−Ｉ´断面、（ｂ）は図８に示したＪ−Ｊ´断面、（ｃ）は図８に示したＫ−Ｋ´断面、を示す。図１０は、電流センサ１Ｂのパッケージ外観の一例を示す図である。

図８に示す電流センサ１Ｂは、図１に示したものと異なり、パッケージの側面の片側（図８の紙面右側）に信号端子４１が配置され、被測定電流端子１２ａ，１２ｂは、パッケージの上側又は下側の側面の左寄り（図８の紙面左側）に配置されている。

被測定電流端子１２ａ，１２ｂと接続される導体１０は、パッケージの片側からその反対側に被計測電流が流れるように形成されている（図８）。

図９（ａ）において、固定部３０によって、信号処理ＩＣ２０は、第一導体部分１０ａを跨いで第一導体部分１０ａの上方に配置される。図９（ａ）および図９（ｃ）の例では、信号処理ＩＣ２０の下面には、接着材６０として例えばダイアタッチフィルムがつけられている。

図９（ｂ）において、図２（ｂ）に示したものと同様に、信号処理ＩＣ２０は、第一導体部分１０ａの上方に配置されることになるが、段差３１により第１導体部分１０ａと離間しているため、絶縁耐圧が向上する。

図１に示したものと同様に、磁電変換素子１３ａ，１３ｂは、図８に示すように、第二導体部分１０ｂを挟んで第二導体部分１０ｂの両側に配置される。そして、パッケージの右側に配置された信号端子を有するリードフレームと、パッケージの左側に配置された信号端子がないリードフレームとで支持された絶縁シート上に載置されている。

電流センサ１Ｂにおいても、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したものと同様に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂等のモールド樹脂８０で封止されて、同一のパッケージとして形成される。

被測定電流端子１２ａ，１２ｂおよび信号端子４１は、パッケージの一側面から取り出される。図１０の例では、被測定電流端子１２ａ，１２ｂおよび信号端子４１は、パッケージの３つの側面から取り出されている。

本実施形態の電流センサ１Ｂのように構成しても、実施形態１と同様の効果を得られる。

［変形例］
上述した各実施形態の電流センサ１，１Ａ，１Ｂは例示に過ぎず、変更するようにしてもよい。

実施形態１の突出部１６の形状は、図１に示した例に限らず、変更することもできる。例えば図１１は、磁電変換素子１３ａ，１３ｂが配置される領域を囲むように、第一導体部分１０ａから第三導体部分１０ｃ側に向かって突出する突出部１６ａの形態を例示している。図１２では、磁電変換素子１３ａ，１３ｂが配置される領域を囲むように、第三導体部分１０ｃから第一導体部分１０ａ側に向かって突出する突出部１６ｂの形態を例示している。なお、突出部の数は変更可能である。

例えば、段差３１の高さは、変更するようにしてもよい。また、第二導体部分１０ｂと第三導体部分１０ｃとの段差３１は、第一導体部分１０ａと第二導体部分１０ｂとの段差よりも小さくなるようにしてもよいし、大きくなるようにしてもよいし、同等としてもよい。

また、導体１０に形成される段差３１と、リードフレーム１００に形成される段差は、違う高さであっても、同等であってもよい。

段差３１は、少なくとも第一導体部分１０ａと第三導体部分１０ｃとの間に設けるようにすればよく、第二導体部分１０ｂと第三導体部分１０ｃとの間は段差を設けないようにすることもできる。

また、上述した各実施形態において、第一導体部分１０ａ、第二導体部分１０ｂおよび第三導体部分１０ｃについて説明したが、これらの導体部分の形態は変更するようにしてもよい。例えば、各導体部分１０ａ〜１０ｃは、各実施形態および変形例で示したものに別の導体部分を有する構成としてもよい。また、その各導体部分の形態において、さらに各実施形態および変形例で示したものとは別の段差を有する形態としてもよい。

段差３１は、一段の段差を有するだけでなく、複数の段差を有して構成されていてもよい。また、段差３１は、垂直に立ち上がる段差だけでなく、傾斜をつけて形成された段差でもよく、あるいは、曲線状に形成された段差であっても、それら形状を組み合わせた形態であってもよい。

固定部３０，３０ａは、幅広部分からなる固定部で信号処理ＩＣ２０を両側から支持する形態であっても、複数の固定部で信号処理ＩＣ２０を支持する形態であっても、それらを組み合わせた形態であってもよい。

また、固定部３０，３０ａは、必ずしも信号端子４１に接続されている必要はなく、リードフレームにおいて、信号端子４１として外部接続されていない部分を固定部とし、この固定部に対して段差を有するように加工された形態であってもよい。

導体１０の中央部とは、磁電変換素子が隣接して配置される導体部分周辺のことである。被計測電流は、被計測電流入力端子１２ａ、導体１０の幅広い部分である被計測電流入力部、段差３１を有して上方に形成された中央部、導体１０の幅広い部分である被計測電流出力部、被計測電流出力端子１２ｂの順に流れる。なお、被計測電流は、前述の方向と逆方向に流れるように構成されてもよい。具体的には、被計測電流入力端子１２ｂから被計測電流出力端子１２ａ方向へ流れるように構成してもよい。

例えば、各導体部分１０ａ〜１０ｃの大きさや形状は、電流センサの仕様に応じて変更するようにしてもよい。

また、各実施形態の電流センサ１，１Ａ，１Ｂは、半導体パッケージを例にとって説明したが、基板上に上述の導体、磁電変換素子および信号処理ＩＣを備えたモジュール形態としてもよい。

また、磁電変換素子の感磁面の上に、例えば磁性体メッキによって磁性材料を形成してもよい。磁性材料の構成例として、フェライトなどの磁性体チップであってもよい。これにより、導体１０に被測定電流Ｉが流れると、被測定電流Ｉによって生じる磁束が磁電変換素子の感磁部に収束されやすくなる。したがって、電流センサ１，１Ａ，１Ｂの電流検出感度が向上する。

また、各実施形態の中で個別に述べてきた電流センサ１，１Ａ，１Ｂを組み合わせて電流センサを実施することができる。

＜本実施形態のまとめ＞
本実施形態の電流センサは、磁束を検出する磁電変換素子と、被測定電流が流れる導体と、磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、信号端子を形成するリードフレームと、がパッケージに封止された電流センサである。

導体は、第一導体部分と、第一導体部分から段差を有して形成された第二導体部分と、を有する。段差の方向は、上方に形成され、後述する絶縁シートと接触させない方向、つまり、絶縁シートと離す方向に形成される。

また、磁電変換素子は、リードフレームで支持された絶縁シート上であって、第二導体部分を挟んで両側に配置される。絶縁シートはリードフレームの下面で支持されることが好ましく、下面とは信号処理ＩＣが実装される面の裏面側のことである。

信号処理ＩＣは、リードフレームの段差が形成された固定部で支持されて、第一導体部分の上を跨いで配置される。段差は、リードフレームから断面視で上方に形成される。

本実施形態において、磁電変換素子は導体の両側に配置されるため、被測定電流が生成する磁束の向きが逆極性となる。それら逆極性の信号を減算することで、外乱磁場をキャンセルすることができる。

また、本実施形態では、導体及びリードフレームに段差を有するため、断面視で、磁電変換素子と第二導体部分の距離を設けることができ、また、信号処理ＩＣも第一導体部分との距離を設けることができ、絶縁耐圧を向上させることができる。

特に、段差により、信号処理ＩＣと被計測電流が流れる導体との距離を適宜調整することで、その信号処理ＩＣと導体の距離に応じた所望の絶縁性能が実現できる。また、両者の沿面を一切排除できるため、例えば、導体に絶縁シートを搭載する絶縁方式よりも絶縁耐圧が向上する。また、段差があることで、磁電変換素子と導体との沿面も排除できるため、絶縁耐圧が向上する。

さらに、信号処理ＩＣは、導体の上方に配置されることとなるため、パッケージを小型化することができる。

なお、本実施形態において、「Ｓ字形状」とは、直線、曲線、又はそれらの組み合わせによる形状であり、Ｓ字、又は、Ｓ字を左右反転した形状である。
なお、本実施形態において、「Ｚ字形状」とは、直線、曲線、又はそれらの組み合わせによる形状であり、Ｚ字、又は、Ｚ字を左右反転した形状である

１，１Ａ，１ＢＤ 電流センサ
１０ 導体
１０ａ 第一導体部分
１０ｂ 第二導体部分
１０ｃ 第三導体部分
１２ａ，１２ｂ 被測定電流端子
１３ａ，１３ｂ 磁電変換素子
１４ 絶縁シート
２０ 信号処理ＩＣ
４１ 信号端子

Claims (15)

1. 磁束を検出する複数の磁電変換素子と、
   被測定電流が流れる導体と、
   前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、
   信号端子を形成するリードフレームと、を備え、
   前記導体は、第一導体部分と、第一導体部分から段差を介して形成された第二導体部分と、を有し、
   前記各磁電変換素子は、前記リードフレームで支持された絶縁シート上に、前記第二導体部分を挟んで当該第二導体部分の両側に配置され、
   前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して形成された固定部で支持されて、前記第一導体部分の上を跨いで配置される電流センサ。
2. 磁束を検出する磁電変換素子と、
   被測定電流が流れる導体と、
   前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、
   信号端子を形成するリードフレームと、を備え、
   前記導体は、第一導体部分と、断面視で第一導体部分から段差を介して前記第一導体部分の上方に形成された第二導体部分と、を有し、
   前記磁電変換素子は、前記リードフレームの下面で支持された絶縁シート上に、前記第二導体部分を挟んで当該第二導体部分の両側に配置され、
   前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して断面視で上方に形成された固定部で支持されて、前記第一導体部分の上を跨いで配置される電流センサ。
3. 前記導体は、さらに、第二導体部分から段差を介して形成された第三導体部分を有する請求項１又は２に記載の電流センサ。
4. 前記第一導体部分と前記第三導体部分は、断面視で略同一平面上であり、
   前記第二導体部分が、前記第一導体部分及び前記第三導体部分から段差を介して上方に形成されている請求項３に記載の電流センサ。
5. 前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して形成された少なくとも２つの固定部で信号処理ＩＣの両側が支持され、前記第一導体部分の上を跨いで配置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記絶縁シートは、前記第二導体部分と非接触の状態で、前記リードフレームの下面で支持される請求項１〜５のいずれか一項に記載の電流センサ。
7. 前記第二導体部分は、前記第一導体部分及び前記第三導体部分よりも、幅が狭い請求項３又は４に記載の電流センサ。
8. 前記第二導体部分は、Ｉ字型、Ｓ字型またはＺ字型の形状を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 磁束を検出する磁電変換素子と、
   被測定電流が流れる導体と、
   前記磁電変換素子からの出力を処理する信号処理ＩＣと、
   信号端子を形成するリードフレームと、を備え、
   前記導体の中央部が、断面視で、段差を介して上方に形成され、
   前記磁電変換素子は、前記リードフレームの下面で支持された絶縁シート上に、前記導体の中央部を挟んで当該導体部の両側に配置され、
   前記信号処理ＩＣは、前記リードフレームから段差を介して断面視で上方に形成された固定部で支持されて、前記中央部以外の前記導体の上を跨いで配置される電流センサ。
10. 前記絶縁シートは、前記導体の中央部と非接触の状態で、前記リードフレームの下面で支持される請求項９に記載の電流センサ。
11. 前記磁電変換素子、前記導体の少なくとも一部及び前記リードフレームの少なくとも一部が封止されたパッケージ形状であり、
    前記電流センサの対向する両側の側面に、被計測電流入力端子及び被計測電流出力端子を備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電流センサ。
12. 前記被計測電流入力端子及び被計測電流出力端子と直交する方向の、前記電流センサの対向する両側の側面に信号端子をさらに備える請求項１１に記載の電流センサ。
13. 前記被計測電流入力端子及び被計測電流出力端子と直交する方向の、前記電流センサの片側の側面に信号端子をさらに備える請求項１１に記載の電流センサ。
14. 被計測電流が流れる導体と、信号端子の形状を有するリードフレームと、を形成する工程と、
    前記導体の中央部分を、曲げ加工又は潰し加工することで、断面視で上方に折り曲げる工程と、
    前記リードフレームの一部を、曲げ加工又は潰し加工することで、断面視で上方に段差を有して形成された固定部を、前記導体から離間してその両側に形成する工程と、
    前記リードフレームの他の一部の裏面に絶縁シートを貼り付けて、前記中央部の下方であって、前記中央部を横切る方向に、絶縁シートをリードフレームに固定する工程と、
    前記絶縁シート上に、前記導体の中央部を挟んで両側に磁電変換素子を配置する工程と、
    信号処理ＩＣを前記固定部上に載置して、前記中央部以外の前記導体の上を跨いで配置する工程と、
    前記磁電変換素子と前記信号処理ＩＣ、及び、前記信号処理ＩＣと前記信号端子となるリードフレーム、を導線で電気的に接続する工程と、
    前記磁電変換素子、前記絶縁シート、前記信号処理ＩＣ、前記リードフレームの少なくとも一部、前記導体の少なくとも一部を封止樹脂で封止する工程と、
    を備える電流センサの製造方法。
15. さらに、封止樹脂から露出した前記信号端子となるリードフレーム、及び、封止樹脂から露出した前記導体を折り曲げて、前記信号端子及び被計測電流入出力端子を形成する工程を備える請求項１４に記載の電流センサの製造方法。

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