JP7385368B2 - Current detector and power module - Google Patents

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Description

本発明は、電流検出器及びパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a current detector and a power module.

従来、シャント抵抗を備える電流検出器を用いたパワーモジュールが知られている(従来のパワーモジュール７００。例えば、特許文献１参照。)。
従来のパワーモジュール７００は、図１３に示すように、基板５００上に配置されたスイッチング素子（パワートランジスタ）２００と、スイッチング素子２００と接続されている回路と接続されたワイヤ４１０と、電流検出器とを備える。従来のパワーモジュールにおいては、電流検出器として、シャント抵抗８５０を用いる。 Conventionally, a power module using a current detector provided with a shunt resistor is known (conventional power module 700; see, for example, Patent Document 1).
As shown in FIG. 13, a conventional power module 700 includes a switching element (power transistor) 200 arranged on a substrate 500, a wire 410 connected to a circuit connected to the switching element 200, and a current detector. Equipped with. In a conventional power module, a shunt resistor 850 is used as a current detector.

従来のパワーモジュール７００によれば、電流検出器として、シャント抵抗８５０を用いるため、電流検出器のサイズを小さくすることができ、電源装置（電力変換回路）の小型化の要請にかなうパワーモジュールとなる。 According to the conventional power module 700, since the shunt resistor 850 is used as the current detector, the size of the current detector can be reduced, and the power module meets the demand for miniaturization of the power supply device (power conversion circuit). Become.

しかしながら、従来のパワーモジュール７００において、シャント抵抗８５０は電力変換回路の主電流が流れる回路と直列に接続され、検出対象電流がシャント抵抗を流れるため、電力損失が発生する、という問題がある。 However, in the conventional power module 700, there is a problem in that the shunt resistor 850 is connected in series with the circuit through which the main current of the power conversion circuit flows, and the current to be detected flows through the shunt resistor, resulting in power loss.

そこで、従来、コイルを備える電流検出器が知られている（例えば、特許文献２参照。）。 Therefore, conventionally, a current detector including a coil is known (see, for example, Patent Document 2).

従来の電流検出器８００は、図１４に示すように、検出対象電流が流れる主電流導通路８２０と離間した位置で主電流導通路８２０を取り囲む位置に配置されたコイル８３０（いわゆるロゴスキーコイル）を有するコイル部を備える。 As shown in FIG. 14, the conventional current detector 800 includes a coil 830 (a so-called Rogowski coil) placed at a position surrounding the main current conducting path 820 and away from the main current conducting path 820 through which the current to be detected flows. The coil portion has a coil portion.

このようなコイルを用いた電流検出器をパワーモジュールに適用することも知られている（従来の他のパワーモジュール９００。例えば、特許文献３参照。）。 It is also known to apply a current detector using such a coil to a power module (another conventional power module 900; see, for example, Patent Document 3).

従来の他のパワーモジュール９００は、図１５に示すように、基板５００上に配置されたスイッチング素子（ＩＧＢＴ）２００と、スイッチング素子２００と接続されたクリップリード４００と、電流検出器８００とを備える。電流検出器８００においては、所定の位置でクリップリード４００の主電流導通路８２０を囲むようにコイル８３０が配置されている。 As shown in FIG. 15, another conventional power module 900 includes a switching element (IGBT) 200 arranged on a substrate 500, a clip lead 400 connected to the switching element 200, and a current detector 800. . In the current detector 800, a coil 830 is arranged at a predetermined position so as to surround the main current conducting path 820 of the clip lead 400.

従来の他のパワーモジュール９００によれば、所定の位置でクリップリード４００の主電流導通路８２０を囲むようにコイル８３０が配置されている電流検出器８００を用いるため、検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗を用いた場合と比較して電力損失が少なくて済む。 According to another conventional power module 900, the current detector 800 in which the coil 830 is arranged so as to surround the main current conducting path 820 of the clip lead 400 at a predetermined position is used, so that the current to be detected flows through the resistance. There is no power loss caused by this, and the power loss can be reduced compared to the case where a shunt resistor is used.

特開平９－６５６６２号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-65662 特開２００６－１８９３１９号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-189319 特開２０００－１７１４９１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-171491

ところで近年、電源装置（電力変換回路）やパワーモジュールの小型化の要請に伴い、パワーモジュール内に組み込まれる電流検出器のより一層の小型化が求められている。そこで、コイルを備える電流検出器をより一層小型化するために、シリコン基板等の基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用して電流検出器を小型化することが考えられる。 By the way, in recent years, with the demand for downsizing of power supplies (power conversion circuits) and power modules, there has been a demand for further downsizing of current detectors incorporated into power modules. Therefore, in order to further downsize a current detector including a coil, it may be possible to downsize the current detector by applying MEMS technology that performs microfabrication on a base such as a silicon substrate.

このような電流検出器としては、シリコン基体と、シリコン基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、シリコン基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルとを備える電流検出器が考えられる（背景技術に係る電流検出器。構成は図３と同様の構成）。 Such a current detector includes a silicon base, a main current conduction part through which the current to be detected passes through the silicon base, and a main current conduction part formed on the silicon base at a position spaced apart from the main current conduction part. A current detector including a coil disposed at a position surrounding the current detector is considered (a current detector according to the background art; the configuration is similar to that in FIG. 3).

しかしながら、背景技術に係る電流検出器においては、シリコン基体の比抵抗が一般的に１００Ωｃｍ未満（例えば６０Ωｃｍ～７０Ωｃｍ程度）であるため、背景技術に係る電流検出器を電源装置（電力変換回路）に組み込んで使用した場合において接地線を介して主電流導通部にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだときに、主電流導通部に入り込んだノイズがシリコン基板を通してコイル（及び積分器）に入り込んでしまい、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することが難しい、という問題がある。 However, in the current detector according to the background art, the specific resistance of the silicon substrate is generally less than 100 Ωcm (for example, about 60 Ωcm to 70 Ωcm). When used as a built-in device, when noise (common mode noise) enters the main current conducting section through the grounding wire, the noise entering the main current conducting section enters the coil (and integrator) through the silicon substrate. However, there is a problem in that it is difficult to measure the current flowing through the main current conducting portion with high accuracy.

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる電流検出器及びパワーモジュール及び電源装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a current detector, a power module, and a power supply device that are small in size and capable of measuring the current flowing through the main current conducting part with high accuracy. The purpose is to provide.

［１］本発明の電流検出器は、高抵抗基体と、前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする。 [1] The current detector of the present invention includes a high-resistance base, a main current conducting portion formed on the high-resistance base and through which a current to be detected passes through the high-resistance base, and a main current conduction portion formed on the high-resistance base. and a coil portion having a coil disposed at a position surrounding the main current conducting portion at a distance from the main current conducting portion, and when the high resistance substrate is a semiconductor substrate, the high resistance substrate If the specific resistance of at least the area between the main current conducting part and the coil part is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm, and the high resistance substrate is a glass substrate, the high resistance The specific resistance of at least a region of the base between the main current conducting portion and the coil portion is within the range of 100 Ωcm to 1×10 19 Ωcm.

［２］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあることが好ましい。 [2] In the current detector of the present invention, it is preferable that a stray capacitance in a region between the main current conducting portion and the coil portion be within a range of 0.1 pF to 20 pF.

［３］本発明の電流検出器においては、前記高抵抗基体は、ＦＺ法又はＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であり、記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。 [3] In the current detector of the present invention, the high-resistance base is a silicon base formed by the FZ method or the MCZ method, and the high-resistance base includes at least the main current conducting portion and the coil portion. It is preferable that the specific resistance in the region between the two is within the range of 100 Ωcm to 220,000 Ωcm.

［４］本発明の電流検出器においては、前記高抵抗基体は、ＳｉＣ基体であり、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。 [4] In the current detector of the present invention, the high-resistance base is a SiC base, and the specific resistance of at least a region between the main current conducting part and the coil part of the high-resistance base is 100 Ωcm or more. It is preferably within the range of 1×10 7 Ωcm.

［５］本発明の電流検出器においては、前記コイルは、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであることが好ましい。 [5] In the current detector of the present invention, the coil is formed by connecting conductor films formed on both sides of the high-resistance base via vias formed in the thickness direction of the high-resistance base. Preferably, it is a formed Rogowski coil.

［６］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部は、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されていることが好ましい。 [6] In the current detector of the present invention, the main current conducting portion connects conductive films formed on both sides of the high resistance base via vias formed in the thickness direction of the high resistance base. Preferably, it is formed by.

［７］本発明の電流検出器においては、前記コイル部で囲まれている領域において、前記主電流導通部と前記コイル部との間の間隔をＡとし、前記主電流導通部が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすことが好ましい。 [7] In the current detector of the present invention, in a region surrounded by the coil portion, the distance between the main current conducting portion and the coil portion is A, and the main current conducting portion is formed. It is preferable that the relationship B/8<A<2B be satisfied, where B is the width of the area where the image is located.

［８］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されていることが好ましい。 [8] In the current detector of the present invention, the coil section further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged so as to surround the main current conducting section, and the return wire is , it is preferable that the coil be disposed outside the area surrounded by the coil when viewed in plan.

［９］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されていることが好ましい。 [9] In the current detector of the present invention, the coil section further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged so as to surround the main current conducting section, and the return wire is , it is preferable that the coil be disposed inside the area surrounded by the coil when viewed in plan.

［１０］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されていることが好ましい。 [10] In the current detector of the present invention, the coil section further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged to surround the main current conducting section, and the return wire It is preferable that the coils be arranged so as to cross the inside and outside of the area surrounded by the coils when viewed in plan.

［１１］本発明の電流検出器においては、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積は、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積と等しいことが好ましい。 [11] In the current detector of the present invention, a region between the return wire and the coil in a portion where the return wire is located inside a region surrounded by the coil when viewed in plan. It is preferable that the area of is equal to the area of the region between the return wire and the coil in a portion where the return wire is located outside the region surrounded by the coil when viewed in plan.

［１２］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部が形成されている領域の面積は、平面的に見て前記コイル部で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあることが好ましい。 [12] In the current detector of the present invention, the area of the region where the main current conducting portion is formed is 4% to 65% of the area of the region surrounded by the coil portion when viewed in plan. It is preferably within the range.

［１３］本発明のパワーモジュールは、上記［１］～［１２］のいずれかの電流検出器を備えることを特徴とする。 [13] The power module of the present invention is characterized by comprising the current detector according to any one of [1] to [12] above.

本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部を備えるため、従来の電流検出器８００及び従来の他のパワーモジュール９００の場合と同様に、検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗を用いた場合と比較して電力損失が少なくて済む。 According to the current detector and power module of the present invention, since the coil part is formed on a high resistance base body and has a coil disposed at a position apart from the main current conducting part and at a position surrounding the main current conducting part, it is different from the conventional one. As with the current detector 800 and other conventional power modules 900, there is no power loss caused by the current to be detected flowing through the resistor, and the power loss is lower than when using a shunt resistor. Less is enough.

また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用した加工が可能となる。このため、主電流導通部が形成される部分の高さ(厚み)とコイルが形成される部分の高さ（厚み）の差を小さくして薄型化することや接地面積を狭くすることができ、その結果、コイルを用いた電流検出器を小型化することができる。 Further, according to the current detector and power module of the present invention, the high resistance base, the main current conducting part through which the current to be detected passes through the high resistance base, and the main current Since it includes a conductive part and a coil part having a coil disposed at a position that is distant from the conductive part and surrounds the main current conductive part, it is possible to perform microfabrication on the base body using MEMS technology. Therefore, the difference between the height (thickness) of the part where the main current conduction part is formed and the height (thickness) of the part where the coil is formed can be made thinner and the ground area can be reduced. As a result, a current detector using a coil can be downsized.

また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体が半導体基体である場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、高抵抗基体がガラス基体である場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあるため、主電流導通路とコイル部との間のインピーダンスが高くなる。従って、接地線を介して主電流導通部にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体を通してコイル、ひいては積分器に入り込むことを防ぐことができる。その結果、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。 Further, according to the current detector and power module of the present invention, when the high resistance base is a semiconductor base, the specific resistance of at least the region between the main current conducting part and the coil part of the high resistance base is 100 Ωcm. ~1×10 7 Ωcm, and if the high-resistance substrate is a glass substrate, the specific resistance of at least the area between the main current conducting part and the coil part of the high-resistance base is 100Ωcm to 1× Since it is within the range of 10 19 Ωcm, the impedance between the main current conduction path and the coil portion is high. Therefore, even if noise (common mode noise) enters the main current conducting portion via the grounding wire, it is possible to prevent the noise from entering the coil and eventually the integrator through the high resistance base. As a result, the current flowing through the main current conducting portion can be measured with high accuracy.

その結果、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる As a result, the current detector and power module of the present invention can measure the current flowing through the main current conducting part with high accuracy despite being small.

実施形態１に係るパワーモジュール１を示す回路図である。なお、本発明の理解を助けるために、図１においてはコイル部１５０を模式的に表現している。1 is a circuit diagram showing a power module 1 according to a first embodiment. FIG. Note that, in order to aid understanding of the present invention, the coil portion 150 is schematically depicted in FIG. 1. 実施形態１に係るパワーモジュール１を示す図である。図２（ａ）はパワーモジュール１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。1 is a diagram showing a power module 1 according to Embodiment 1. FIG. 2(a) is a plan view of the power module 1, and FIG. 2(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 2(a). 実施形態１に係る電流検出器１００を示す図である。図３（ａ）は電流検出器１００の平面図及び要部拡大図であり、図３（ｂ）は電流検出器１００の電流路（ただしコイル１３０を１本の線（曲線）で表現している。図１１及び図１２において同じ）をモデル化して示す図である。1 is a diagram showing a current detector 100 according to Embodiment 1. FIG. 3(a) is a plan view and an enlarged view of the main parts of the current detector 100, and FIG. 3(b) is a current path of the current detector 100 (however, the coil 130 is represented by one line (curve)). 11 and 12). 図３におけるＢ－Ｂ断面図である。4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3. FIG. コイル１３０の両端に流れる電流量を説明するために示す図である。図５（ａ）は、主電流導通部を流れる電流とコイルを流れる誘導電流の関係をイメージした図であり、図５（ｂ）は図４における領域Ｃを説明するために示す図である。図５（Ｂ）の上図は図４における領域Ｃの要部拡大断面図を示し、図５（ｂ）の下図は電流検出器１００（図４における領域Ｃ）のモデル化された等価回路図である。3 is a diagram shown to explain the amount of current flowing across the coil 130. FIG. FIG. 5(a) is a diagram illustrating the relationship between the current flowing through the main current conducting portion and the induced current flowing through the coil, and FIG. 5(b) is a diagram shown to explain region C in FIG. 4. The upper diagram in FIG. 5(B) shows an enlarged cross-sectional view of the main part of region C in FIG. 4, and the lower diagram in FIG. 5(b) is a modeled equivalent circuit diagram of the current detector 100 (region C in FIG. 4). It is. 実施形態１に係る電流検出器１００におけるコモンモードノイズを説明するために示す図である。図６の上図は図４における領域Ｃの要部拡大断面図を示し、図６の下図はコモンモードノイズが発生する回路をモデル化した等価回路である。FIG. 3 is a diagram shown to explain common mode noise in the current detector 100 according to the first embodiment. The upper diagram in FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of a main part of region C in FIG. 4, and the lower diagram in FIG. 6 is an equivalent circuit modeling a circuit in which common mode noise occurs. 比較例に係る電流検出器においてコイル部１５０の端子間の電圧測定を行った試験結果を示すグラフである。図７において、実線は、比較例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、破線は、基準例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、一点鎖線はリセット回路の電圧の時間変化を示すグラフである。なお、図７には、図８との比較のために、実施例に係る電流検出器を用いてコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を二点鎖線で記載している。また、それぞれの波形の比較を容易にするために比較例に係る電流検出器の端子間の電圧以外の波形についてはコイル端電圧のスケールを変えて1枚のグラフ中に表示している。It is a graph showing the test results of measuring the voltage between the terminals of the coil section 150 in the current detector according to the comparative example. In FIG. 7, the solid line is a graph showing the time change in the voltage between the terminals of the coil section 150 detected using the current detector according to the comparative example, and the broken line is a graph showing the change over time in the voltage between the terminals of the coil section 150 detected using the current detector according to the reference example. It is a graph showing the time change of the detected voltage between the terminals of the coil section 150, and the dashed line is a graph showing the time change of the voltage of the reset circuit. In addition, in FIG. 7, for comparison with FIG. 8, the time change of the voltage between the terminals of the coil section 150 using the current detector according to the example is shown by a two-dot chain line. Furthermore, in order to facilitate comparison of the respective waveforms, waveforms other than the voltage between the terminals of the current detector according to the comparative example are displayed in a single graph by changing the scale of the coil end voltage. 実施例に係る電流検出器においてコイル部１５０の端子間の電圧測定を行った試験結果を示すグラフである。図８において、実線は、実施例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、破線は、基準例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル端の電圧の時間変化を示すグラフであり、一点鎖線はリセット回路の電圧の時間変化を示すグラフである。なお、図７及び図８において、基準例に係る電流検出器を用いた電圧のグラフとリセット回路の電圧のグラフは同じ波形をしている。It is a graph showing the test results of measuring the voltage between the terminals of the coil section 150 in the current detector according to the example. In FIG. 8, the solid line is a graph showing the time change in the voltage between the terminals of the coil section 150 detected using the current detector according to the example, and the broken line is a graph showing the change over time in the voltage between the terminals of the coil section 150 detected using the current detector according to the reference example. It is a graph showing the time change of the detected voltage at the end of the coil, and the one-dot chain line is a graph showing the time change of the voltage of the reset circuit. Note that in FIGS. 7 and 8, the voltage graph using the current detector according to the reference example and the voltage graph of the reset circuit have the same waveform. 実施形態１に係る電流検出器１００を過電流保護回路を含む回路に適用した場合の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram when the current detector 100 according to the first embodiment is applied to a circuit including an overcurrent protection circuit. 実施形態１に係る電流検出器１００をＤＣ－ＤＣコンバータを含む回路に適用した場合の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram when the current detector 100 according to the first embodiment is applied to a circuit including a DC-DC converter. 実施形態２に係る電流検出器１０１を説明するために示す図である。図１１（ａ）は電流検出器１０１の平面図であり、図１１（ｂ）は電流検出器１０１の電流路をモデル化して示す図である。7 is a diagram shown to explain a current detector 101 according to a second embodiment. FIG. FIG. 11(a) is a plan view of the current detector 101, and FIG. 11(b) is a diagram showing a modeled current path of the current detector 101. 実施形態３に係る電流検出器１０２を説明するために示す図である。図１２（ａ）は電流検出器１０２の平面図であり、図１２（ｂ）は電流検出器１０２の電流路をモデル化して示す図である。7 is a diagram shown to explain a current detector 102 according to a third embodiment. FIG. FIG. 12(a) is a plan view of the current detector 102, and FIG. 12(b) is a diagram showing a modeled current path of the current detector 102. 従来のパワーモジュール７００を示す図である。図１３中、符号２０１はダイオードを示す。FIG. 7 is a diagram showing a conventional power module 700. In FIG. 13, reference numeral 201 indicates a diode. 従来の電流検出器８００を示す図である。図１４中、符号８４０は戻り線を示し、符号８６０は電流検出部を示す。FIG. 8 is a diagram showing a conventional current detector 800. In FIG. 14, reference numeral 840 indicates a return line, and reference numeral 860 indicates a current detection section. 従来のパワーモジュール９００を示す図である。図１５中、符号Ｂは放熱用ベース板を示す。FIG. 9 is a diagram showing a conventional power module 900. In FIG. 15, symbol B indicates a heat dissipation base plate.

以下、本発明の電流検出器及びパワーモジュールについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。以下に説明する各実施形態は、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。各実施形態においては、基本的な構成、特徴、機能等が同じ構成、要素（形状等が完全に同一ではない構成要素を含む。）については、実施形態をまたいで同じ符号を使用するとともに再度の説明を省略することがある。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the current detector and power module of this invention are demonstrated based on embodiment shown in a figure. Note that each drawing is a schematic diagram and does not necessarily strictly reflect actual dimensions. Each embodiment described below does not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all of the elements and combinations thereof described in each embodiment are essential to the solution of the present invention. In each embodiment, configurations and elements with the same basic configuration, features, functions, etc. (including components whose shapes etc. are not completely the same) are denoted by the same reference numerals across the embodiments, and again. The explanation may be omitted.

［実施形態１］
１．実施形態１に係るパワーモジュール１の構成
実施形態１に係るパワーモジュール１は、図１に示すように、実施形態１に係る電流検出器１００、スイッチング素子２００、及び、制御部３００を備える。スイッチング素子２００は電力変換回路の一部を構成しており、スイッチング素子２００と直列に接続された配線(電流路Ｌ)に流れる電流を電流検出器１００を用いて検出する。 [Embodiment 1]
1. Configuration of power module 1 according to Embodiment 1 As shown in FIG. 1, power module 1 according to Embodiment 1 includes the current detector 100, switching element 200, and control section 300 according to Embodiment 1. The switching element 200 constitutes a part of the power conversion circuit, and the current detector 100 detects a current flowing through a wiring (current path L) connected in series with the switching element 200.

電流検出器１００は、コイル部１５０及び積分器１６０を有する。コイル部１５０においては、パワーモジュール１(電力変換回路)の回路中の電流路Ｌがコイル部１５０のコイル１３０の内側を貫通している。電流検出器１００においては、検出対象となる電流路Ｌを流れる電流（以下、検出対象電流ということもある）が変化すると、それに伴ってコイル部１５０のコイル１３０に誘導電流が流れ、当該誘導電流を積分器１６０で増幅して検出対象電流を検出する。電流検出結果は制御部３００に送られる。 Current detector 100 includes a coil section 150 and an integrator 160. In the coil section 150, the current path L in the circuit of the power module 1 (power conversion circuit) passes through the inside of the coil 130 of the coil section 150. In the current detector 100, when the current flowing through the current path L to be detected (hereinafter also referred to as detection target current) changes, an induced current flows through the coil 130 of the coil section 150, and the induced current is amplified by an integrator 160 to detect the current to be detected. The current detection result is sent to the control section 300.

スイッチング素子２００は、適宜のスイッチング素子を用いることができ、実施形態１においては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いる。スイッチング素子２００のゲート電極には制御部３００が接続されており、制御部３００からの信号によってスイッチング素子２００がオンオフされる。 An appropriate switching element can be used as the switching element 200, and in the first embodiment, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is used. A control section 300 is connected to the gate electrode of the switching element 200, and the switching element 200 is turned on and off by a signal from the control section 300.

制御部３００は、電流検出器１００の検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオンオフを制御する。 The control unit 300 controls on/off of the switching element 200 based on the detection result of the current detector 100.

実施形態１に係るパワーモジュール１は、図２に示すように、電流検出器１００、スイッチング素子２００、制御部３００が基板５００上に配置されており、スイッチング素子２００のソース電極Ｓと、電流検出器１００の主電流導通部１２０とがクリップリード４００（接続子）によって接続されている。実施形態１に係るパワーモジュール１においては、電流検出器１００、スイッチング素子２００、制御部３００及びクリップリード４００は、耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成された樹脂（図示せず。）で樹脂封止されている。なお、実施形態１に係るパワーモジュール１は、従来の他のパワーモジュール９００の場合のようにクリップリード４００の周りにコイルを巻くことはないため、従来の他のパワーモジュール９００の場合よりも高さが低くなっている。 In the power module 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. The main current conducting portion 120 of the device 100 is connected to the main current conducting portion 120 by a clip lead 400 (connector). In the power module 1 according to the first embodiment, the current detector 100, the switching element 200, the control unit 300, and the clip lead 400 are made of a heat-resistant and highly insulating resin, ceramics, or the like (not shown). ) is sealed with resin. Note that the power module 1 according to the first embodiment does not have a coil wound around the clip lead 400 as in other conventional power modules 900, so the power module 1 has a higher power consumption than other conventional power modules 900. is low.

２．実施形態１に係る電流検出器１００の構成
電流検出器１００は、図２及び図３に示すように、高抵抗基体１１０と、主電流導通部１２０と、コイル部１５０と、積分器１６０とを備える。 2. Configuration of current detector 100 according to Embodiment 1 As shown in FIGS. 2 and 3, the current detector 100 includes a high resistance base 110, a main current conducting section 120, a coil section 150, and an integrator 160. Be prepared.

高抵抗基体１１０は、半導体基体であり、具体的には、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法で形成されたシリコン基体である。高抵抗基体１１０の比抵抗（主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗を含む）は、１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある。実施形態１において、高抵抗基体１１０は、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法で形成されたシリコン基体であるため、特に、１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍであることが好ましい。高抵抗基体１１０の比抵抗が、１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由は後述する。 The high-resistance base 110 is a semiconductor base, specifically, a silicon base formed by the FZ (Floating Zone) method. The specific resistance of the high-resistance base 110 (including the specific resistance of the region between the main current conducting part 120 and the coil part 150) is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm. In the first embodiment, the high resistance substrate 110 is a silicon substrate formed by the FZ (Floating Zone) method, so it is particularly preferable that the resistance is 100 Ωcm to 220000 Ωcm. The reason why the specific resistance of the high-resistance substrate 110 is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm will be described later.

高抵抗基体１１０の中央部には、主電流導通部１２０が形成され、周辺部にはコイル部１５０が形成されている。高抵抗基体１１０において、高抵抗基体１１０と主電流導通部１２０との間、及び、高抵抗基体１１０とコイル１３０との間には酸化膜１１４ａ，１１４ｂが形成されており（図４参照。）、酸化膜１１４ａ，１１４ｂの厚さは、０．１μｍ～１０μｍの範囲内にある。また、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にある。 A main current conducting part 120 is formed in the center of the high resistance base 110, and a coil part 150 is formed in the peripheral part. In the high resistance base 110, oxide films 114a and 114b are formed between the high resistance base 110 and the main current conducting portion 120 and between the high resistance base 110 and the coil 130 (see FIG. 4). The thickness of the oxide films 114a and 114b is within the range of 0.1 μm to 10 μm. Furthermore, the stray capacitance in the region between the main current conducting section 120 and the coil section 150 is within the range of 0.1 pF to 20 pF.

主電流導通部１２０においては、高抵抗基体１１０を貫通するように検出対象電流が流れる。主電流導通部１２０は、図４に示すように、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１２１，１２２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に並列に複数形成されたビア１２３を介して接続することによって形成されたものである。主電流導通部１２０は、電力変換回路（例えば、後述する図９や図１０に示す回路）の配線の一部と接続されている。 In the main current conducting portion 120, the current to be detected flows through the high resistance base 110. As shown in FIG. 4, the main current conducting section 120 connects the conductor films 121 and 122 formed on both sides of the high resistance base 110 through a plurality of vias 123 formed in parallel in the thickness direction of the high resistance base 110. It is formed by connecting the The main current conducting section 120 is connected to a part of wiring of a power conversion circuit (for example, a circuit shown in FIGS. 9 and 10 described later).

コイル部１５０は、コイル１３０と戻し線１４０とを有する。 The coil section 150 includes a coil 130 and a return wire 140.

コイル１３０は、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されている(図３参照。)。一方の端部が外部端子Ｔ１と接続されており、そこから、高抵抗基体１１０の外周部（主電流導通部１２０の周囲）に沿って、らせん状（進行方向に向かって時計回りに旋回するらせん状）に高抵抗基体１１０の厚さを径としたコイルが形成されている。そして、高抵抗基体１１０の外周部（主電流導通部１２０の周囲）に沿ってほぼ一周した位置で他方の端部が戻し線１４０と接続されている。 The coil 130 is arranged at a position that is separated from the main current conducting section 120 and surrounds the main current conducting section 120 (see FIG. 3). One end is connected to the external terminal T1, and from there, it spirals (swivels clockwise toward the direction of travel) along the outer periphery of the high-resistance base 110 (around the main current conducting part 120). A coil having a diameter equal to the thickness of the high-resistance base 110 is formed in a spiral shape. The other end is connected to the return line 140 at a position that goes around the outer periphery of the high-resistance base 110 (around the main current conducting portion 120).

コイル１３０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１３１，１３２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に並列に複数形成されたビア１３３，１３４を介して接続することによって形成されたものである。図３(ａ)に示すように導体膜１３１は直線状の形状をしているのに対して、導体膜１３２が段差状に折れ曲がった形状をしている。 The coil 130 is formed by connecting conductor films 131 and 132 formed on both sides of the high resistance base 110 via a plurality of vias 133 and 134 formed in parallel in the thickness direction of the high resistance base 110. It is something. As shown in FIG. 3(a), the conductor film 131 has a linear shape, whereas the conductor film 132 has a step-like bent shape.

コイル１３０は、空芯コイルであるロゴスキーコイルである。このため、インピーダンスが小さく、電流測定による電力損失が小さくなる。また、磁束が飽和せず大電流の測定に対応することができる。 The coil 130 is a Rogowski coil that is an air-core coil. Therefore, impedance is small, and power loss due to current measurement is reduced. In addition, the magnetic flux does not become saturated and it is possible to measure large currents.

戻し線１４０は、一方の端部がコイル１３０と接続され、主電流導通部１２０及びコイル１３０を囲むように、平面的に見て、コイル１３０で囲まれている領域の外側に配置され、他方の端部が外部端子Ｔ２と接続されている(図３(ａ)及び図３（ｂ）参照。)。従って、コイル部１５０においては、外部端子Ｔ１から高抵抗基体１１０（主電流導通部１２０）を囲むようにコイル１３０がほぼ一周し、そこから、折り返してコイル１３０の外側をほぼ一周して外部端子Ｔ２と接続されている(図３(ｂ)参照。)。 The return wire 140 has one end connected to the coil 130 and is arranged outside the area surrounded by the coil 130 in plan view so as to surround the main current conducting part 120 and the coil 130, and the other end is connected to the coil 130. The end portion of is connected to the external terminal T2 (see FIGS. 3(a) and 3(b)). Therefore, in the coil section 150, the coil 130 goes around the high-resistance base 110 (main current conducting part 120) from the external terminal T1, and then turns back and goes around the outside of the coil 130 almost once to the external terminal T1. It is connected to T2 (see Figure 3(b)).

なお、ロゴスキーコイルの特性上、コイルで囲まれた面積を貫く磁束に対応した誘導電流が生じるが、戻し線１４０によって、戻し線で囲まれた面積を貫く逆向きの磁束に対応した逆方向成分の誘導電流が生じて打ち消しあうため、主電流導通部１２０に導通する電流を正確に検出することができる。 Note that due to the characteristics of the Rogowski coil, an induced current is generated corresponding to the magnetic flux passing through the area surrounded by the coil, but due to the return wire 140, an induced current is generated in the opposite direction corresponding to the magnetic flux in the opposite direction passing through the area surrounded by the return wire. Since the component induced currents are generated and cancel each other out, the current flowing through the main current conducting portion 120 can be accurately detected.

コイル部１５０で囲まれている領域において、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の間隔をＡとし、主電流導通部１２０が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たす（図４参照。）。また、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積は、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にある。 In the area surrounded by the coil part 150, when the distance between the main current conducting part 120 and the coil part 150 is A, and the width of the area where the main current conducting part 120 is formed is B, B The relationship: /8<A<2B is satisfied (see FIG. 4). Further, the area of the region in which the main current conducting portion 120 is formed is within the range of 4% to 65% of the area of the region surrounded by the coil portion 150 when viewed in plan.

積分器１６０は、後述する図５（ｂ）の下図に示すように、オペアンプＩＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、コンデンサＣ２と、スイッチＲｅｓｅｔを有し、コイル１３０を流れる電流に基づいて主電流導通部１２０に流れる電流を検出する。このような構成とすることにより、比較的微弱な磁束変化による電流を増幅した状態で検出できることから、主電流導通部１２０を流れる電流を検出し易くなる。 The integrator 160 has an operational amplifier IC1, resistors R1, R2, R3, R4, R5, a capacitor C2, and a switch Reset, as shown in the lower diagram of FIG. The current flowing through the main current conducting section 120 is detected based on the current. With such a configuration, it is possible to detect a current caused by a relatively weak change in magnetic flux in an amplified state, thereby making it easier to detect the current flowing through the main current conducting portion 120.

３．高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由
次に、高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由（特に高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ以上である理由）について説明する。 3. The reason why the specific resistance of the high-resistance substrate 110 is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm Next, the reason why the specific resistance of the high-resistance substrate 110 is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm (especially when the high-resistance substrate The reason why the specific resistance of 110 is 100 Ωcm or more will be explained.

（１）コイルの端子間を流れる電流Ｉｃ
まず、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃを見積る(図５(ａ)参照。)。
一般に、電力変換回路（電源装置）にロゴスキーコイルを用いた電流検出器を用いる場合において、主電流導通部１２０に検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０のコイル１３０に生じる誘導起電力は１ｍＶ～１００ｍＶ程度であり、積分器１６０の入力インピーダンス（Ｒ１＋Ｒ２）はおよそ１ｋΩである。このことから、オームの法則により、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたときにコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃは、およそ１μＡ～１００μＡ程度となる。
従って、積分器１６０の端子間に流れるノイズ電流Ｉｎｃは、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃの１０％以下である０．１μＡであることが望ましい。 (1) Current Ic flowing between the terminals of the coil
First, when the detection target current Il flows through the main current conducting section 120 (when a current change occurs), the current Ic flowing between the terminals of the coil section 150 (between the terminals of the integrator 160) is estimated (Fig. 5(a) )reference.).
Generally, when a current detector using a Rogowski coil is used in a power conversion circuit (power supply device), when the detection target current Il flows through the main current conducting section 120 (when a current change occurs), the coil section 150 The induced electromotive force generated in the coil 130 is about 1 mV to 100 mV, and the input impedance (R1+R2) of the integrator 160 is about 1 kΩ. From this, according to Ohm's law, when the detection target current Il flows through the main current conducting section 120, the current Ic flowing between the terminals of the coil section 150 (between the terminals of the integrator 160) is approximately 1 μA to 100 μA. Become.
Therefore, the noise current Inc flowing between the terminals of the integrator 160 is desirably 0.1 μA, which is 10% or less of the current Ic flowing between the terminals of the coil section 150 (between the terminals of the integrator 160).

（２）コモンモードノイズのノイズ電流Ｉｎｌ及びノイズ電圧Ｖｎｌ
次に、実施形態１に係るパワーモジュール（及び背景技術に係る電流検出器）を用いて、コイル部１５０に生じるコモンモードノイズのノイズ電流及びノイズ電圧を算出する。 (2) Noise current Inl and noise voltage Vnl of common mode noise
Next, the noise current and noise voltage of common mode noise generated in the coil section 150 are calculated using the power module according to the first embodiment (and the current detector according to the background art).

まず、電力変換回路に実施形態１に係る電流検出器（背景技術に係る電流検出器）を配置した場合のパワーモジュールの等価回路をモデル化する。 First, an equivalent circuit of a power module when the current detector according to Embodiment 1 (current detector according to the background art) is arranged in a power conversion circuit is modeled.

主電流導通部１２０及びコイル部１５０は、それぞれ接地された導体とみなすことができる。また、高抵抗基体１１０と主電流導通部１２０との間の酸化膜１１４ａは、高抵抗基体の本体部１１２と主電流導通部１２０との間のコンデンサとみなすことができ、高抵抗基体１１０とコイル部１５０（コイル１３０）との間の酸化膜１１４ｂは、高抵抗基体１１０とコイル１３０との間のコンデンサとみなすことができる。従って、高抵抗基体１１０の本体部１１２の内部抵抗をＲとして考えると、図５（ｂ）の下図のような等価回路でモデル化して表すことができる。
なお、コイル部１５０は積分器１６０と接続されている。 The main current conducting section 120 and the coil section 150 can each be considered as a grounded conductor. Further, the oxide film 114a between the high resistance base 110 and the main current conducting portion 120 can be regarded as a capacitor between the main body portion 112 of the high resistance base and the main current conducting portion 120, and The oxide film 114b between the coil portion 150 (coil 130) can be regarded as a capacitor between the high-resistance base 110 and the coil 130. Therefore, if the internal resistance of the main body portion 112 of the high-resistance base 110 is considered as R, it can be modeled and represented by an equivalent circuit as shown in the lower diagram of FIG. 5(b).
Note that the coil section 150 is connected to an integrator 160.

ここで、主電流導通部１２０（主電流導通部１２０が接続されている電力変換回路）は接地されており、一方で、コイル部１５０及び積分器１６０も接地されていることから、コモンモードノイズが発生するおそれがある。 Here, the main current conducting section 120 (the power conversion circuit to which the main current conducting section 120 is connected) is grounded, and on the other hand, the coil section 150 and the integrator 160 are also grounded, so common mode noise may occur.

すなわち、図６に示すように、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール（電力変換回路）は、外部のノイズ源Ｎから、電力変換回路の接地線Ｅ１、主電流導通部１２０、酸化膜１１４ａ、高抵抗基体１１０の本体部１１２、酸化膜１１４ｂ、コイル部１５０、コイル部１５０の接地線Ｅ２を経由してノイズ源Ｎに戻ってくる回路を構成する（言い換えると、浮遊静電容量を介して漏れた電流がノイズ源に戻っていく回路を構成する）。このため、外部のノイズ源Ｎから主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が混入するおそれがある。 That is, as shown in FIG. 6, the current detector 100 and the power module (power conversion circuit) according to the first embodiment are connected to the grounding wire E1 of the power conversion circuit, the main current conducting part 120, and the oxidation line from the external noise source N. A circuit is configured that returns to the noise source N via the film 114a, the main body 112 of the high-resistance substrate 110, the oxide film 114b, the coil portion 150, and the ground wire E2 of the coil portion 150 (in other words, the stray capacitance (constitutes a circuit in which the leaked current returns to the noise source through the noise source). Therefore, there is a possibility that noise (common mode noise) may enter the main current conducting section 120 from the external noise source N.

ここで、電流検出器として、低抵抗シリコン基板（比抵抗ρ＝１ｍΩｃｍ）を用いた背景技術に係る電流検出器を用いて測定系を実際に構成し、積分器１６０に現れた電圧をモニターした。すると、ノイズ周波数ｆ＝１ＭＨｚ程度、ノイズ電圧Ｖｎｃ＝１Ｖ程度のノイズが確認された。積分器１６０の入力インピーダンス（Ｒ１＋Ｒ２）は、一般的な入力インピーダンスである１ｋΩ程度であるため、オームの法則から、主電流導通部１２０に混入するノイズ電流Ｉｎｌを算出すると、ノイズ電流Ｉｎｌ＝１ｍＡとなる。 Here, a measurement system was actually configured using a current detector according to the background art using a low-resistance silicon substrate (specific resistance ρ = 1 mΩcm) as a current detector, and the voltage appearing at the integrator 160 was monitored. . Then, noise with a noise frequency f of about 1 MHz and a noise voltage Vnc of about 1 V was confirmed. Since the input impedance (R1+R2) of the integrator 160 is about 1 kΩ, which is a general input impedance, the noise current Inl mixed into the main current conducting section 120 is calculated from Ohm's law, and the noise current Inl = 1 mA. Become.

次に、モデル化された等価回路を用いて、主電流導通部１２０に混入するノイズのノイズ電圧Ｖｎｌを算出する。
図６の下図のモデル化された等価回路から、主電流導通部１２０とコイル１３０との間の複素インピーダンスＺを表すと、以下の式（１）のように表すことができる。

Figure 0007385368000001
（式（１）中、Ｃａは、酸化膜１１４ａの静電容量を示し、Ｃｂは、酸化膜１１４ｂの静電容量を示し、Ｒは高抵抗基体１１０における主電流導通部１２０とコイル１３０との間の内部抵抗を示す。） Next, the noise voltage Vnl of the noise mixed into the main current conducting section 120 is calculated using the modeled equivalent circuit.
From the modeled equivalent circuit shown in the lower diagram of FIG. 6, the complex impedance Z between the main current conducting portion 120 and the coil 130 can be expressed as in the following equation (1).
Figure 0007385368000001
 (In formula (1), Ca indicates the capacitance of the oxide film 114a, Cb indicates the capacitance of the oxide film 114b, and R indicates the capacitance between the main current conducting portion 120 and the coil 130 in the high-resistance base 110. )

ここで、上記したように測定されたノイズ周波数ｆが１ＭＨｚ程度であるから、ω＝２πｆ≒６．２８×１０６（ｒａｄ／ｓｅｃ）程度となる。また、測定系の酸化膜１１４及び１１６のコンデンサの静電容量は、２０００ｐＦであり、抵抗Ｒは、以下の式から１０ｍΩである。

Figure 0007385368000002
Here, since the noise frequency f measured as described above is about 1 MHz, ω=2πf≈6.28×10 6 (rad/sec). Further, the capacitance of the capacitors of the oxide films 114 and 116 in the measurement system is 2000 pF, and the resistance R is 10 mΩ from the following equation.
Figure 0007385368000002

これらの値を式（１）に代入すると、複素インピーダンスＺ＝－１００ｊ（Ω）となる。従って、複素インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜＝１００Ωとなる。 Substituting these values into equation (1) yields the complex impedance Z=-100j (Ω). Therefore, the magnitude of the complex impedance is |Z|=100Ω.

従って、接地線Ｅ２から主電流導通部１２０に回り込んだノイズ電圧Ｖｎｌは、Ｖｎｌ＝Ｉｎｌ×Ｚ≒０．１Ｖ程度である。 Therefore, the noise voltage Vnl that has leaked from the ground line E2 to the main current conducting portion 120 is approximately Vnl=Inl×Z≈0.1V.

なお、ノイズ周波数ｆが１ＭＨｚ程度であったのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、インバータやコンバータが動作している場合、その周辺でも他のインバータやコンバータ等の装置が動作している場合が多く、これらの装置から発生したノイズが接地線Ｅ１を介して主電流導通部１２０に回り込むことが多い。そして、このような主電流導通部１２０に回り込むノイズは、多くの場合、他のインバータやコンバータ等の装置の動作周波数及びその高周波成分が原因になっているため、ノイズ周波数はおよそ、ｋＨｚ～ＭＨｚのオーダーになると考えられる。 Note that the reason why the noise frequency f was approximately 1 MHz is considered to be due to the following reason. In other words, when an inverter or converter is operating, other devices such as inverters or converters are often operating in the vicinity, and the noise generated from these devices is transmitted to the main current conducting section via the grounding wire E1. It often wraps around 120. In many cases, such noise that wraps around the main current conducting section 120 is caused by the operating frequency of other devices such as inverters and converters and its high frequency components, so the noise frequency is approximately kHz to MHz. It is thought that the order will be as follows.

（３）電流検出が可能となるのに必要な高抵抗基体の比抵抗の算出
上記（１）で記載したように、検出電流は、１μＡ～１００μＡであるため、適切な電流検出のためには、積分器１６０に突入する電流を最低値１μＡの１０％以下である０．１μＡ以下とすることが望ましい。 (3) Calculation of the specific resistance of the high-resistance substrate necessary to enable current detection As described in (1) above, the detection current is 1 μA to 100 μA, so for appropriate current detection, It is desirable that the current rushing into the integrator 160 be 0.1 μA or less, which is 10% or less of the minimum value of 1 μA.

ここで、積分器１６０に突入する入力端子は２端子あり、積分器１６０のオペアンプは差動積分器であることから、２端子に極端に電流成分が分かれることは考えにくく、ある程度電流成分が打ち消しあう(同相の場合にはほとんど打ち消しあう)と考えられる。これらの不均衡は通常１０%を超えることはないため、主電流導通部１２０に突入するノイズ電流Ｉｎｌが、１μＡ程度であっても積分器１６０の２端子に生じるノイズ電流Ｉｎｃは大きくても０．１μＡ程度となる。 Here, there are two input terminals that enter the integrator 160, and the operational amplifier of the integrator 160 is a differential integrator, so it is unlikely that the current component will be extremely divided into the two terminals, and the current component will cancel out to some extent. It is thought that they match (in the case of the same phase, they almost cancel each other out). Since these imbalances usually do not exceed 10%, even if the noise current Inl that rushes into the main current conducting section 120 is about 1 μA, the noise current Inc generated at the two terminals of the integrator 160 is at most 0. .1 μA.

上記（２）で記載したようにノイズ電圧Ｖｎｌは０．１Ｖである。これを用いて、主電流導通部１２０に突入するノイズ電流Ｉｎｌが１μＡとなるときのインピーダンスを算出する。 As described in (2) above, the noise voltage Vnl is 0.1V. Using this, the impedance when the noise current Inl rushing into the main current conducting section 120 becomes 1 μA is calculated.

複素インピーダンスＺは以下の式（１）で表される。

Figure 0007385368000003
ここで、測定対象となる電流やノイズは高周波の交流成分であることから、式（１）のコンデンサに関する第１項及び第３項はほとんど０になる。このため、複素インピーダンスＺ≒Ｒが成り立つ。
したがって、オームの法則に、ノイズ電圧Ｖｎｌを０．１Ｖ、ノイズ電流Ｉｎｌを１μＡと代入して抵抗Ｒを算出すると、高抵抗基体１１０の抵抗Ｒは１０００００Ωとなる。 Complex impedance Z is expressed by the following equation (1).
Figure 0007385368000003
 Here, since the current and noise to be measured are high-frequency alternating current components, the first and third terms regarding the capacitor in equation (1) are almost zero. Therefore, the complex impedance Z≈R holds true.
Therefore, when the resistance R is calculated by substituting 0.1 V for the noise voltage Vnl and 1 μA for the noise current Inl into Ohm's law, the resistance R of the high resistance base 110 becomes 100000Ω.

高抵抗基体の比抵抗をρ（Ωｃｍ）とし、コイルの形状等の幾何学的形状を考慮すると以下の式（３）が成り立つ。

Figure 0007385368000004
式（３）から高抵抗基体１１０の比抵抗ρを算出すると、ρ＝１００００Ωｃｍとなる。 Letting the specific resistance of the high-resistance base body be ρ (Ωcm), and taking into account the geometric shape such as the shape of the coil, the following formula (3) holds true.
Figure 0007385368000004
 When the specific resistance ρ of the high-resistance base 110 is calculated from equation (3), ρ=10000 Ωcm.

従って、コモンモードノイズを主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の高抵抗基体１１０によってのみフィルタリングするとすれば、高抵抗基体１１０の比抵抗ρはρ＝１００００Ωｃｍ以上とする必要がある。 Therefore, if common mode noise is filtered only by the high resistance base 110 between the main current conducting part 120 and the coil part 150, the specific resistance ρ of the high resistance base 110 needs to be ρ=10000 Ωcm or more.

上記の内容は一般的な使用状況で電力変換回路を用いた場合に基づいたものであり、想定しているノイズ源Ｎからのコモンモードノイズには、例えば接地位置から積分器１６０までの間の電流導通路において、別の電気機器からのノイズが混入したり、さらにまた別の電気機器から発する電磁波に起因した電磁波ノイズ等に起因したコモンモードノイズも含まれている。
従って、接地抵抗の引き下げや積分器１６０から接地位置までの距離を短くする等の手段によりコモンモードノイズを低減する状況下で本発明の電流検出器及びパワーモジュールを用いる場合には、高抵抗基体の比抵抗をより低くすることができる。しかし、そのようなコモンモードノイズを低減する手段を用いた場合であってもノイズを多く見積もって２桁オーダーで低減するのが限度であるため、このような場合であっても高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。
なお、上限が１×１０７Ωｃｍであるのは、これ以上高抵抗の高抵抗基体を製造するのは実際上困難であるからである。 The above content is based on the case where the power conversion circuit is used in a general usage situation, and the common mode noise from the assumed noise source N includes, for example, the noise from the ground position to the integrator 160. In the current conduction path, noise from another electrical device is mixed in, and common mode noise caused by electromagnetic wave noise caused by electromagnetic waves emitted from another electrical device is also included.
Therefore, when using the current detector and power module of the present invention in a situation where common mode noise is reduced by lowering the grounding resistance or shortening the distance from the integrator 160 to the grounding position, it is necessary to use a high-resistance substrate. The specific resistance of can be lowered. However, even when such common mode noise reduction methods are used, the limit is to estimate the noise and reduce it by two orders of magnitude, so even in such cases, it is difficult to reduce the noise on a high-resistance substrate. The specific resistance ρ needs to be 100 Ωcm or more.
Note that the upper limit is 1×10 7 Ωcm because it is practically difficult to manufacture a high-resistance substrate with a higher resistance than this.

なお、積分器１６０のオペアンプＩＣ１差動増幅器であるため、積分器１６０に接続されている両端子にコモンモードノイズが入った場合、差動によってノイズが完全に打ち消しあう可能性もあるが、現実には、両端子に均等にノイズが入ることは極めて稀であり、測定対象となる電流を大きく超えたノイズが混入し、測定対象となる電流を測定することが難しい。従って、主電流導通部１２０から混入したノイズをコイル１３０に影響させないことが必要になる。
また、仮に両端子に同相のコモンモードノイズが入ったとしても、オペアンプＩＣ１の出力電圧が電源電圧付近まで上昇してしまい、同相入力範囲を超える場合には非線形になってしまい、この場合でも測定対象となる電流を測定することが難しい。
従って、いずれにしても主電流導通部１２０から混入したノイズをコイル１３０に影響させないことが必要になる。よって、高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。 Note that since the operational amplifier IC1 of the integrator 160 is a differential amplifier, if common mode noise enters both terminals connected to the integrator 160, there is a possibility that the noise will be completely canceled by the differential, but in reality It is extremely rare for noise to enter both terminals equally, and noise that greatly exceeds the current to be measured is mixed, making it difficult to measure the current to be measured. Therefore, it is necessary to prevent the noise mixed in from the main current conducting portion 120 from affecting the coil 130.
Furthermore, even if in-phase common mode noise enters both terminals, the output voltage of operational amplifier IC1 will rise to near the power supply voltage, and if it exceeds the common-mode input range, it will become non-linear, and even in this case, the measurement It is difficult to measure the current of interest.
Therefore, in any case, it is necessary to prevent the noise introduced from the main current conducting section 120 from affecting the coil 130. Therefore, the specific resistance ρ of the high-resistance substrate needs to be 100 Ωcm or more.

４．試験例
試験例は、「実施形態１に係る電流検出器１００は、ノイズがコイル部１５０に入り込むことを防ぐことができ、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができる」ことを確かめるための試験例である。 4. Test Example The test example states, "The current detector 100 according to the first embodiment can prevent noise from entering the coil section 150 and can measure the current flowing through the main current conducting section 120 with high accuracy." This is a test example to confirm that.

（１）電流検出器について
実施例に係る電流検出器は、実施形態１に係る電流検出器と同様の構成の電流検出器である。但し、実施例に係る電流検出器において、高抵抗基体の比抵抗は１００００Ωｃｍであり、コイル部１５０はリセット回路付きの積分器と接続されている。
比較例に係る電流検出器は、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００と同様の構成を有するが、高抵抗基体に代わりに比抵抗が１ｍΩｃｍであるシリコン基板を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００と異なる電流検出器（すなわち、背景技術に係る電流検出器と同じ構成）である。
基準例に係る電流検出器は、一般的なロゴスキーコイルを用いた電流検出器（岩通製のロゴスキーコイル電流プローブＳＳ２８２）である。基準例に係る電流検出器は、接地して使用しないため、コモンモードノイズの影響を受けることなく検出対象の電流を検出することができるため、本試験例の基準例とする。 (1) Regarding the current detector The current detector according to the example has the same configuration as the current detector according to the first embodiment. However, in the current detector according to the embodiment, the specific resistance of the high-resistance base is 10,000 Ωcm, and the coil portion 150 is connected to an integrator with a reset circuit.
The current detector according to the comparative example basically has the same configuration as the current detector 100 according to the first embodiment, but differs from the first embodiment in that a silicon substrate with a specific resistance of 1 mΩcm is used instead of the high-resistance base. This is a current detector different from the current detector 100 according to No. 1 (that is, the same configuration as the current detector according to the background art).
The current detector according to the reference example is a current detector using a general Rogowski coil (Rogowski coil current probe SS282 manufactured by Iwatsu). Since the current detector according to the reference example is not used while being grounded, it is possible to detect the current to be detected without being affected by common mode noise, so it is used as the reference example for this test example.

（２）試験方法
比較例に係る電流検出器又は実施例に係る電流検出器の主電流導通部１２０に、時刻ｔ０からｔ１までの所定期間、交流電圧（５Ｖ，５Ｈｚ／３μｓ）を印加して主電流導通部１２０に電流を流す。このとき、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）の電圧を検出し、プロットして、基準と比較する。
なお、本試験例においては、時刻ｔ１において主電流導通部１２０に流れる電流をオフにするとともにリセット回路からの信号で積分器に印加する電圧をオフにしている。 (2) Test method An alternating current voltage (5V, 5Hz/3μs) was applied to the main current conducting part 120 of the current detector according to the comparative example or the current detector according to the example for a predetermined period from time t0 to t1. A current is passed through the main current conducting section 120. At this time, the voltage between the terminals of the coil section 150 (between the terminals of the integrator 160) is detected, plotted, and compared with a reference.
In this test example, at time t1, the current flowing through the main current conducting section 120 is turned off, and the voltage applied to the integrator is turned off with a signal from the reset circuit.

（３）試験結果
基準例に係る電流検出器においては、図７及び図８に示すように、時刻ｔ０において、コイル部１５０の端子間の電圧が大きく立ち上がり、時刻ｔ１まで一定のレベルを維持している。なお、基準例に係る電流検出器においては、リセット回路からのオフ信号に影響されないため、時刻ｔ１以降は徐々に減衰している。 (3) Test results In the current detector according to the reference example, as shown in FIGS. 7 and 8, the voltage between the terminals of the coil section 150 rises significantly at time t0, and remains at a constant level until time t1. ing. Note that in the current detector according to the reference example, since it is not affected by the off signal from the reset circuit, it gradually attenuates after time t1.

比較例に係る電流検出器においては、図７に示すように、時刻ｔ０直後に２．７Ｖ程度まで大きく立ち上がった後、１．５Ｖ程度に急激に減衰し、その後、徐々に低下しており、基準例とは大きく異なる波形となった。また、実施例に係る電流検出器のコイル部１５０の端子間の電圧（図７の２点鎖線参照。）よりも１００倍程度高い電圧を検出している。 In the current detector according to the comparative example, as shown in FIG. 7, the voltage rose sharply to about 2.7V immediately after time t0, then rapidly attenuated to about 1.5V, and then gradually decreased. The waveform was significantly different from the reference example. Furthermore, a voltage approximately 100 times higher than the voltage between the terminals of the coil portion 150 of the current detector according to the embodiment (see the two-dot chain line in FIG. 7) is detected.

このことから、比較例に係る電流検出器においては、主電流導通部に入り込んだノイズを検出していると考えられ、検出対象電流は当該ノイズに埋もれてしまい、正確に検出することが困難であることが分かった。 From this, it is thought that the current detector according to the comparative example detects noise that has entered the main current conducting section, and the current to be detected is buried in the noise, making it difficult to detect accurately. I found out something.

実施例に係る電流検出器においては、図８に示すように、時刻ｔ０で２０ｍＶ程度まで立ち上がった後、約２０ｍＶ～２２ｍＶの範囲内を維持し、時刻ｔ１におけるリセット回路のオフ信号によって、大きく減衰し、０になっている。波形は、検出対象となる時間ｔ０から時刻ｔ１においては、基準例に係る電流検出器とほぼ同様の波形となった。また、比較例に係る電流検出器のコイル端電圧よりもかなり低い電圧となっている。 In the current detector according to the example, as shown in FIG. 8, after rising to about 20 mV at time t0, it remains within the range of about 20 mV to 22 mV, and is greatly attenuated by the off signal of the reset circuit at time t1. And it is 0. The waveform was almost the same as that of the current detector according to the reference example from time t0 to time t1, which is the detection target. Further, the voltage is considerably lower than the coil end voltage of the current detector according to the comparative example.

このことから、実施例に係る電流検出器においては、主電流導通部にノイズが入り込んだとしても、高抵抗基体１１０でフィルタリングされ、コイル（及び積分器）に入り込んでしまうことを防ぐことができたことがわかった。 From this, in the current detector according to the embodiment, even if noise enters the main current conducting part, it is filtered by the high resistance base 110 and can be prevented from entering the coil (and integrator). It turns out that

この結果、実施形態１に係る電流検出器は、ノイズがコイル部１５０に入り込むことを防ぐことができ、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができることがわかった。 As a result, it was found that the current detector according to the first embodiment can prevent noise from entering the coil section 150 and can measure the current flowing through the main current conducting section 120 with high accuracy.

５．実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の効果
実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０に形成され、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されたコイル１３０を有するコイル部１５０を備えるため、従来の電流検出器８００及び従来の他のパワーモジュール９００の場合と同様に検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗と比較して電力損失が少なくて済む。 5. Effects of current detector 100 and power module 1 according to Embodiment 1 According to the current detector 100 and power module 1 according to Embodiment 1, the current detector 100 and the power module 1 according to Embodiment 1 are formed on the high-resistance base 110 and at a position spaced apart from the main current conducting part 120. Since the coil section 150 includes the coil 130 disposed at a position surrounding the main current conducting section 120, the current to be detected does not flow through the resistance as in the case of the conventional current detector 800 and other conventional power modules 900. There is no power loss caused by shunt resistance, and the power loss is lower than with shunt resistance.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０と、高抵抗基体１１０を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部１２０と、高抵抗基体１１０に形成され、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されたコイル１３０を有するコイル部１５０とを備えるため、基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用した加工が可能となる。このため、主電流導通部１２０が形成される部分の高さ(厚み)とコイル１３０が形成される部分の高さ（厚み）の差を小さくして薄型化することや接地面積を狭くすることができる。その結果、コイルを用いた電流検出器を小型化することができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the high resistance base 110, the main current conducting portion 120 through which the current to be detected passes through the high resistance base 110, and the high resistance In order to include a coil part 150 that is formed on the base body 110 and has a coil 130 that is arranged at a position that surrounds the main current conduction part 120 at a position apart from the main current conduction part 120, MEMS technology that performs micromachining on the base body is applied. This makes it possible to perform advanced processing. For this reason, it is necessary to reduce the difference between the height (thickness) of the part where the main current conducting part 120 is formed and the height (thickness) of the part where the coil 130 is formed to make it thinner or to narrow the ground area. Can be done. As a result, a current detector using a coil can be downsized.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０が半導体基体である場合には、高抵抗基体１１０のうち少なくとも主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあるため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間のインピーダンスが高くなる。従って、接地線を介して主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体１１０を通してコイル、ひいては積分器に入り込むことを防ぐことができる。その結果、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, when the high resistance base 110 is a semiconductor base, at least the main current conducting part 120 and the coil part 150 of the high resistance base 110 are connected to each other. Since the specific resistance in the region between the two is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm, the impedance between the main current conducting portion 120 and the coil portion 150 is high. Therefore, even if noise (common mode noise) enters the main current conduction section 120 via the ground wire, it is possible to prevent the noise from entering the coil and eventually the integrator through the high resistance base 110. As a result, the current flowing through the main current conducting portion 120 can be measured with high accuracy.

よって、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。 Therefore, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, although the current detector 100 and the power module 1 are small, it is possible to measure the current flowing through the main current conducting portion with high accuracy.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、上記した構成を有するため、高抵抗基体１１０そのものがノイズフィルタとしての役割をすることになり、一般的にノイズ対策として必要なＹコンデンサやコモンモードチョーク等を用いなくても電流検出におけるノイズの影響を低減することができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, since they have the above-described configuration, the high-resistance base 110 itself serves as a noise filter, which is generally necessary as a noise countermeasure. The influence of noise on current detection can be reduced without using a Y capacitor, common mode choke, or the like.

ところで、従来のパワーモジュール９００においては、所定の位置でコイル８３０をクリップリード４００に巻き付ける必要があるため、図１５に示すように、クリップリード４００の高さを低くすることが難しく、パワーモジュールを小型化・薄型化することが困難である。
これに対して、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、同一の高抵抗基体１１０に形成された、主電流導通部１２０とコイル１３０を有するコイル部１５０とを備えるため、コイル１３０をクリップリード４００に巻きつける必要がなく、パワーモジュールをより一層小型化・薄型化することができる。 By the way, in the conventional power module 900, it is necessary to wrap the coil 830 around the clip lead 400 at a predetermined position, which makes it difficult to lower the height of the clip lead 400, as shown in FIG. It is difficult to make it smaller and thinner.
On the other hand, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the main current conducting part 120 and the coil part 150 having the coil 130 are formed on the same high-resistance base 110. There is no need to wind the coil 130 around the clip lead 400, and the power module can be made even smaller and thinner.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあるため、高抵抗基体１１０をノイズが通過し難くすることができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the stray capacitance in the region between the main current conducting section 120 and the coil section 150 is within the range of 0.1 pF to 20 pF, so that the stray capacitance is high. It is possible to make it difficult for noise to pass through the resistance base 110.

なお、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量を０．１ｐＦ以上としたのは、当該浮遊容量が０．１ｐＦ未満の電流検出器を作成するのが実際上困難であるからであり、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量を２０ｐＦ以上としたのは、当該浮遊容量が２０ｐＦを超えた場合には、高抵抗基体１１０をノイズが通過しやすくなってしまうからである。 The stray capacitance in the area between the main current conducting section 120 and the coil section 150 is set to 0.1 pF or more because it is practically difficult to create a current detector with a stray capacitance of less than 0.1 pF. This is because the stray capacitance in the area between the main current conducting section 120 and the coil section 150 is set to 20 pF or more.If the stray capacitance exceeds 20 pF, noise will pass through the high resistance substrate 110. This is because it becomes easier to do so.

実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０は、ＦＺ法で形成されたシリコン基体であるため、従来一般的に用いられてきたシリコン基板に用いるＭＥＭＳ技術を十分に活用することができる。また、高抵抗基体１１０のうち少なくとも主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあるため、接地線を介して主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体１１０を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０に入り込むことを確実に防ぐことができる。その結果、主電流導通部に流れる電流をより高い精度で測定することができる。 According to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the high-resistance substrate 110 is a silicon substrate formed by the FZ method. It can be fully utilized. Furthermore, since the specific resistance of at least the area between the main current conducting portion 120 and the coil portion 150 in the high resistance base body 110 is within the range of 100 Ωcm to 220000 Ωcm, noise ( Even if common mode noise (common mode noise) enters, it is possible to reliably prevent the noise from entering the coil portion 150 and, by extension, the integrator 160 through the high-resistance base 110. As a result, the current flowing through the main current conducting portion can be measured with higher accuracy.

実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル１３０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１３１，１３２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に形成されたビア１３３，１３４を介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであり、高抵抗基体１１０の厚みを利用してコイルを形成することとなるため、基体上にコイルを配置した電流検出器の場合と比較して、電流検出器(コイル)の厚みを薄くする（高抵抗基体とほぼ同じ厚さ）ことができる。また、平板の厚みが比較的一定であることからコイル１３０の径を均一に形成し易くなる。 According to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the coil 130 includes conductive films 131 and 132 formed on both sides of the high-resistance base 110 in the thickness direction of the high-resistance base 110. The Rogowski coil is formed by connecting via vias 133 and 134, and the coil is formed using the thickness of the high-resistance base 110, so the current detector with the coil placed on the base Compared to the conventional case, the thickness of the current detector (coil) can be made thinner (approximately the same thickness as the high-resistance base). Furthermore, since the thickness of the flat plate is relatively constant, it becomes easier to form the coil 130 with a uniform diameter.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１２１，１２２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に形成されたビア１２３を介して接続することによって形成されているため、主電流導通部１２０が高抵抗基体１１０の所定の位置（中央）に安定して配置されることとなる。また、コイルと主電流導通部との位置関係にずれが生じにくいため、安定して電流検出を行うことができる。さらに、ビアの本数を増やすことで大電流を検出することもできる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the main current conducting part 120 connects the conductive films 121 and 122 formed on both sides of the high resistance base 110 to a thickness of the high resistance base 110. Since the main current conducting portion 120 is formed by connecting via the via 123 formed in the direction, the main current conducting portion 120 is stably arranged at a predetermined position (center) of the high resistance base 110. Further, since the positional relationship between the coil and the main current conducting portion is less likely to be misaligned, current detection can be performed stably. Furthermore, large currents can be detected by increasing the number of vias.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル部１５０で囲まれている領域において、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の間隔をＡとし、主電流導通部１２０が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間を十分に離間することができ、主電流導通部１２０にノイズが入り込んだ場合でも、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用できる。従って、高抵抗基体１１０を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０にノイズが入り込むことを防ぐことができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, in the area surrounded by the coil part 150, the interval between the main current conducting part 120 and the coil part 150 is set to A, and the main current When the width of the region where the conduction section 120 is formed is B, the main current conduction section 120 and the coil section 150 must be sufficiently spaced apart in order to satisfy the relationship B/8<A<2B. Therefore, even if noise enters the main current conducting portion 120, the high resistance base 110 can be used as a noise filter. Therefore, it is possible to prevent noise from entering the coil section 150 and, ultimately, the integrator 160 through the high-resistance base 110.

なお、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１において、Ｂ／８≦Ａとしたのは、Ｂ／８＞Ａとした場合には、主電流導通部１２０とコイル部１５０とが近くなりすぎて、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用することが難しいからであり、Ａ≦２Ｂとしたのは、Ａ＞２Ｂとした場合には、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間隔が広すぎて主電流導通部１２０を流れる電流をコイル部１５０で精度よく検出することが難しいからである。 In the current detector 100 and power module 1 according to the first embodiment, the reason why B/8≦A is set is that when B/8>A, the main current conducting part 120 and the coil part 150 are close to each other. This is because it is difficult to use the high-resistance base 110 as a noise filter.The reason for setting A≦2B is that if A>2B, the distance between the main current conducting part 120 and the coil part 150 This is because the current flowing through the main current conducting portion 120 is difficult to accurately detect by the coil portion 150 because the current flowing through the main current conducting portion 120 is too wide.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル部１５０は、コイル１３０の一方の端部と接続され、主電流導通部１２０を囲むように配置された戻し線１４０を有し、戻し線１４０は、平面的に見て、コイル１３０で囲まれている領域の外側に配置されているため、戻し線１４０がコイル１３０による電流検出の邪魔にならず、設計が容易になる。また、戻し線１４０をコイル１３０の近くにすることで、主電流導通部１２０に流れる電流を検出する際の検出誤差を小さくすることができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the coil section 150 is connected to one end of the coil 130, and the return wire 140 is arranged to surround the main current conducting section 120. Since the return wire 140 is arranged outside the area surrounded by the coil 130 when viewed in plan, the return wire 140 does not interfere with current detection by the coil 130, making the design easy. become. Further, by placing the return wire 140 near the coil 130, it is possible to reduce a detection error when detecting the current flowing through the main current conducting portion 120.

また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積は、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあるため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間を十分に離間することができ、主電流導通部１２０にノイズが入り込んだ場合でも高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用できる。従って、ノイズがシリコン基板を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０に入り込むことを防ぐことができる。 Further, according to the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the area of the region where the main current conducting portion 120 is formed is the area of the region surrounded by the coil portion 150 when viewed in plan. Since it is within the range of 4% to 65% of can be used as a noise filter. Therefore, it is possible to prevent noise from entering the coil section 150 and eventually the integrator 160 through the silicon substrate.

なお、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１において、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積を、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％以上としたのは、平面的に見てコイル１３０で囲まれている領域の面積の４％未満とした場合には、主電流導通部１２０に導通可能な電流が小さく、コイル部１５０で正確に電流を検出することが難しいからであり、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積を、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の６５％以下としたのは、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の６５％を超える場合には、主電流導通部１２０とコイル１３０とが近くなりすぎて、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用することが難しいからである。 In the current detector 100 and power module 1 according to the first embodiment, the area of the region where the main current conducting portion 120 is formed is 4 times the area of the region surrounded by the coil portion 150 when viewed from above. % or more is because if the area is less than 4% of the area surrounded by the coil 130 in plan view, the current that can be conducted in the main current conducting part 120 is small, and the coil part 150 cannot be accurately This is because it is difficult to detect the current when the main current conducting portion 120 is formed, and the area of the region where the main current conducting portion 120 is formed is set to be 65% or less of the area of the region surrounded by the coil portion 150 when viewed from above. If the area exceeds 65% of the area surrounded by the coil section 150 when viewed in plan, the main current conducting section 120 and the coil 130 are too close to each other, and the high resistance base 110 cannot be used as a noise filter. This is because it is difficult to utilize.

［適用例］
実施形態１に係る電流検出器１００を適用するパワーモジュール１の回路としては、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ及びＰＦＣ回路を含む回路において、スイッチング素子２００に過電流が流れないように監視するのに用いることができる（図９参照。）。また、同期整流回路において、電流検出器の検出結果に基づいてスイッチング素子２００ａとダイオードＤ１のどちらかに流す電流を切り替えることで（スイッチング素子２００ｂとダイオードＤ２についても同様）、同期整流を実現するのに用いることができる（図１０参照。）。その他、適宜の回路において電流検出器を用いることができる。 [Application example]
The circuit of the power module 1 to which the current detector 100 according to the first embodiment is applied is, for example, a circuit that is used to monitor the switching element 200 to prevent overcurrent from flowing in a circuit including a DC-DC converter and a PFC circuit. (See Figure 9.) Furthermore, in the synchronous rectification circuit, synchronous rectification can be achieved by switching the current flowing through either the switching element 200a or the diode D1 based on the detection result of the current detector (the same applies to the switching element 200b and the diode D2). (See Figure 10.) In addition, a current detector can be used in an appropriate circuit.

［実施形態２］
実施形態２に係る電流検出器（図示せず）及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。 [Embodiment 2]
The current detector (not shown) and power module according to Embodiment 2 basically have the same configuration as the current detector 100 and power module 1 according to Embodiment 1, but a glass substrate is used as the high resistance substrate. This differs from the current detector 100 and power module 1 according to the first embodiment in that it is used.

実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールにおいては、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイルとの間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にある。なお、高抵抗基体のうち主電流導通部とコイルとの間の領域の比抵抗が１×１０１９Ωｃｍ以下としたのは、当該比抵抗が１×１０１９Ωｃｍを超える場合にはガラス基体が帯電しやすくなり、帯電することによる不具合を起こすおそれがあるからである。 In the current detector and power module according to the second embodiment, the specific resistance of at least the region between the main current conducting portion and the coil of the high resistance base is within the range of 100 Ωcm to 1×10 19 Ωcm. The specific resistance of the region between the main current conducting part and the coil in the high-resistance substrate is set to be 1×10 19 Ωcm or less because if the specific resistance exceeds 1×10 19 Ωcm, the glass substrate This is because it becomes more likely to be charged, and there is a risk that problems may occur due to the charging.

このように、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールは、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。 As described above, the current detector and power module according to the second embodiment are different from the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment in that a glass substrate is used as the high-resistance substrate, but the current detector and the power module according to the second embodiment As in the case of the current detector 100 and the power module 1 according to No. 1, a high-resistance base, a main current conducting portion through which a current to be detected passes through the high-resistance base, and a high-resistance base formed in the Since it is equipped with a main current conducting part and a coil part having a coil placed in a position that is separated from the main current conducting part and surrounds the main current conducting part, it is possible to measure the current flowing in the main current conducting part with high accuracy despite its small size. can.

また、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体は、ガラス基体であるため、ノイズフィルタとして使用できる高抵抗の基体であり、かつ、技術ノウハウが蓄積されつつあるガラス基体に対するＭＥＭＳ加工技術を用いることができる。 Further, according to the current detector and power module according to the second embodiment, the high resistance substrate is a glass substrate, so it is a high resistance substrate that can be used as a noise filter, and is a glass substrate for which technical know-how is being accumulated. MEMS processing techniques for the substrate can be used.

なお、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールは、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。 Note that the current detector and power module according to Embodiment 2 have the same configuration as the current detector 100 and power module 1 according to Embodiment 1 except that a glass substrate is used as the high-resistance substrate. , has the corresponding effects among the effects of the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment.

［実施形態３］
実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係る電流検出器１０１においては、戻し線１４０ａは、平面的に見て、コイル１３０ａで囲まれている領域の内側に配置されている(図１１(ａ)参照。)。 [Embodiment 3]
The current detector 101 and the power module according to the third embodiment basically have the same configuration as the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, but the configuration of the return wire is the same as the current detection according to the first embodiment. This is different from the case of the device 100 and the power module 1. That is, in the current detector 101 according to the third embodiment, the return wire 140a is arranged inside the area surrounded by the coil 130a when viewed in plan (see FIG. 11(a)).

すなわち、外部端子Ｔ１から高抵抗基体１１０（主電流導通部１２０）を囲むようにコイル１３０がほぼ一周し、そこから、折り返してコイル１３０の内側をほぼ一周して外部端子Ｔ２と接続されている(図１１(ｂ)参照。)。 That is, the coil 130 goes around the high-resistance base 110 (main current conducting part 120) from the external terminal T1 almost once, and then turns back and goes around the inside of the coil 130 almost once and is connected to the external terminal T2. (See Figure 11(b).)

このように、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールは、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。 As described above, the current detector 101 and the power module according to the third embodiment have a return wire configuration different from that of the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, but the current detector 101 and the power module according to the third embodiment As in the case of the power module 100 and the power module 1, a high resistance base, a main current conduction part through which a current to be detected passes through the high resistance base, and a main current conduction part formed on the high resistance base. Since the present invention includes a coil portion having a coil disposed at a position surrounding the main current conducting portion at a spaced apart position, the current flowing through the main current conducting portion can be measured with high accuracy despite the small size.

また、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールによれば、戻し線１４０ａは、平面的に見て、コイル１３０ａで囲まれている領域の内側に配置されているため、接地面積が比較的狭くて済む。 Further, according to the current detector 101 and the power module according to the third embodiment, the return wire 140a is arranged inside the area surrounded by the coil 130a when viewed in plan, so that the grounding area is relatively small. It's narrow enough.

なお、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールは、戻し線の構成以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。 Note that the current detector 101 and the power module according to the third embodiment have the same configuration as the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment except for the configuration of the return wire, so It has the corresponding effects among the effects that the current detector 100 and the power module 1 have.

［実施形態４］
実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。実施形態４に係る電流検出器１０２において、戻し線１４０ｂは、平面的に見て、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されている(図１２（ａ）参照。)。 [Embodiment 4]
The current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment basically have the same configuration as the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, but the configuration of the return line is the same as the current detection according to the first embodiment. This is different from the case of the device 100 and the power module 1. In the current detector 102 according to the fourth embodiment, the return line 140b is arranged so as to cross the inside and outside of the area surrounded by the coil 130b when viewed in plan (FIG. 12(a) reference.).

実施形態４に係る電流検出器１０２において、戻し線１４０ｂは、外部端子Ｔ１からほぼ一周したコイル１３０ｂの端部と接続されており、そこから折り返して、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側に配置される。そして、コーナーごとにコイル１３０ｂで囲まれている領域の内側から外側、又は外側から内側に横断して、主電流導通部１２０の周囲をほぼ一周し、外部端子Ｔ２と接続される。 In the current detector 102 according to Embodiment 4, the return wire 140b is connected to the end of the coil 130b that has gone around approximately one turn from the external terminal T1, and is folded back from there to the inside of the area surrounded by the coil 130b. Placed. Then, it crosses the area surrounded by the coil 130b from the inside to the outside or from the outside to the inside at each corner, goes around the main current conducting part 120 almost once, and is connected to the external terminal T2.

実施形態４に係る電流検出器１０２においては、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域（図１２（ａ）の電流検出器１０２の上側の領域及び下側の領域）の内側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域（図１２（ｂ）における領域Ａ参照。）の面積は、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の外側に配置されている部分（図１２（ａ）の電流検出器１０２の左側の領域及び右側の領域）における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域（図１２（ｂ）における領域Ｂ参照。）の面積と等しくなる。 In the current detector 102 according to the fourth embodiment, in plan view, the region where the return wire 140b is surrounded by the coil 130b (the upper region and the lower region of the current detector 102 in FIG. 12(a) ) The area of the region between the return wire 140b and the coil 130b (see region A in FIG. 12(b)) in the part located inside the The area between the return wire 140b and the coil 130b in the area located outside the enclosed area (the left and right areas of the current detector 102 in FIG. 12(a)) ) is equal to the area of ).

このように、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールは、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。 As described above, although the current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment have a return wire configuration different from that of the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment, the current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment As in the case of the power module 100 and the power module 1, a high resistance base, a main current conduction part through which a current to be detected passes through the high resistance base, and a main current conduction part formed on the high resistance base. Since the present invention includes a coil portion having a coil disposed at a position surrounding the main current conducting portion at a spaced apart position, the current flowing through the main current conducting portion can be measured with high accuracy despite the small size.

また、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールによれば、戻し線１４０ｂは、平面的に見て、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されているため、コイル１３０ｂで囲まれた領域を貫く磁束によって生じる誘導電流と、戻し線１４０ｂで囲まれた面積を貫く磁束によって生じる誘導電流とが打ち消しあうため、主電流導通部１２０に導通する電流を正確に検出することができる。 Further, according to the current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment, the return wire 140b is arranged so as to cross the inside and outside of the area surrounded by the coil 130b when viewed in plan. Therefore, the induced current generated by the magnetic flux penetrating the area surrounded by the coil 130b and the induced current generated by the magnetic flux penetrating the area surrounded by the return wire 140b cancel each other out. Can be detected accurately.

また、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールによれば、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の内側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域の面積は、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の外側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域の面積と等しいため、コイル１３０ｂで囲まれた領域を貫く磁束によって生じる誘導電流と、戻し線１４０ｂで囲まれた面積を貫く磁束によって生じる誘導電流とをより均等に打ち消しあうため、主電流導通部に導通する電流をより正確に検出することができる。 Further, according to the current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment, the return wire 140b and the coil in the portion where the return wire 140b is located inside the area surrounded by the coil 130b when viewed in plan. The area of the region between the return wire 140b and the coil 130b is the area of the region between the return wire 140b and the coil 130b in a portion where the return wire 140b is located outside the region surrounded by the coil 130b when viewed in plan. Since the current is equal to current can be detected more accurately.

なお、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールは、戻し線の構成以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。 Note that the current detector 102 and the power module according to the fourth embodiment have the same configuration as the current detector 100 and the power module 1 according to the first embodiment except for the configuration of the return wire, so It has the corresponding effects among the effects that the current detector 100 and the power module 1 have.

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 Although the present invention has been described above based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. It is possible to implement the present invention in various ways without departing from the spirit thereof, and for example, the following modifications are also possible.

（１）上記各実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。 (1) The number, shape, position, size, etc. of the constituent elements described in each of the above embodiments are merely examples, and can be changed within a range that does not impair the effects of the present invention.

（２）上記各実施形態においては、一周巻いたら先に進み次の一周を巻くことを繰り返してコイル１３０を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。コイル１３０が、半周巻いたら先に進み次の半周を巻くことを繰り返してコイルを形成してもよいし、そのほかの周期で巻いてコイル１３０を形成してもよい。 (2) In each of the above embodiments, the coil 130 is formed by winding one round, then proceeding and winding the next round, but the present invention is not limited to this. The coil 130 may be formed by repeatedly winding the coil 130 for half a turn, then proceeding to wind the next half turn, or may be formed by winding the coil 130 at other periods.

（３）上記実施形態１，３及び４において、高抵抗基体は、ＦＺ法で形成されたシリコン基体であるが、本発明はこれに限定されるものではない。高抵抗基体は、ＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であってもよいし、比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にある、その他の方法で形成されたシリコン基体であってもよい。なお、シリコン基体において、比抵抗の上限を２２００００Ωｃｍとしたのは、物性的にこれ以上の比抵抗を有するシリコン基体を製造することが困難だからである。 (3) In Embodiments 1, 3, and 4, the high-resistance substrate is a silicon substrate formed by the FZ method, but the present invention is not limited thereto. The high-resistance substrate may be a silicon substrate formed by the MCZ method, or may be a silicon substrate formed by other methods with a specific resistance within the range of 100 Ωcm to 220000 Ωcm. The reason why the upper limit of the specific resistance of the silicon substrate is set to 220,000 Ωcm is that it is difficult to manufacture a silicon substrate having a specific resistance higher than this due to physical properties.

（４）上記実施形態１，３及び４において、高抵抗基体をシリコン基体としたが、本発明はこれに限定されるものではない。高抵抗基体をＳｉＣ基体としてもよい。この場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある必要がある。高抵抗がＳｉＣ基体である場合にはバンドギャップが広く比抵抗が高い基体としやすいだけでなく、近年、ＳｉＣ基体に対するＭＥＭＳ加工技術も進んできており、加工しやすい。
また、ＧａＮ基体、サファイア基体等のシリコン基体やＳｉＣ基体以外の半導体基体であってもよい。 (4) In Embodiments 1, 3, and 4 above, the high-resistance substrate is a silicon substrate, but the present invention is not limited thereto. The high resistance substrate may be a SiC substrate. In this case, the specific resistance of at least the region between the main current conducting portion and the coil portion of the high-resistance base needs to be within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm. When the high resistance is a SiC substrate, not only is it easy to use a substrate with a wide bandgap and high specific resistance, but also MEMS processing technology for SiC substrates has advanced in recent years, making it easy to process.
Further, a semiconductor substrate other than a silicon substrate or a SiC substrate such as a GaN substrate or a sapphire substrate may be used.

（５）上記各実施形態において、矩形の半導体基体を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。多角形の半導体基体や円形の半導体基体を用いてもよい。 (5) In each of the above embodiments, a rectangular semiconductor substrate is used, but the present invention is not limited to this. A polygonal semiconductor substrate or a circular semiconductor substrate may also be used.

１，９００…パワーモジュール、１００，１００ａ、１０１，１０２，８００…電流検出器、１１０…高抵抗基体、１１２…本体部、１１４，１１４ａ、１１４ｂ…酸化膜、１２０，８２０…主電流導通部、１２１，１２２，１３１，１３２…導体膜、１２３，１２４，１３３，１３４…ビア、１３０、１３０ａ、１３０ｂ，８３０…コイル、１４０，１４０ａ、１４０ｂ…戻し線、１５０…コイル部、１６０…積分器、２００，２００ａ，２００ｂ…スイッチング素子、３００…制御部、４００…クリップリード(接続子）、５００…基板、Ｅ１，Ｅ２…接地線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,900... Power module, 100,100a, 101,102,800... Current detector, 110... High resistance base, 112... Main body part, 114, 114a, 114b... Oxide film, 120,820... Main current conducting part, 121, 122, 131, 132... Conductor film, 123, 124, 133, 134... Via, 130, 130a, 130b, 830... Coil, 140, 140a, 140b... Return wire, 150... Coil part, 160... Integrator, 200, 200a, 200b...Switching element, 300...Control unit, 400...Clip lead (connector), 500...Board, E1, E2...Grounding wire

Claims (13)

高抵抗基体と、
前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、
前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、
前記高抵抗基体と前記主電流導通部との間、及び、前記高抵抗基体と前記コイル部との間には酸化膜が形成されており、
前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、
前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする電流検出器。 high resistance base,
a main current conducting part formed on the high resistance base, through which a current to be detected flows through the high resistance base;
a coil portion formed on the high-resistance base body and having a coil disposed at a position surrounding the main current conducting portion at a position apart from the main current conducting portion;
An oxide film is formed between the high resistance base and the main current conducting part and between the high resistance base and the coil part,
When the high-resistance base is a semiconductor base, the resistivity of at least a region between the main current conducting part and the coil part of the high-resistance base is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm. ,
When the high-resistance base is a glass base, the specific resistance of at least a region between the main current conducting part and the coil part of the high-resistance base is within the range of 100 Ωcm to 1×10 19 Ωcm. A current detector characterized by: 前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の電流検出器。 The current detector according to claim 1, wherein a stray capacitance in a region between the main current conducting part and the coil part is within a range of 0.1 pF to 20 pF. 前記高抵抗基体は、ＦＺ法又はＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であり、
前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出器。 The high resistance substrate is a silicon substrate formed by the FZ method or the MCZ method,
3. The current detector according to claim 1, wherein a specific resistance of at least a region of the high-resistance base between the main current conducting part and the coil part is within a range of 100 Ωcm to 220000 Ωcm. 前記高抵抗基体は、ＳｉＣ基体であり、
前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出器。 The high resistance substrate is a SiC substrate,
3. The specific resistance of at least a region of the high-resistance base between the main current conducting part and the coil part is within a range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm. Current detector. 前記コイルは、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電流検出器。 The coil is a Rogowski coil formed by connecting conductor films formed on both sides of the high-resistance base via vias formed in the thickness direction of the high-resistance base. The current detector according to any one of claims 1 to 4 . 前記主電流導通部は、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電流検出器。 The main current conducting portion is characterized in that it is formed by connecting conductor films formed on both sides of the high resistance base via vias formed in the thickness direction of the high resistance base. The current detector according to any one of claims 1 to 5 . 前記コイル部で囲まれている領域において、所定の断面で見たときに、前記主電流導通部と前記コイルとの間の間隔をＡとし、前記主電流導通部が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の電流検出器。 In the area surrounded by the coil part, when viewed in a predetermined cross section, the distance between the main current conducting part and the coil is A, and the width of the area where the main current conducting part is formed. 7. The current detector according to claim 1 , wherein the current detector satisfies the relationship B/8<A<2B, where B is B. 前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、
前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。 The coil part further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged so as to surround the main current conducting part,
The current detector according to any one of claims 1 to 7 , wherein the return wire is arranged outside an area surrounded by the coil when viewed in plan. 前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、
前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。 The coil part further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged so as to surround the main current conducting part,
The current detector according to any one of claims 1 to 7 , wherein the return wire is arranged inside an area surrounded by the coil when viewed in plan. 前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、
前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。 The coil part further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged so as to surround the main current conducting part,
The current according to any one of claims 1 to 7 , wherein the return wire is arranged so as to cross the inside and outside of the area surrounded by the coil when viewed in plan. Detector. 前記主電流導通部が形成されている領域の面積は、平面的に見て前記コイル部で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の電流検出器。 1. The area of the region where the main current conducting portion is formed is within the range of 4% to 65% of the area of the region surrounded by the coil portion when viewed in plan. The current detector according to any one of 1 to 10 . 高抵抗基体と、
前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、
前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、
前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、
前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあり、
前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、
前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されており、
平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積は、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積と等しいことを特徴とする電流検出器。 high resistance base,
a main current conducting part formed on the high resistance base, through which a current to be detected flows through the high resistance base;
a coil portion formed on the high-resistance base body and having a coil disposed at a position surrounding the main current conducting portion at a position apart from the main current conducting portion;
When the high-resistance base is a semiconductor base, the resistivity of at least a region between the main current conducting part and the coil part of the high-resistance base is within the range of 100 Ωcm to 1×10 7 Ωcm. ,
When the high resistance substrate is a glass substrate, the specific resistance of at least a region between the main current conducting portion and the coil portion of the high resistance substrate is within the range of 100 Ωcm to 1×10 19 Ωcm. ,
The coil part further includes a return wire connected to one end of the coil and arranged to surround the main current conducting part,
The return line is arranged so as to cross the inside and outside of the area surrounded by the coil when viewed in plan,
Viewed in plan, the area of the region between the return wire and the coil in a portion where the return wire is located inside the region surrounded by the coil is A current detector characterized in that the area of the wire is equal to the area between the return wire and the coil in a portion located outside the region surrounded by the coil. 請求項１～１２のいずれかの電流検出器を備えることを特徴とするパワーモジュール。 A power module comprising the current detector according to any one of claims 1 to 12 .
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