(57)【要約】  Ｕ字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサにおいて、製造コストを低減すること。電流センサ（２００）は、Ｕ字形の電流経路（２１０Ａ）を有する一次導体（２１０）と、磁電変換素子（２３０Ａ）を支持するための支持部（２２０Ａ）と、支持部（２１０Ａ）に接続されるリード端子（２２０Ｂ＿１）とを備え、支持部（２２０Ａ）は電流経路（２１０Ａ）と電気的に接続しないように形成されている。
2013008466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流が流れるＵ字形の電流経路を有する一次導体と、
前記Ｕ字形の開口部に配置される、磁電変換素子を支持するための支持部と、
前記支持部に接続するリード端子と、を備え、
前記支持部は前記Ｕ字形の電流経路と電気的に接続しないことを特徴とする電流センサ用基板。
【請求項２】
前記一次導体は、前記Ｕ字形の電流経路に接続する一次導体端子を有し、
前記一次導体端子は、前記電流経路の前記Ｕ字形の開口方向とは逆方向に延在しており、
前記リード端子は、前記一次導体端子が延在する方向とは逆方向に延在することを特徴とする電流センサ用基板。
【請求項３】
前記電流センサ用基板の前記支持部は、前記Ｕ字形の前記開口部に配置された第１の支持部と、前記第１の支持部に隣接し、前記開口部に配置されていない第２の支持部とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電流センサ用基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の電流センサ用基板と、
前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するＩＣチップと
を備え、
前記磁電変換素子は、平面視において前記電流経路の前記Ｕ字形の内側に配置されていることを特徴とする電流センサ。
【請求項５】
前記磁電変換素子は、前記電流経路の前記Ｕ字形のコーナー部に近接して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電流センサ。
【請求項６】
請求項３記載の電流センサ用基板と、
前記電流センサ用基板の前記第１の支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子と、
前記電流センサ用基板の前記第２の支持部に配置された、前記磁電変換素子からの出力信号を処理するためのＩＣチップと
を備え、
前記磁電変換素子は、平面視において前記電流経路の前記Ｕ字形の内側に配置された化合物半導体磁気センサであることを特徴とする電流センサ。
【請求項７】
前記磁電変換素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項８】
前記電流センサ用基板の前記支持部には段差が設けられており、前記磁電変換素子の感磁面は、前記一次導体の高さと略等しくなるように設けられていることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の電流センサ。
【請求項９】
前記電流センサ用基板の前記支持部には段差が設けられており、前記段差の大きさは、前記磁電変換素子の厚みをt1、前記１次導体の厚みをt2とした時の、０より大きく2×t1＋t2より小さい値であり、前記段差は前記磁電変換素子の感磁面の高さを低くする方向の段差であることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流センサ用基板及び電流センサに関し、より詳細には、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサ用基板及び電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導体に流れる電流を測定する電流センサとして、測定電流が流れることにより周囲に生じる磁束を検出する方法が知られている。例えば、測定電流が流れる一次導体近傍に磁電変換素子を配置する方法がある。【０００３】
図１（特許文献１の図７に対応）に、従来の電流センサの一例を示す。導電性クリップ２０４にＵ字形の電流導体部２０４ａを形成し、ホール素子２０８を当該Ｕ字形の内側に配置している。Ｕ字形内側の中心付近は磁束密度が高くなるので測定感度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３０３９３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１記載の電流センサは、導電性クリップ２０４を別個に設けてリード端子２０２ａ〜２０２ｄに結合することを要する等、製造上の手間がかかり、コストの増加を招く。【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、Ｕ字形の電流経路を有する一次導体を備えた電流センサにおいて、製造コストを低減することにある。また、第２の目的は、当該電流センサ用の基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、被測定電流が流れるＵ字形の電流経路を有する一次導体と、前記Ｕ字形の開口部に配置される、磁電変換素子を支持するための支持部と、前記支持部に接続するリード端子と、を備え、前記支持部は前記Ｕ字形の電流経路と電気的に接続しないことを特徴とする電流センサ用基板である。【０００８】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記一次導体は、前記Ｕ字形の電流経路に接続する一次導体端子を有し、前記一次導体端子は、前記電流経路の前記Ｕ字形の開口方向とは逆方向に延在しており、前記リード端子は、前記一次導体端子が延在する方向とは逆方向に延在するようにしてもよい。【０００９】
また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記電流センサ用基板の前記支持部は、前記Ｕ字形の前記開口部に配置された第１の支持部と、前記第１の支持部に隣接し、前記開口部に配置されていない第２の支持部とを有するようにしてもよい。
また、本発明の第４の態様は、第１から３のいずれかの態様の電流センサ用基板と、前記電流センサ用基板の前記支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子を有するＩＣチップとを備え、前記磁電変換素子は、平面視において前記電流経路の前記Ｕ字形の内側に配置されていることを特徴とする電流センサとしてもよい。【００１０】
また、本発明の第５の態様は、第３の態様において、前記磁電変換素子が、前記電流経路の前記Ｕ字形のコーナー部に近接して配置されているようにしてもよい。【００１１】
また、本発明の第６の態様は、第３の態様の電流センサ用基板と、前記電流センサ用基板の前記第１の支持部に配置された、前記電流センサ用基板の前記電流経路を流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子と、前記電流センサ用基板の前記第２の支持部に配置された、前記磁電変換素子からの出力信号を処理するためのＩＣチップとを備え、前記磁電変換素子は、平面視において前記電流経路の前記Ｕ字形の内側に配置された化合物半導体磁気センサであることを特徴とする電流センサとしてもよい。
本発明の第７の態様は、第４から６のいずれかの態様において、前記磁電変換素子は、ホール素子であるようにしてもよい。
本発明の第８の態様は、第４から７のいずれかの態様において、前記電流センサ用基板の前記支持部には段差が設けられており、前記磁電変換素子の感磁面は、前記一次導体の高さと略等しくなるように設けられているようにしてもよい。
本発明の第９の態様は、第４から７のいずれかの態様において、前記電流センサ用基板の前記支持部には段差が設けられており、前記段差の大きさは、前記磁電変換素子の厚みをt1、前記１次導体の厚みをt2とした時の、０より大きく2×t1＋t2より小さい値であり、前記段差は前記磁電変換素子の感磁面の高さを低くする方向の段差であるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電流センサ用基板及び電流センサの構成を、部品点数を抑えた簡便なものとし、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の電流センサを示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る電流センサを示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る電流センサを示す図である。
【図４Ａ】第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。
【図５Ａ】第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。
【図５Ｂ】第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。
【図５Ｃ】第２の実施形態に係る電流センサの製造方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係る電流センサにおいて、一次導体と磁電変換素子との位置関係を示す斜視図である。
【図７】図６の電流センサにおいて、Ａ−Ａ´断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２に、第１の実施形態に係る電流センサを示す。電流センサ２００は、Ｕ字形の電流経路２１０Ａ及び一次導体端子２１０Ｂを有する一次導体２１０と、ホール素子等の磁電変換素子２３０Ａを支持するための支持部２２０Ａ、及びリード端子２２０Ｂ＿1，２２０Ｂ＿２を有する信号端子側部材２２０（以下、単に「部材２２０」と略記する。）と、支持部２２０Ａに配置された、電流経路２１０Ａを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子２３０Ａを有するＩＣチップ２３０とを備える。一次導体２１０、部材２２０、及びＩＣチップ２３０を樹脂２４０でモールドして、電流センサ２００が形成される。ＩＣチップ２３０及び樹脂２４０を除いた部分が電流センサ用基板である。
リード端子２２０Ｂ＿１は支持部２２０Ａに接続されているリード端子を表し、リード端子２２０Ｂ＿２は支持部２２０Ａに接続されていないリード端子を表してある。なお、リード端子２２０Ｂ＿１，２２０Ｂ＿２に共通の説明では各リード端子が単にリード端子２２０Ｂとして参照される。
支持部２２０Ａは、被測定電流が流れるＵ字形の電流経路２１０Ａに電気的に接続されておらず、このように構成することによって、一次導体２１０とＩＣチップ２３０との間の高い絶縁耐圧を確保することができる。
【００１５】
電流経路２１０ＡのＵ字形は、一次導体端子２１０Ｂ_１が延在する方向とは逆方向に開口部２１０Ｃを有し、部材２２０の支持部２２０Ａは、この開口部２１０Ｃに配置されている。そして、部材２２０のリード端子２２０Ｂ_１は、一次導体端子２１０Ｂが延在する方向とは逆方向に延在する。
支持部２２０Ａとリード端子２２０Ｂ＿１とは、別個の部材ではなく、金属材で一体形成されている。すなわち、支持部２２０Ａとリード端子２２０Ｂ＿１とは物理的に一体となっており、物理的にも電気的にも接続されている。
【００１６】
上述したように、Ｕ字形内側の中心付近は磁束密度が高くなり測定感度が向上するため、磁電変換素子２３０Ａは、平面視において電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。特に、電流経路２１０ＡのＵ字形のコーナー部２１０Ａ’では磁束密度が高くなるため、コーナー部２１０Ａ’に近接して磁電変換素子２３０Ａを配置するのが好ましい。
【００１７】
本実施形態に係る電流センサ２００においては、一次導体２１０と部材２２０が分離され、部材２２０の支持部２２０Ａに配置されたＩＣチップ２３０と一次導体２１０の電流経路２１０Ａが接触せず、両者の間にクリアランスが得られる。当該クリアランスは、一次導体２１０とＩＣチップ２３０との間の絶縁を保証し、パッケージ内部における高い耐圧の維持を可能にする。
【００１８】
加えて、部材２２０のリード端子２２０Ｂ＿１が、一次導体端子２１０Ｂが延在する方向とは逆方向に延在することにより、樹脂２４０の外周において絶縁に必要な沿面距離を確保することができ、耐圧が向上する。一次導体端子２１０Ｂとリード端子２２０Ｂ＿１が樹脂２４０の同一端面から引き出されるような構成であると、両者がパッケージ外部で隣接することとなり、十分な沿面距離の確保が困難である。
【００１９】
このように、第１の実施形態に係る電流センサ２００は、従来よりも部品点数が抑えられ、製造コストが低減することに加えて、耐圧向上を図ることができる。
【００２０】
（第２の実施形態）  
図３に、第２の実施形態に係る電流センサを示す。電流センサ３００が第１の実施形態の電流センサ２００と異なるのは、ホール素子等の磁電変換素子３３０ＡがＩＣチップ３３０に含まれておらず、別個に設けられている点である。
【００２１】
支持部２２０Ａは、Ｕ字形の開口部２１０Ｃに配置された第１の支持部２２０Ａ’と、第１の支持部２２０Ａ’に隣接し、開口部２１０Ｃに配置されていない第２の支持部２２０Ａ”とを有する。第１の支持部２２０Ａ’には、電流経路２１０Ａを流れる電流から生じる磁束を検出する磁電変換素子３３０Ａが配置され、第２の支持部２２０Ａ”には、磁電変換素子３３０Ａからの出力信号を処理するためのＩＣチップ３３０が配置される。磁電変換素子３３０Ａは、平面視において電流経路２１０ＡのＵ字形の内側に配置されている。
【００２２】
本実施形態に係る電流センサ３００は、磁電変換素子３３０Ａのみが配置され、電流経路２１０Ａの開口部２１０Ｃに配置される第１の支持部２２０Ａ’と、信号処理用のＩＣチップ３３０が配置され、開口部２１０Ｃに配置されない第２の支持部２２０Ａ”とに分け、磁電変換素子３３０Ａとして、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等の感度の高い化合物半導体磁気センサを用いる。これにより、電流経路２１０Ａを流れる電流の測定感度を向上させることができる。
【００２３】
加えて、開口部２１０Ｃに配置する必要があるのはＩＣチップ３３０ではなく磁電変換素子３３０Ａのみであるため、Ｕ字形の電流経路２１０Ａを小さく、且つ全長を短くすることができる。電流経路２１０Ａが小型化すると、Ｕ字形の内側における磁場集中が高まり、電流の検出感度向上が得られる。
【００２４】
また、電流経路２１０Ａは、一次導体２１０のその他の部分よりも細く、抵抗が高いため発熱が集中するが、本実施形態による小型化により電流経路２１０Ａの長さが短くなり、発熱量が低減する。
【００２５】
また、電流経路２１０ＡにはＵ字形電流経路の一形態として、例えば、Ｃ字形、Ｖ字形、またはこれらに類似する形状の電流経路を使用しても良い。
【００２６】
ここで、図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａ〜５Ｃを参照して、第２の実施形態に係る電流センサ３００の製造方法を説明する。第１の実施形態に関しても同様である。まず、一枚の金属板から、所望のパターンが形成されたリードフレームを作製する。図４Ａは、一個の電流センサに対応する一部分を示している。次いで、磁電変換素子３３０Ａを第１の支持部２２０Ａ’に、ＩＣチップ３３０を第２の支持部２２０Ａ”にダイボンディングした後、ワイヤボンディングを行う（図４Ｂ）。最後に、一次導体２１０、部材２２０、及びＩＣチップ３３０を樹脂２４０でモールドし、リードカットを行い、フォーミングにより高電圧側の一次導体端子２１０Ｂ及び低電圧側のリード端子（信号端子）２２０Ｂ＿１，２２０Ｂ＿２を形成する。
図５Ａは平面図、図５Ｂは正面図、図５Ｃは右側面図である。
【００２７】
次に、図３に示した電流センサ３００における一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａとの位置関係について図６および図７を参照して説明する。図６は、第２の実施形態に係る電流センサにおいて、一次導体２１０と磁電変換素子３３０Ａとの位置関係を示す斜視図である。図７は、図６の電流センサ３００において、Ａ−Ａ´断面を示す図である。
【００２８】
図６に示した磁電変換素子３３０Ａは、感磁面３３１を有し、この感磁面３３１が一次導体２１０の高さと略等しくなるように設けられている。本実施形態では、図７に示すように、第１の支持部２２０Ａ’には例えばハーフエッジ加工等の手法により段差が設けられており、その第１の支持部２２０Ａ’の露出部に磁電変換素子３３０Ａが設置される構成となっている。これにより、一次導体２１０に流れる電流により生じる磁束が、感磁面３３１に対して垂直方向に通過するように発生する。したがって、磁電変換素子３３０Ａの感磁面３３１における磁束密度が高くなり、電流センサ３００の測定感度が向上する。
【００２９】
より具体的には、段差の大きさが、磁電変換素子の厚みをt1、１次導体の厚みをt2とした時の、０より大きく２×t1＋t2より小さい値であることが好ましい。特に、感磁面３３１の高さが一次導体２１０の厚み中心の高さと等しくなるように段差を設けると、磁電変換素子３３０Ａの感磁面３３１における磁束密度が最も高くなり、電流センサ３００の測定感度が向上する。
【００３０】
なお、支持部に段差を設ける手法としてはハーフエッジ加工に限られず、この他、コイニングにより押しつぶして機械的に薄くする方法や曲げ加工などの方法を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３１】
２００  電流センサ
２１０  一次導体
２１０Ａ  電流経路
２１０Ｂ  一次導体端子
２１０Ｃ  開口部
２２０  信号端子側部材
２２０Ａ  支持部
２２０Ａ’第１の支持部
２２０Ａ”  第２の支持部
２２０Ｂ，２２０Ｂ＿１，２２０Ｂ＿２  リード端子
２３０  ＩＣチップ
２３０Ａ  磁電変換素子
３３０  ＩＣチップ
３３０Ａ  磁電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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