(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電流の経路を構成する配線層と、
前記配線層の一面側に設けられたホール素子と、
前記配線層の他面側に、前記ホール素子と重なるように設けられ、前記配線層に流れる前記被測定電流の形成する磁界を前記ホール素子に収束する、磁性体から構成された板状部材と、
前記配線層と前記板状部材との間を埋めるように設けられた樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は、前記板状部材を前記配線層に固定すると共に、磁性体を含有している、ことを特徴とする電流検出装置。
【請求項２】
前記ホール素子は、入出力端子とともに封止樹脂により封止されたホール素子封止物として構成され、
前記配線層と前記板状部材と前記樹脂層とは、封止樹脂により一体化された封止物として構成され、
前記ホール素子封止物と、前記封止物と、を組み立てて構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
【請求項３】
さらに、前記ホール素子と前記配線層との間に板状の絶縁部材を備え、
前記樹脂層は、前記絶縁部材に前記配線層を固定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出装置。
【請求項４】
さらに、前記配線層の前記ホール素子が配置された側に、前記ホール素子と重なるように設けられ、磁性体を含有する樹脂層を備える、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項５】
前記樹脂層に含有された前記磁性体は、フェライトから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【請求項６】
さらに、前記ホール素子に接続された、検出信号入出力用配線層を備え、前記検出信号入出力用配線層と、前記配線層と、は、リードフレームから構成される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホール素子を用いた電流検出装置に関し、特に、高感度で電流を検出可能な電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電流検出装置として、ホール素子を用いるホール素子型の装置が知られている。ホール素子型の電流検出装置は一般に、被測定電流の流れる電流経路と、電流経路の近傍に配置されたホール素子と、から構成される。電流の検出は、電流経路を被測定電流が通過したときに発生する磁界をホール素子によって検出することによって行われる。
【０００３】
ホール素子は、半導体内の電流の流れる方向と直角に磁界が形成された場合に、電流及び磁界と直角方向に電流と磁場に比例する起電力を生じるというホール効果を利用して、検出磁界を電圧に変換する。このように、ホール素子型電流検出装置は、電流経路に電流が流れたときに形成される磁界（及びその強さ）を電圧に変換することによって電流（及びその量）を検出する。
【０００４】
ホール素子を備えた半導体装置（ホールセンサ）を用いた電流検出方法には、特開2000-19199号公報に開示されている方法がある。上記開示の方法は、ホールセンサを中心に線対称又は点対称の電流経路を形成して電流検出を行う方法である。上記方法においては、電流経路の対称軸又は対称中心の、磁界が強められた領域にホールセンサを配置する。これにより、コイル等の磁路を必要とせずに、安定した磁界を検出することができ、精度の高い電流検出が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記開示の電流検出方法においては、コイル等の集磁構造を持たず、簡便かつ省スペースな構造での電流検出が可能である。しかし、逆に、集磁構造により磁束を集めないため、ホールセンサ近傍に形成される磁界の磁束密度は低く、測定する電流量によっては検出感度が不十分である。検出感度の向上のため、金属製のフェライトコア等をホール素子の近傍に配置することも考えられるが、電流経路を囲い込む形状に金属製のフェライトコアを製造することは困難であるとともに、製造コストがかかりすぎ、現実的ではない。このように、従来の電流検出装置では、低コストかつ簡便に、検出感度を向上させることは困難であった。
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、ホール素子を用いた、検出感度の高い電流検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる電流検出装置は、
被測定電流の経路を構成する配線層と、
前記配線層の一面側に設けられたホール素子と、
前記配線層の他面側に、前記ホール素子と重なるように設けられ、前記配線層に流れる前記被測定電流の形成する磁界を前記ホール素子に収束する、磁性体から構成された板状部材と、
前記配線層と前記板状部材との間を埋めるように設けられた樹脂層と、を備え、
前記樹脂層は、前記板状部材を前記配線層に固定すると共に、磁性体を含有している、ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、電流経路の近傍に集磁機能を備える板状部材（集磁板）を配置することにより、同様に電流経路の近傍に配置されたホール素子近傍の磁界が強められる。これにより、検出感度の高い電流検出装置が得られる。
上記構成によれば、集磁板と併せて、一層高い集磁効果が得られ、より高感度での電流検出が可能となる。
【０００９】
上記構成において、例えば、前記ホール素子は、入出力端子とともに封止樹脂により封止されたホール素子封止物として構成され、
前記配線層と前記板状部材と前記樹脂層とは、封止樹脂により一体化された封止物として構成され、
前記ホール素子封止物と、前記封止物と、を組み立てて構成される。
【００１０】
すなわち、入出力端子（リードピン）を備えるホール素子パッケージを、配線層と、板状部材と、樹脂層と、を樹脂封止した封止物と、を接着材等により接着固定することにより、いわゆる大電流型の電流検出装置が得られる。
【００１１】
上記構成において、さらに、前記ホール素子と前記配線層との間に板状の絶縁部材を備え、前記配線層は前記樹脂層により前記絶縁部材に固定されていることが望ましい。この場合、磁性体を含有する樹脂層は、板状の絶縁部材と、板状部材と、に挟まれて、樹脂層は一定の形状に形成される。これにより、樹脂層のもたらす集磁効果は一定したものとなり、また、樹脂層の高さが低く抑えられるため、装置の小サイズ化が図れる。
【００１２】
上記構成において、さらに、前記配線層の前記ホール素子が配置された側に、前記ホール素子と重なるように設けられ、磁性体を含有する樹脂層を備えてもよい。これにより、さらなる検出感度の向上が図れる。
【００１３】
上記構成において、前記樹脂層に含有された前記磁性体は、例えば、フェライトから構成される。
【００１４】
上記構成において、さらに、前記ホール素子に接続された、検出信号入出力用配線層を備え、前記検出信号入出力用配線層と、前記配線層と、は、リードフレームから構成されてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる電流検出装置について、以下図面を参照して説明する。本実施の形態の電流検出装置は、ホール素子を備えた中電流型の電流検出装置であり、電流（被測定電流）の導通の有無およびその量を検出する。
【００１６】
図１に、本発明の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す。また、図２は、図１に示す電流検出装置１１のＡ−Ａ’線矢視断面を示し、図３は、Ｂ−Ｂ’線矢視断面を示す。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態にかかる電流検出装置１１は、電流測定用リードフレーム１２と、ホール素子チップ１３と、から構成されている。
【００１８】
電流測定用リードフレーム１２は帯状に形成され、Ｕ字部１２ａを有する。電流測定用リードフレーム１２はＵ字部１２ａにおいて折り返された構造を有する。Ｕ字部１２ａは線対称なＵ字型に形成され、Ｕ字の底部はほぼ半円形状となっている。電流測定用リードフレーム１２には、被測定電流（中電流）が流れ、Ｕ字部１２ａでは、対称な電流経路が形成される。
【００１９】
ここで、帯状の電流測定用リードフレーム１２の厚さは、例えば、１ｍｍであり、その幅はＵ字部１２ａの近傍では２００μｍである。また、Ｕ字部１２ａにおける対称な帯状部分（Ｕ字部分）の間隔は、例えば、１７０μｍである。
【００２０】
Ｕ字部１２ａにおいて折り返される電流測定用リードフレーム１２の両端は、図示しない被測定回路の端子に、溶接又はねじ止めなどにより接続される。被測定回路で発生する電流は電流測定用リードフレーム１２を流れる。
【００２１】
ホール素子チップ１３は、その内部に半導体ホール素子を備える素子チップ（ダイ）である。ホール素子チップ１３は、Ｕ字部１２ａとほぼ重なるように配置されている。ホール素子チップ１３は、ホール素子用リードフレーム１４にワイヤ１５により接続されている。ホール素子用リードフレーム１４は４本配置されており、このうちの２本はホール素子に電界形成用の電流を流すためのものであり、また、他方の２本はホール素子により発生したホール電圧を検出するためのものである。
【００２２】
図２のＡ−Ａ’線矢視断面に示すように、ホール素子チップ１３は、電流測定用リードフレーム１２の上方に、略平板状の絶縁フィルム１６を介して設けられている。ホール素子チップ１３は、絶縁フィルム１６に接着材により接着されている。
【００２３】
絶縁フィルム１６は段差部分１６ａを有する。絶縁フィルム１６の段差部分１６ａを介したホール素子チップ１３の反対側に、ホール素子用リードフレーム１４が配置されている。ホール素子用リードフレーム１４は、上述したように、ホール素子チップ１３とワイヤ１５により接続されている。
【００２４】
ここで、絶縁フィルム１６は、３００℃程度の温度に耐えられる耐熱性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂から構成されている。絶縁フィルム１６は、例えば、２００μｍの厚さを有する。
【００２５】
図３に電流検出装置１１のＢ−Ｂ’矢視線断面を示す。図３に示すように、ホール素子チップ１３は、電流測定用リードフレーム１２の対称部分（Ｕ字部１２ａ）の絶縁フィルム１６を介した上方に配置されている。ホール素子チップ１３（内部のホール素子）は、電流測定用リードフレーム１２に流れた電流を以下のように検出する。
【００２６】
ホール素子は、半導体内の電流の流れる方向と直角に磁界が形成された場合に、電流及び磁界と直角方向に電流と磁場に比例する起電力を生じるというホール効果を利用して、検出磁界を電圧（ホール電圧）に変換する。発生したホール電圧を測定することにより、磁界の形成の有無（およびその強度）を知ることができ、電流測定用リードフレーム１２への通電（およびその量）を検出することができる。
【００２７】
ここで、図３を参照して、電流検出方法について具体的に説明する。電流測定用リードフレーム１２に図３に示すような被測定電流Ｉが流れる際、Ｕ字部１２ａを構成する電流測定用リードフレーム１２にはそれぞれ逆方向に電流Ｉが流れる。このように互いに逆向きの電流経路が構成されることにより、Ｕ字部１２ａへの通電の際には、Ｕ字部１２ａの間に挟まれた領域には、強められた磁界Ｈが形成される。Ｕ字部１２ａの近傍に、ホール素子チップ１３を配置することにより、被測定電流の量が少ない場合でも、強められた磁界Ｈを検出することができる。
【００２８】
図２および図３に示すように、電流測定用リードフレーム１２は、絶縁フィルム１６に対してポッティング樹脂層１７により固定されている。ポッティング樹脂層１７は、電流測定用リードフレーム１２のＵ字部１２ａの全体を覆うように形成されている。
【００２９】
ポッティング樹脂層１７の下には、集磁板１８が接着固定されている。このように、ポッティング樹脂層１７は、絶縁フィルム１６と集磁板１８との間を埋めており、電流測定用リードフレーム１２を絶縁フィルム１６に接着固定するとともに、集磁板１８を電流測定用リードフレーム１２の近傍に固定する。
【００３０】
集磁板１８は、フェライト、パーマロイ等の磁性体フィルムから構成され、例えば、１ｍｍ以下の厚さで設けられている。また、図２および図３に示すように、電流測定用リードフレーム１２のＵ字部１２ａ全体を覆っている。
【００３１】
集磁板１８は、ホール素子チップ１３近傍の磁界Ｈが強め、ホール素子チップ１３の磁界検出感度を高める。これにより、高感度での電流検出が可能となる。また、このような集磁板１８を備えた構成は、低コストかつ簡便に形成することができる。さらに、平板形状を有することから、ホール素子チップ１３近傍の磁界Ｈの均一性を維持しつつ、検出感度の向上が図れる。
【００３２】
図１に示すように、上記構成の電流検出装置１１は、電流測定用リードフレーム１２およびホール素子用リードフレーム１４の、電極接続部分を除いて、モールド樹脂１９により封止されている。モールド樹脂１９は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等から構成されている。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、ホール素子チップ１３の近傍に集磁板１８を配置することにより、ホール素子チップ１３近傍の高い磁束密度が得られる。これにより、ホール素子チップ１３の近傍に低コストかつ簡便に集磁構造を形成することができ、高感度での電流検出が可能となる。
【００３４】
本発明は、上記実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について説明する。
【００３５】
上記実施の形態では、ポッティング樹脂層１７は、接着機能のみを有するものとした。しかし、図４に示すように、ポッティング樹脂層１７にフェライト粉末、鉄粉末、ニッケル粉末、パーマロイ粉末などの磁性体粉末２０を混練し、集磁機能を付与してもよい。この場合、ポッティング樹脂層１７は、例えば、粒径が５００μｍのフェライト粉末を、例えば、フェライト粉末：エポキシ樹脂＝８５：１５の重量比でエポキシ樹脂に混練して得られた樹脂から構成することができる。また、磁性体は、粉末として樹脂に混練する他に、溶融して添加するなど、他の方法で添加してもよい。
【００３６】
上記のように、集磁機能を備えたポッティング樹脂層１７を用いることにより、集磁板１８と併せて、高い集磁効果および検出感度が得られる。また、ポッティング樹脂層１７のみを用いた場合には、一定の形状に形成することは難しいが、集磁板１８を積層して設けることにより、ポッティング樹脂層１７を一定の形状で形成することができる。これにより、安定した、高い検出感度が得られる。さらに、集磁板１８により、ポッティング樹脂層１７の高さを低く、一定にできるので、製品形状を一定に小型化できる。
【００３７】
また、上記のように、絶縁フィルム１６の電流測定用リードフレーム１２側だけでなく、ホール素子チップ１３側にも集磁体を設けてもよい。例えば、図５に示すように、ホール素子チップ１３上に、樹脂からなる囲い２１を設け、その内部に上記ポッティング樹脂層１７と同様の、磁性体粉末２０を添加した樹脂層２２を配置してもよい。これにより、さらなる検出感度の向上が図れる。
【００３８】
上記実施の形態では、電流測定用リードフレーム１２にＵ字部１２ａを形成し、半円形状を有する線対称な電流経路を構成するよう形成するものとした。しかし、電流測定用リードフレーム１２の構成は、対称な電流経路を形成して、通電の際に磁界が強められる領域を形成可能な構成であればいかなるものでもよい。例えば、電流測定用リードフレーム１２により形成される電流経路を、図６に示すような完全な線対称に構成してもよい。また、電流経路を図７に示すような、ほぼ円形として、電流経路を点対称に構成してもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、ホール素子チップ１３を備えた、いわゆる中電流型の電流検出装置１１である。しかし、ホール素子チップ（ダイ）１３の代わりに、図８に示すように、パッケージングされたホール素子２３を用いてもよい。
【００４０】
また、図９（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面に示すような、入出力端子（リードピン）２４を備えたホール素子パッケージ２５を用いてもよい。この場合、図９（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面に示すように、電流測定用リードフレーム１２と、ポッティング樹脂層１７と、集磁板１８と、をモールド樹脂１９により一体化した組立体と、ホール素子パッケージ２５と、を接着材等により接着して組み立てることにより、電流検出装置１１が構成される。このような電流検出装置１１は、いわゆる大電流型として用いることができる。
【００４１】
勿論、図８および図９（ａ）に示す構造においても、図４に示すようなポッティング樹脂層１７に磁性体粉末２０を添加した構成とすることができる。また、同様に、図５に示すような絶縁フィルム１６のホール素子側に磁性体添加樹脂層を設けた構成とすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ホール素子を用いた検出感度の高い電流検出装置１１が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図２】図１における電流検出装置１１のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図３】図１における電流検出装置１１のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態にかかる電流検出装置１１の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１    電流検出装置
１２    電流測定用リードフレーム
１２ａ  Ｕ字部
１３    ホール素子チップ
１４    ホール素子用リードフレーム
１５    ワイヤ
１６    絶縁フィルム
１７    ポッティング樹脂層
１８    集磁板
１９    モールド樹脂
２０    磁性体粉末
２１    囲い
２２    樹脂層
２３    ホール素子パッケージ
２４    リードピン
２５    ホール素子パッケージ
【図１】
0004165054.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004165054.tif 000007
【図７】
0004165054.tif 000008
【図８】
0004165054.tif 000009
【図９】
0004165054.tif 000010