特許 5981633 電流センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981633

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20160818BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/20 A

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-251031(P2015-251031)

(22)【出願日】2015年12月24日

(62)【分割の表示】特願2012-271928(P2012-271928)の分割

【原出願日】2004年3月29日

(65)【公開番号】特開2016-65882(P2016-65882A)

(43)【公開日】2016年4月28日

【審査請求日】2015年12月28日

(31)【優先権主張番号】10/649,450

(32)【優先日】2003年8月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501105602

【氏名又は名称】アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100093089

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 滋

(72)【発明者】

【氏名】ドゥーグ，マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ディッキンソン，リチャード

(72)【発明者】

【氏名】ギャグノン，ジェイ

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１７４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１６３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００３／０３８４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６３５６０６８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁界センサ（１０）であって、該磁界センサ（１０）は、
夫々Ｘ軸（３０）及びＹ軸（３２）により画定されるＸ−Ｙ平面に平行なように対向して配置された第１及び第２の面（１６ａ、１６ｂ）を有する基板（１６）であって、該基板（１６）の前記第１の面（１６ａ）上に配置されたボンディングパッド（２０ａ−２０ｃ）を有する前記基板（１６）と、
前記基板（１６）の第１の面（１６ａ）上に配置された磁界検知素子（１８）であって、該磁界検知素子（１８）はＸ軸（３０）に平行なＸ方向に所定の幅寸法を有する前記磁界検知素子（１８）と、
リードフレーム（１２）と、を具備し、該リードフレーム（１２）は、
複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）及び複数の第２のリード（１２ｅ−１２ｈ）の各々が、Ｙ軸（３２）に平行な個別のリード長さを有する、前記複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）及び複数の第２のリード（１２ｅ−１２ｈ）と、
前記リードフレーム（１２）内の開口部に隣接した狭い幅寸法（ｗ１）の狭窄形状電流導体部分（１４）を具備する電流導体であって、前記狭窄形状電流導体部分（１４）は、前記複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）の２つのリード（１２ａ、１２ｂ）を、該複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）の他の２つのリード（１２ｃ、１２ｄ）に接続し、前記基板（１６）が前記リードフレーム（１２）上に、該リードフレーム（１２）の近傍の基板（１６）の第１の面（１６ａ）と該リードフレーム（１２）から遠位の該基板（１６）の第２の面（１６ｂ）とがフリップチップ配列になるよう配置され、且つ前記狭窄形状電流導体部分（１４）が前記磁界検知素子（１８）の近傍に配置された、前記導電流導体とを備え、
該磁界センサ（１０）は、更に、
前記基板（１６）の第１の面（１６ａ）のボンディングパッド（２０ａ−２０ｃ）と前記リードフレーム（１２）の複数の第２のリード（１２ｅ−１２ｈ）との間に接続された複数のワイヤボンディング結合線（２２ａ−２２ｃ）であって、前記基板（１６）と前記リードフレーム（１２）の前記複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）との間には電気的結合部が存在しない、前記複数のワイヤボンディング結合線（２２ａ−２２ｃ）と、
前記基板（１６）の前記第１の面（１６ａ）と前記狭窄形状電流導体部分（１４）との間に配置された絶縁体（２４）であって、該絶縁体（２４）は前記狭窄形状電流導体部分（１４）を前記基板（１６）に対して絶縁する前記絶縁体（２４）とを具備し、
前記狭窄形状電流導体部分（１４）は前記Ｘ軸（３０）に平行なＸ方向よりも前記Ｙ軸（３２）に平行なＹ方向に狭くなっており、前記狭窄形状電流導体部分（１４）は、前記Ｘ軸（３０）に平行な方向に流れる電流（２６）を導通させることが可能で有り、
前記磁界検知素子（１８）は前記狭窄形状電流導体部分（１４）のＸ方向に且つ前記リードフレーム（１２）の前記開口部内に前記幅寸法（ｗ１）の中心に隣接して配置されたホール効果素子（１８）を具備し、該ホール効果素子（１８）は前記狭窄形状電流導体部分（１４）からＹ方向に離間して配置され、
前記磁界検知素子（１８）は前記狭窄形状電流導体部分（１４）に隣接した位置であって、且つ前記狭窄形状電流導体部分（１４）を通って流れる電流（２６）により発生された磁界に応答するような位置に配置され、
前記狭窄形状電流導体部分（１４）のＸ方向の前記幅寸法（ｗ１）が、前記磁界検知素子（１８）のＸ方向の幅寸法より大きく、
前記狭窄形状電流導体部分（１４）のＸ方向の前記幅寸法（ｗ１）が、前記磁界検知素子（１８）のＸ方向の幅寸法より大きいことにより、前記磁界検知素子（１８）の位置において、前記狭窄形状電流導体部分（１４）のＸ方向の前記幅寸法（ｗ１）のＸ方向に沿った均一な磁束密度を生ずる、磁界センサ。

【請求項2】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、前記磁界検知素子（１８）の近傍に配置された磁束集中器（１８２）を更に備える、磁界センサ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の磁界センサにおいて、前記基板（１６）の第２の面（１６ｂ）上に配置された磁束集中層（１８４）を更に備える、磁界センサ。

【請求項4】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、磁束集中器（１８２）を更に備え、該磁束集中器（１８２）は、前記基板（１６）の第１の面（１６ａ）の近傍であって且つ前記基板（１６）の第２の面（１６ｂ）の遠位であって、且つ前記ホール効果素子（１８）の近傍であって且つ前記狭窄形状電流路の近傍の位置に配置される、磁界センサ。

【請求項5】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、
前記基板（１６）の第２の面（１６ｂ）上に配置された磁束集中層（１８４）と、
前記基板（１６）の第１の面（１６ａ）の近傍に且つ前記基板（１６）の第２の面（１６ｂ）の遠位であって、且つ前記ホール効果素子（１８）の近傍であって且つ前記狭窄形状電流路の近傍の位置に配置された磁束集中器（１８２）とを具備する、磁界センサ。

【請求項6】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、前記ホール効果素子（１８）は１個のみ設けられている、磁界センサ。

【請求項7】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、
前記複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）の各々及び複数の第２のリード（１２ｅ−１２ｈ）の各々は前記基板（１６）の第１及び第２の主対向面（１６ａ、１６ｂ）に直交するＺ方向に曲がった部分を有し、前記複数の第１のリード（１２ａ−１２ｄ）は前記複数の第２のリード（１２ｅ−１２ｈ）とは反対の方向を向いている、磁界センサ。

【請求項8】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、前記リードフレーム（１２）の開口部はＴ字形状である、磁界センサ。

【請求項9】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、前記絶縁体（２４）は樹脂材料により形成される、磁界センサ。

【請求項10】

請求項９に記載の磁界センサにおいて、前記絶縁体（２４）は、前記基板（１６）及び前記リードフレーム（１２）間に千ボルトを超える絶縁をもたらす、磁界センサ。

【請求項11】

請求項１に記載の磁界センサにおいて、前記絶縁体（２４）は下充填材料により形成される、磁界センサ。

【請求項12】

請求項１１に記載の磁界センサにおいて、前記絶縁体（２４）は、前記基板（１６）及びリードフレーム（１２）間に千ボルトを超える絶縁をもたらす、磁界センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に電流センサに関し、より詳細には、集積回路パッケージ内の小型電流
センサに関する。

【背景技術】

【0002】

当業界で周知のように、従来の電流センサの１つのタイプは、導体に近接する磁界変換
器（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）（例えば、ホール効果変換
器又は磁気抵抗型変換器）を使用している。磁界変換器は、導体を流れる電流によって誘
導された磁界に比例する大きさの出力信号を生成する。

【0003】

いくつかの典型的なホール効果電流センサは、ギャップ付き環状（トロイド）磁束集中
器を含んでおり、環状ギャップ内にホール効果素子が置かれている。ホール効果素子及び
環状体は、プリント回路基板上に実装可能なハウジング内に組み込まれる。使用に際して
は、電線など別の導体が環状体の中心を通る。このような素子は、高さの点でも回路基板
面積の点でも大きくなってしまう傾向がある。

【0004】

他のホール効果電流センサは、誘電体材料、例えば回路基板上に実装されるホール効果
素子を含んでいる。このような電流センサの１つが、欧州特許出願公開第０８６７７２５
号に記載されている。さらに他のホール効果電流センサは、欧州特許出願公開第１１１１
６９３号に記載されているように、基板、例えばシリコン基板上に実装されるホール効果
素子を含んでいる。

【0005】

感度及び直線性を含む様々なパラメータが、電流センサの性能を特徴づける。感度は、
検知電流に応答したホール効果変換器からの出力電圧の変化の大きさに関係する。直線性
は、ホール効果変換器からの出力電圧が検知電流に正比例して変化する度合いに関係する
。

【特許文献1】欧州特許出願公開第０８６７７２５号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第１１１１６９３号明細書

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

電流センサの感度は、様々な要素に関係する。１つの重要な要素は、導体の近傍で発生
しホール効果素子によって検知される磁界の磁束密度である。このため、ある電流センサ
は、磁束集中器（ｆｌｕｘ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）を使用している。もう１つの重
要な要素は、特に磁束集中器が使用されない電流センサの場合の、ホール効果素子と導体
との間の物理的分離である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、集積回路の電流センサは、導体部分を形成するように結合された少な
くとも２つのリードを有するリードフレームと、１又は複数の磁界変換器が配置される第
１の面を有する基板とを含み、第１の面が導体部分に近接し、第２の面が導体部分から遠
位にある。特定の一実施形態では、この基板は、導体部分の上方に基板の第１の面があり
この第１の面の上方に基板の第２の面があるように配置される。この特定の実施形態では
、基板は、集積回路内で従来の向きとは逆の向きに置かれる。

【0008】

この特定の配置では、電流センサには、１又は複数の磁界変換器が導体部分に近接する
位置に設けられ、その結果、電流センサの感度が向上する。さらに、電流センサは、小型
の集積回路パッケージ内に設けられる。

【0009】

本発明の他の態様によれば、集積回路を製造する方法は、少なくとも２つが１つの導体
部分を形成するように互いに結合された複数のリードを有するリードフレームを形成する
こと、及び導体部分が所定の形状の断面になるようにエッチングすることを含む。特定の
一実施形態では、この所定の形状はＴ字形である。他の実施形態では、この所定の形状は
、リードフレームの大部分の厚みよりも薄い最小寸法の矩形である。

【0010】

この特定の配置では、導体部分は、その表面の上方での磁束密度がより集中するように
形成されている。したがって、導体近傍に実装された磁界変換器は、より強い磁界を受け
、その結果、電流センサの感度が向上する。

【0011】

本発明の前述の特徴ならびに本発明自体は、添付図面の以下の詳細な説明からより完全
に理解することができる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0012】

図１を参照すると、本発明による例示的な電流センサ１０は、複数のリード１２ａ〜１
２ｈを有するリードフレーム１２を含む。リード１２ａ及び１２ｂは、電流路すなわち幅
がｗ１の狭窄部分を有する導体１４を形成するようにリード１２ｃ及び１２ｄに結合され
ている。電流センサ１０は、第１の面１６ａ及び反対側の第２の面１６ｂを有する基板１
６も含む。基板１６は、磁界変換器１８を有し、磁界変換器１８は、ある実施形態では、
第１の面１６ａ内に拡散によって作り込まれるか、又は第１の面１６ａ上に配置されるホ
ール効果素子１８とすることができる。基板１６は、半導体材料、例えばシリコンから構
成することができ、他の実施形態では、基板１６は、絶縁材料から構成することができる
。

【0013】

基板１６は、リードフレーム１２の上方に配置され、したがって、第１の面１６ａが導
体部分１４に近接し、第２の面１６ｂが導体部分１４から遠位にあり、より具体的には、
ホール効果素子１８が導体部分１４に近接している。図示の実施形態では、基板１６は、
基板が集積回路パッケージ内に取り付けられる従来の向きとは逆の向きになっている（す
なわち、第１の面１６ａは下方を向いている）。

【0014】

基板１６は、第１の面１６ａ上にボンディングパッド２０ａ〜２０ｃを有し、ボンディ
ングパッド２０ａ〜２０ｃに結合線２２ａ〜２２ｃが結合されている。さらに、結合線２
２ａ〜２２ｃは、リードフレーム１２のリード１２ｅ、１２ｆ、１２ｈに結合されている
。

【0015】

絶縁体２４は、基板１６をリードフレーム１２から分離するものである。絶縁体２４は
、様々な方法で設けることができる。例えば、一実施形態では、絶縁体２４の第１の部分
は、基板１６の第１の面１６ａ上に直接堆積される厚みが４μｍのＢＣＢ樹脂層を含む。
絶縁体２４の第２の部分は、リードフレーム１２上に堆積されるＳｔａｙｃｈｉｐ（商標
）のＮＵＦ−２０７１Ｅ型の下充填材料（Ｃｏｏｋｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅ
ｑｕｉｐｍｅｎｔ社、ニュージャージー州）の層を含む。このような配置は、基板１６と
リードフレーム１２との間に千ボルトを超える絶縁をもたらす。

【0016】

導体部分１４は、電流が流れる全経路の一部にすぎないことが理解されよう。例えば、
矢印２６で示す方向の電流が、この場合は電気的に並列結合されて示してあるリード１２
ｃ、１２ｄ中に入り、導体部分１４を経由して、この場合も電気的に並列結合されて示し
てあるリード１２ａ、１２ｂから外へ流れる。

【0017】

この構成では、ホール効果素子１８は、導体部分１４を通過する矢印２６で示す方向の
電流によって発生する磁界がホール効果素子１８の最大応答軸とほぼ同じ方向になる、導
体部分１４に近接しかつ導体部分１４に相対する所定の位置に配置される。ホール効果素
子１８は、この磁界に比例する電圧出力を生成し、したがって導体部分１４を流れる電流
に比例する電圧出力を生成する。図示のホール効果素子１８は、ｚ軸３４とほぼ同じ方向
の最大応答軸を有する。電流に応答して発生する磁界は、導体部分１４の周りを循環する
ため、ホール効果素子１８は、図のように導体部分１４のすぐ横に（すなわち、ｙ軸３２
に沿ってわずかにずらして）配置され、そこで、磁界は、ほぼｚ軸３４に沿った向きにな
る。この位置にすると、ホール効果素子１８からの電圧出力がより大きくなり、したがっ
てホール効果素子１８の感度が向上する。しかし、別の方向に合わせた最大応答軸を有す
るホール効果素子又は別タイプの磁界センサ例えば磁気抵抗素子は、導体部分１４に相対
する別の位置に、例えば導体部分１４の上に（ｚ軸３４に沿った方向に）配置することが
できる。

【0018】

基板１６の第１の面１６ａ上には１つのホール効果素子１８が示してあるが、図３及び
図５の実施形態に示すように複数のホール効果素子が使用され得ることが理解されよう。
また、追加の回路例えば増幅器を、第１の面１６ａ及び／又は第２の面１６ｂ内に拡散に
よって作り込む、又はその面上に配置する、あるいはその面で支持することもできる。こ
のタイプの例示的な回路が図４に示してある。

【0019】

図１の実施形態では、ホール効果素子１８と導体１４との間の近接は、第２の面よりも
導体部分１４により近接して位置する第１の基板面１６ａ上にホール効果素子１８を設け
ることによって実現される。他の実施形態では、この有利な近接は、図７及び図８に示す
ように、第２の基板面１６ｂ上にホール効果素子１８を設けること、及び第２の面１６ｂ
とほぼ同じ面になるように導体部分１４を形成することによって実現することができる。

【0020】

次に、図２を参照すると、グラフ５０は、導体部分１４を通過する１０Ａ程度の電流に
対する、ホール効果素子１８（図１）の平面におけるｘ軸３０（図１）及びｙ軸３２（図
１）に沿ってホール素子１８を横切るｚ軸３４（図１）方向の磁束密度を示す。ホール効
果素子１８の中心（図示せず）は、横座標５２上の３００μｍに対応する。仮数５４は、
磁束に対応する。

【0021】

磁束曲線５６は、ｘ軸３０に沿った位置に対するｚ軸３４の磁束の変化に対応する。磁
束曲線５８は、ｙ軸３２に沿った位置に対するｚ軸３４の磁束の変化に対応する。
磁束曲線５６、５８は、３００μｍに中心があるホール素子の近傍でほぼ平坦であると
特徴づけることができる。したがって、ｚ軸３４の方向の磁界に敏感なホール効果素子１
８の出力は、ホール効果素子１８のｘ軸３０及びｙ軸３２に沿った位置に対して比較的鈍
感である。

【0022】

例示のホール効果素子１８は、ｘ軸３０及びｙ軸３２に沿った２００μｍ程度の寸法で
あり、したがって、ホール効果素子１８は、横座標５２上の２００μｍから４００μｍの
範囲にある。ホール効果素子１８の位置がｘ軸３０又はｙ軸３２に沿って５０μｍ分変わ
っても、ホール効果素子によって検知される磁界はあまり変化しない。したがって、ｘ軸
３０及びｙ軸３２におけるホール効果素子の位置は、電流センサ１０（図１）の感度の影
響をあまり受けずに、製造上の位置公差によって異なることができる。

【0023】

ホール効果素子１８のｘ方向３０の寸法に相対する導体部分１４のｘ方向３０の幅ｗ１（図１）は、ホール効果素子１８のｘ方向３０に沿った位置でｚ方向３４の磁束密度の均一性に大きな影響を及ぼす。特に、ホール効果素子１８のｘ方向３０の幅ｖ１（図１）に比べて導体部分１４が長いほど（すなわち、図１の幅ｗ１が大きいほど）、曲線５６のほぼ平坦な部分がより長くなる。

【0024】

幅ｗ１（図１）は、電流センサ１０（図１）の所望の感度と電流路１４及びホール効果素子１８の相対位置の製造ばらつきに起因する性能ばらつきの所望の低減とを含むがこれらに限定されない様々な要素に従って選択される。一般に、幅ｗ１をホール効果素子１８の幅ｖ１に相当するように選択すると、電流センサ１０の感度が最大になることが理解されよう。しかし、幅ｗ１をホール効果素子１８の幅ｖ１よりも大きくなるように選択すると、ホール素子のｘ方向３０の位置配置の製造公差に起因する性能ばらつきが最小になることも理解されよう。

【0025】

次に、図３を参照すると、本発明による他の例示的な電流センサ７０は、複数のリード
７２ａ〜７２ｈを有するリードフレーム７２と、幅がｗ２の導体部分７４とを含む。電流
センサは、第１の面７６ａ及び反対側の第２の面７６ｂを有する基板７６も含む。基板７
６は、第１の面７６ａ内に拡散によって作り込まれるか、又は第１の面７６ａ上に配置さ
れるあるいは第１の面７６ａよって支持される第１のホール効果素子７８ａ及び第２のホ
ール効果素子７８ｂを有する。基板７６は、ホール効果素子７８が導体部分７４に近接す
るように、リードフレーム７２上に配置される。図示の実施形態では、基板７６は、基板
が集積回路パッケージ内に取り付けられる従来の向きとは逆の向きになっている（すなわ
ち、第１の面７６ａが下方を向いている）。絶縁体（図示せず）は、基板７６をリードフ
レーム７２から分離することができる。この絶縁体は、図１に示した絶縁体２４と同一又
は類似のものとすることができる。

【0026】

この構成では、ホール効果素子７８ａ、７８ｂはどちらも、導体部分７４を通過する矢
印８６で示す方向の電流によって発生する磁界が、ホール効果素子７８ａ、７８ｂの最大
応答軸とほぼ同じ方向になるように、導体部分７４に近接しかつ導体部分７４に相対する
所定の位置に配置される。この場合、ホール効果素子７８ａ、７８ｂのそれぞれは、ｚ軸
９４と同じ方向の最大応答軸を有する。したがって、ホール効果素子７８ａ、７８ｂは、
図のように導体部分７４の両側に（すなわち、ｙ軸９２に沿ってわずかにずらして）配置
され、そこで、磁界は、ほぼｚ軸９４に沿った向きになる。一実施形態では、ホール効果
素子７８ａ、７８ｂは、導体部分７４の周囲にほぼ等分だけ互いに逆方向に（ｙ軸９２に
沿って）ずらして置かれる。しかし、別の方向に合わせた最大応答軸を有するホール効果
素子又は別タイプの磁気センサ例えば磁気抵抗素子を、導体部分７４に相対する他の位置
に、例えば導体部分７４の上に（ｚ軸３４に沿った方向に）配置することができる。

【0027】

動作中、電流は、電気的に並列結合されたリード７２ｃ、７２ｄ中に入り、導体部分７
４を通り、同様に電気的に並列結合されたリード７２ａ、７２ｂから流出する。導体部分
７４を流れる電流は、ホール効果素子７８ａ、７８ｂによって検知される磁界を発生させ
る。上述のように、ホール効果素子７８ａ、７８ｂは、電流によって発生する磁界が、ホ
ール効果素子７８ａ、７８ｂの最大応答軸とほぼ同じ方向になるように、導体部分７４に
非常に近接しかつ導体部分７４に相対する所定の位置にある。この配置によって、ホール
効果素子７４からの電圧出力がより大きくなり、したがってホール効果素子７４の感度が
向上する。

【0028】

第１のホール効果素子７８ａ及び第２のホール効果素子７８ｂが受ける磁界は、ｚ軸９
４に沿って互いに反対方向を向いている。したがって、２つのホール効果素子７８ａ、７
８ｂの出力は、それらが同じ向きに分極された場合に極性が逆になる。ホール効果素子７
８ａ、７８ｂの一方からの出力が、例えば反転増幅器を用いて反転され、次いでホール効
果素子７８ａ、７８ｂの他方の出力と加算され、すなわち差分加算される場合、特定の利
点が実現される。

【0029】

最初の利点としては、２つのホール効果素子７８ａ、７８ｂの出力は、上述のように差
分加算されたとき、同一電流が存在する場合に、単一のホール効果素子からの電圧出力の
２倍の大きさの電圧出力になる。したがって、電流センサ７０は、図１の電流センサ１０
の感度の２倍の感度を有する。

【0030】

第２の利点としては、電流センサ７０は、ｙ軸９２の方向でのホール効果素子７８ａ、
７８ｂの位置のばらつきに対して比較的鈍感である。これは、ｙ軸９２の方向に移動した
ときに、ホール効果素子７８ａ、７８ｂの一方からの電圧出力が増大する傾向があり、ホ
ール効果素子７８ａ、７８ｂの他方からの電圧出力が減少する傾向があるからである。し
たがって、２つの出力の差分加算値は、比較的一定している。

【0031】

リードフレーム７２は、回路基板への表面実装に適した平坦リード７２ａ〜７２ｈを有
するように示してあるが、図１のリードフレーム１２のような、曲がったリードを有する
リードフレームも使用され得ることが理解されよう。同様に、２つのホール効果素子７８
ａ、７８ｂが示してあるが、３つ以上又は１つのホール効果素子を使用することもできる
。

【0032】

図４を参照すると、図３に関連して説明する、差分信号加算の実行に適した加算回路１
００が、２つのホール効果素子１０２ａ、１０２ｂに結合されて示してある。ホール効果
素子１０２ａ、１０２ｂは、図３のホール効果素子７８ａ、７８ｂと同一又は類似のもの
とすることができる。この場合、ホール効果素子１０２ａ、１０２ｂのそれぞれが、ホー
ル効果素子１０２ａ、１０２ｂ上にベクトルで示すように、他方のホール効果素子に対し
て９０度回転して置かれる。したがって、ホール効果素子１０２ａ、１０２ｂは、互いに
逆向きの磁界１１２ａ、１１２ｂに応答して同一極性を有する出力電圧１０３ａ、１０３
ｂを生成する。出力電圧１０３ａは、非反転構成で配置された増幅器１０４ａに結合され
ており、出力電圧１０３ｂは、反転構成で配置された増幅器１０４ｂに結合されている。
したがって、増幅器出力電圧１０６ａ、１０６ｂは、磁界１１２ａ、１１２ｂに応答して
互いに逆の電圧向きとなる。増幅器出力電圧１０６ａ、１０６ｂは、差分加算すなわち出
力電圧１０６ａ、１０６ｂの差を生成するように、差動結合されている。したがって、出
力電圧１０６ａ、１０６ｂは、増幅器１０８の出力により大きな出力電圧１１０を生成す
るように差分加算される。

【0033】

加算回路１００を、図３の電流センサ７０内で使用することができ、その場合に、ホー
ル効果素子１０２ａ、１０２ｂは、ホール効果素子７８ａ、７８ｂに対応する。特定の一
実施形態では、加算回路１００は、基板７６の第１の面７６ａ内に拡散によって作り込ま
れるか、又は基板７６の第１の面７６ａ上に配置される。他の実施形態では、加算回路１
００は、基板７６の第２の面７６ｂ内に拡散によって作り込まれるか、又は基板７６の第
２の面７６ｂ上に配置されるが、ホール効果素子７８ａ、７８ｂは、第１の面７６ａ上に
置いたままでバイア（vias、バイアホール）などを介して他の回路部品に結合される。

【0034】

次に、図１と同じ要素には同じ参照番号で示してある図５を参照すると、他の例示的な
電流センサ１２０は、第１の面１２６ａ及び反対側の第２の面１２６ｂを有する基板１２
６を含む。この場合、４つのホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄが、基板１２６の第１の
面１２６ａ内に拡散によって作り込まれるか、又は基板１２６の第１の面１２６ａ上に配
置される。基板１２６は、図のように、第１のホール効果素子１２８ａ及び第２のホール
効果素子１２８ｂがｙ軸１４２に沿った導体部分１４の片側にあり、第３及び第４のホー
ル効果素子１２８ｃ、１２８ｄがｙ軸４２に沿った導体部分１４の反対側にあるように、
リードフレーム１２に相対して位置する。一実施形態では、ホール効果素子１２８ａ、１
２８ｂは、ホール効果素子１２８ｃ、１２８ｄが導体部分１４から（ｙ軸１４２に沿って
）ずらす量と同じ量だけ導体部分１４から（ｙ軸１４２に沿って）反対側にずらして配置
される。

【0035】

この構成では、ホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄは、導体部分１４を通過する矢印８
６で示す方向の電流によって発生する磁界が、ホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄの最大
応答軸とほぼ同じ方向になるように、導体部分１４に近接しかつ導体部分１４に相対する
所定の位置に配置される。この場合、ホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄのそれぞれは、
ｚ軸１４４と整合する最大応答軸を有する。図示の実施形態では、ホール効果素子１２８
ａ、１２８ｂは、図のように導体部分１４４のホール効果素子１２８ｃ、１２８ｄとは反
対側に（すなわち、ｙ軸１４２に沿ってわずかにずらして）配置され、そこで、磁界は、
ほぼｚ軸１４４に沿った向きになる。しかし、別の方向に合わせた最大応答軸を有するホ
ール効果素子、又は別タイプの磁気センサ、例えば磁気抵抗素子を、導体部分１４に相対
する他の位置に、例えば導体部分１４の上に（ｚ軸１４４に沿った方向に）配置すること
ができる。第１のホール効果素子１２８ａ及び第２のホール効果素子１２８ｂがｚ軸１４
４に沿った方向の磁界に曝され、第３のホール効果素子１２８ｃ及び第４のホール効果素
子１２８ｄがｚ軸１４４に沿った逆方向の磁界に曝されることが理解されよう。

【0036】

４つのホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄは、特定の利点を実現するために、当業者に
は理解されるように、加算回路として構成された電子回路に結合することができる。この
加算回路は、例えば図４の加算回路１００を２つ含むことができる。一実施形態では、こ
の加算回路は、ホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄの内の最初の２つを図４の加算回路１
００のような第１の加算回路と結合させ、ホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄの内の後の
２つを加算回路１００のような第２の加算回路と結合することができる。第１の加算回路
の出力は、他の増幅器を用いて第２の加算回路の出力と加算することができる。最初の利
点としては、前述の加算回路に結合された４つのホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄは、
同一電流が存在する場合に、単一のホール効果素子、例えば図１のホール効果素子１８か
らの電圧出力の４倍の大きさの電圧出力を生成する。したがって、電流センサ１２０は、
図１の電流センサ１０の４倍の感度を有する。

【0037】

第２の利点としては、電流センサ１２０は、ｙ軸１４２の方向のホール効果素子１２８
ａ〜１２８ｄの位置のばらつきに対して比較的鈍感である。これは、ｙ軸１４２の方向に
移動したときに、４つのホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄの２つからの電圧出力が増大
する傾向があり、４つのホール効果素子１２８ａ〜１２８ｄの他の２つからの電圧出力が
減少する傾向があるからである。したがって、加算回路として結合されるとき、回路出力
は、ホール効果素子のｙ軸の位置に対して比較的鈍感になる。

【0038】

図６を参照すると、本発明による例示的な電流センサ１５０は、複数のリード１５２ａ
〜１５２ｈ及び導体部分１５４を有するリードフレーム１５２を含む。電流センサ１５０
は、第１の面１６６ａ及び反対側の第２の面１６６ｂを有する基板１６６も含む。基板１
６６は、第１の面１６６ａ内に拡散によって作り込まれるか、又は第１の面１６６ａ上に
配置されるホール効果素子１５８を有する。基板１６６は、ホール効果素子１５８が導体
部分１５４に近接するように、リードフレーム１５２上に配置される。基板１６６は、基
板が集積回路パッケージ内に取り付けられる基板の従来の向きとは逆の向きになっている
（すなわち、第１の面１６６ａが下方を向いている）。基板１６６は、この基板の第１の
面１６６ａ上にはんだボール１６０ａ〜１６０ｃを有するフリップチップである。はんだ
ボール１６０ａ〜１６０ｃは、図のようにリード１５２ｅ〜１５２ｈに直接結合している
。絶縁体１６４は、基板１６６をリードフレーム１５２から分離する。絶縁体１６４は、
図１に示した絶縁体２４と同一又は類似のものとすることができる。

【0039】

この構成では、ホール効果素子１５８は、導体部分１５４を通過する矢印１６８で示す
方向の電流によって発生する磁界が、ホール効果素子１５８の最大応答軸とほぼ同じ方向
になるように、導体部分１５４に近接しかつ導体部分１５４に相対する所定の位置に配置
される。ホール効果素子１５８は、ｚ軸１７４と整合する最大応答軸を有する。したがっ
て、ホール効果素子１５８は、図のように導体部分１４のすぐ横に（すなわち、ｙ軸１７
２に沿ってわずかにずれて）配置され、そこで、磁界は、ほぼｚ軸１７４に沿った向きに
なる。しかし、別の方向に合わせた最大応答軸を有するホール効果素子又は別タイプの磁
気センサ例えば磁気抵抗素子は、導体部分１５４に相対する別の位置に、例えば導体部分
１５４の上に（ｚ軸１７４の方向に）配置されることができる。

【0040】

電流センサ１５０の動作は、上述の図１の電流センサ１０の動作と同様である。ホール
効果素子１５８が導体部分１５４に近接すると、ホール効果素子１５８からの出力電圧は
より大きくなり、したがってホール効果素子１５８の感度が向上する。

【0041】

基板１６６の第１の面１６６ａ上には１つのホール効果素子１５８しか示されていない
が、複数のホール効果素子が本発明で使用され得ることが理解されよう。他の回路、例え
ば増幅器は、基板１６６の第１の面１６６ａ及び／又は第２の面１６６ｂ内に拡散によっ
て作り込まれる、又はその面に結合される、あるいはその面で支持されることもできる。

【0042】

３個のはんだボール１６０ａ〜１６０ｃが示してあるが、基板１６６を安定させるため
のダミーはんだボールを含む任意の数のはんだボールを設けることができる。また、はん
だボール１６０ａ〜１６０ｃが示してあるが、金バンプ、共晶高鉛はんだバンプ、無鉛は
んだバンプ、金スタッドバンプ、高分子導電性バンプ、異方性導電ペースト及び導電膜を
含むがこれらに限定されない他の接続方法が使用されることもできる。

【0043】

次に、図６と同じ要素には同じ参照番号で示してある図６Ａを参照すると、本発明によ
る例示的な電流センサ１８０は、磁束集中器１８２及び磁束集中層（ｆｌｕｘ ｃｏｎｃ
ｅｎｔｒａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１８４を含む。磁束集中器１８２は、基板１６６の第
１の面１６６ａに隣接しかつその下方にあるホール効果センサ１５８の近傍に位置する。
磁束集中層１８４は、基板１６６の第２の面１６６ｂ上に（又は、それに隣接しかつ上方
に）配置される。

【0044】

動作中、磁束集中器１８２及び磁束集中層１８４はそれぞれ、導体部分１５４を通過す
る電流によって発生する磁束を集中させる傾向があり、それによって電流センサ１８０が
図６の電流センサ１５０よりも高い感度を有するようになる。

【0045】

磁束集中器１８２及び磁束集中層１８４はそれぞれ、フェライト、パーマロイ（商標）
及び鉄を含むがこれらに限定されない様々な材料で構成することができる。
磁束集中器１８２は、立方形で示してあるが、他の実施形態では、磁束集中器は、別の
形状、例えば多面体形状、楕円形状又は球形状を有することができる。磁束集中器１８２
も磁束集中層１８４も示してあるが、他の実施形態では、磁束集中器１８２及び磁束集中
層１８４の一方のみ設けられることもできる。また、磁束集中器１８２及び磁束集中層１
８４は、１つの磁界変換器１５８と共に示してあるが、磁束集中器１８２及び磁束集中層
１８４は、複数の磁界変換器１５８を有する構成、例えば図１、３及び５に示した構成に
も適用できることが理解されよう。

【0046】

次に、図７を参照すると、本発明による他の例示的な電流センサ２００は、複数のリー
ド２０２ａ〜２０２ｈを有するリードフレーム２０２を含む。電流センサ２００は、第１
の面２０６ａ及び反対側の第２の面２０６ｂも含む。基板２０６は、第１の面２０６ａ内
に拡散によって作り込まれるか、又は第１の面２０６ａ上に配置されるホール効果素子２
０８を有する。導体部分２０４ａを有する導電性クリップ２０４は、リード２０２ａ〜２
０２ｄに結合されている。導電性クリップ２０４の特徴は、図８に示してある。導電性ク
リップ２０４は、これが基板２０６の第１の面２０６ａの上方へ覆って通るように曲げて
形成されていると言えば十分であろう。基板２０６は、ホール効果素子２０８が導体部分
２０４ａに近接するように、リードフレーム２０２の上に配置される。図示の実施形態で
は、基板２０６は、第１の面２０６ａが上方へ向けられた従来の取付け方向になっている
。基板２０６は、第１の面２０６ａ上にボンディングパッド２１２ａ〜２１２ｃを有し、
ボンディングパッド２１２ａ〜２１２ｃに結合線２１０ａ〜２１０ｃが結合されている。
さらに、結合線２１０ａ〜２１０ｃは、リード２０２ｅ、２０２ｆ、２０２ｈに結合され
ている。絶縁体２１４は基板２０６を導電性クリップ２０４から分離するように設けるこ
とができる。絶縁体２１４は、図１に示した絶縁体２４と同一又は類似のものとすること
ができる。

【0047】

この構成では、ホール効果素子２０８は、導体部分２０４ａに近接して配置され、導体
部分２０４ａは、基板２０６の第１の面２０６ａの上方へ覆うように通る。ホール効果素
子２０８は、導体部分２０４ａを通過する矢印２１６で示す方向の電流によって発生する
磁界がホール効果素子２０８の最大応答軸とほぼ同じ方向になるように、導体部分２０４
ａに相対する所定の位置に配置される。ホール効果素子２０８は、ｚ軸２２４と整合する
最大応答軸を有する。図示の実施形態では、ホール効果素子２０８は、図のように導体部
分２０４ａのすぐ横に（すなわち、ｙ軸２２２に沿ってわずかにずらして）配置され、そ
こで、磁界は、ほぼｚ軸２２４に沿った向きになる。しかし、別の方向に合わせた最大応
答軸を有するホール効果素子又は別タイプの磁気センサ例えば磁気抵抗素子は、導体部分
２０４ａに相対する別の位置に配置され、例えば、導体部分２０４ａの上方又は下方に（
ｚ軸２２４の方向に）これと基本的に合致する別の位置に配置されることができる。

【0048】

動作中、電流は、並列結合されたリード２０２ｃ、２０２ｄ中に入り、導電性クリップ
２０４を通り、同様に並列結合されたリード２０２ａ、２０２ｂから流出する。導体部分
２０４ａを流れる電流は磁界を発生させ、この磁界は、ホール効果素子２０８によって検
知される。ホール効果素子２０８は、磁界に比例する電圧出力を生成し、したがって導体
部分２０４ａを通過する電流に比例する電圧出力を生成する。上述のように、ホール効果
素子２０８は、この電流によって発生する磁界がホール効果素子２０８の最大応答軸とほ
ぼ同じ方向になる、導体部分２０４ａに非常に近接しかつ導体部分２０４ａに相対する所
定の位置にある。この位置にすると、ホール効果素子２０８からの電圧出力がより大きく
なり、したがって感度が向上する。

【0049】

基板２０６の第２の面２０６ｂ上には１つのホール効果素子２０８しか示していないが
、複数のホール効果素子が使用され得ることが理解されよう。特に、２つのホール効果素
子を有する一実施形態は、図３の電流センサ７０と類似のものとすることができ、４つの
ホール効果素子を有する一実施形態は、図５の電流センサ１２０と類似のものとすること
ができる。また、追加の回路例えば増幅器が、基板２０６の第１の面２０６ａ及び／又は
第２の面２０６ｂ内に拡散によって作り込まれるか、又はその面に結合されることもでき
る。

【0050】

導電性クリップ２０４は、様々な方法で様々な材料から形成され得ることが理解されよ
う。特定の一実施形態では、導電性クリップ２０４は、例えば銅板から打ち抜いたもので
ある。他の実施形態では、導電性クリップ２０４は、はく例えば銅はくから形成される。
他の実施形態では、導電性クリップ２０４は、エッチングプロセスによって形成される。
導電性クリップ２０４により、導体部分２０４ａをホール効果素子２０８に非常に近接さ
せながら、基板２０６を従来の取付け方向で使用できるようになる。

【0051】

導電性クリップ２０４は、当該導電性クリップを通過する電流の大きさに従って選択さ
れた厚みのものとすることができる。したがって、比較的高い電流を検知するようになさ
れた電流センサが望ましい場合、導電性チップ２０４は比較的厚くすることができ、比較
的低い電流を検知するようになされた電流センサが望ましい場合、導電性チップ２０４は
比較的薄くすることができる。他の実施形態では、比較的高い電流を検知するようになさ
れた電流センサが望ましい場合、複数の導電性クリップ２０４が、１つの導電性クリップ
２０４よりも厚い、したがってより大きな電流を伝えることが可能な有効厚みの増大をも
たらすように、他の導電性クリップと接触して積み重ねることができる。複数の導電性ク
リップ２０４を他の導電性クリップと接触して積み重ねると、１つの導電性クリップ２０
４よりも厚い、したがってより大きな電流を伝えることが可能な有効厚みの増大をもたら
すことができる。

【0052】

図７の実施形態では、ホール効果素子２０８と導体部分２０４ａとの間の近接は、第２
の面２０６ｂよりも導体部分２０４ａにより近接して位置する第１の基板面２０６ａ上に
ホール効果素子２０８を設けることによって実現される。他の実施形態では、この有利な
近接は、第２の基板面２０６ｂ上にホール効果素子２０８を設け、第２の面２０６ｂとほ
ぼ同じ面になるように導体部分２０４ａを形成することによって実現される。

【0053】

次に、図７と同じ要素には同じ参照番号で示してある図８を参照すると、リード２０２
ａ〜２０２ｄに結合される前の導電性クリップ２０４が示してある。導電性クリップ２０
４は、導体部分２０４、遷移領域２０４ｂ、曲げ領域２０４ｃ、及びボンディング領域２
０４ｄを含む。ボンディング領域２０４ｄは、リード２０２ａ〜２０２ｄに結合される２
つの部分２０４ｅ、２０４ｆを含む。遷移領域２０４ｂは、基板２０６と接触しないよう
に導体部分２０４ａに比べて高くすることができる。

【0054】

ホール効果素子を本発明の実施形態に関連して示し説明してきたが、他のタイプの磁気
センサも使用され得ることが理解されよう。例えば、磁気抵抗素子が、ホール効果素子の
代わりに使用されることができる。しかし、従来の磁気抵抗素子は、従来のホール効果素
子の最大応答軸と垂直方向の最大応答軸とを有する。本明細書に記載のホール効果素子の
実施形態と同じ結果を得るために本発明の実施形態に従って１又は複数の磁気抵抗素子を
導体部分に相対する適切な位置に置く方法を、当業者なら理解するであろう。

【0055】

次に図９を参照すると、図３のリードフレーム７２及び図６のリードフレーム１５２と
類似の形状を有するリードフレーム２５０が示してある。リードフレーム２５０は、リー
ドフレーム２５０の他の部分よりも薄くなっている複数の薄い部分２５２ａ〜２５２ｎを
有する。これらの薄い部分は、化学エッチング及びスタンピングを含むがこれらに限定さ
れない様々なプロセスによって形成されることができる。

【0056】

導体部分２５４は、面２５４ａと、薄い部分２５２ｂ〜２５２ｎ以外の部分の厚みと同
じ又は同等とすることができる厚みｔ１とを有する。リードフレーム２５０のその他の部
分は、厚みｔ２を有する。特定の一実施形態では、通電部分２５４の厚みｔ１は、他の薄
い部分２５２ｂ〜２５２ｎの厚みと同じであり、厚みｔ１は、厚みｔ２の約半分である。
一実施形態では、導体部分２５４は、基本的に矩形で厚みｔ１の断面を有する。

【0057】

導体部分２５４を通過するある電流が存在する場合、例えば図３の導体部分７４よりも
薄くなっている導体部分２５４では、図３の導体部分７４に同程度の電流が存在する場合
の面７４ａの近傍よりも、面２５４ａの近傍でより高い電流密度になる。言い換えれば、
この電流は圧縮されて、普通ならより厚い導体部分を有する場合よりも面２５４ａに近づ
く。その結果、電流によって発生する磁界は、面２５４ａの近傍でより高い磁束密度にな
る。

【0058】

したがって、リードフレーム２５０が図３のリードフレーム７２の代わりに使用される
とき、ホール効果素子７８ａ、７８ｂは、より大きな磁界を受け、より感度の高い電流セ
ンサをもたらす。

【0059】

薄い部分２５２ｂ〜２５２ｎ以外の部分は、他の利点を提供する。例えば、リードフレ
ーム２５０をモールドしてプラスチック囲繞体にするとき、他の薄い部分２５２ｂ〜２５
２ｎは、リードフレーム２５０をモールド体の中により頑強に固定する傾向がある。

【0060】

厚みｔ１は、導体部分２５４を通過する最大電流を含むがこれに限定されない様々な要
素に従って選択される。
同じ利点を実現するために、上記の薄い部分は、図３の実施形態以外の実施形態におい
て、前掲のリードフレーム以外のものにも適用され得ることが理解されよう。

【0061】

次に、図９Ａを参照すると、図９の導体部分２５４を置き換えるのに適した代替導体部
分２７０は、図９の線９Ａ−９Ａに沿った横断面から見られるＴ字形断面を有している。
このＴ字形状は、面２７０ａ、第１の厚みｔ３及び第２の厚みｔ４を有する。厚みｔ３は
、図９の厚みｔ１と同一又は同等とすることができ、厚みｔ４は、図９の厚みｔ２と同一
又は同等とすることができる。特定の一実施形態では、厚みｔ３は、厚みｔ４の約半分に
することができる。

【0062】

図９に関連して、上述と実質的に同じ理由で、導体部分２７０を通過する電流に応答し
て発生する磁界は、導体部分２７０が均一な厚みｔ４を有する場合よりも面２７０ａの近
傍でより大きくなる。

【0063】

導体部分２５４（図９）及び導体部分２７０は、それぞれ矩形断面及びＴ字形断面を有
するように述べたが、上記利点を実現するために他の断面形状が提供され得ることを理解
されたい。

【0064】

本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、それらの概念を組み入れた他の実
施形態が使用され得ることが、今では当業者には明らかになるであろう。したがって、こ
れらの実施形態は、開示された実施形態に限定されるべきでなく、添付の特許請求の趣旨
及び範囲によってのみ限定されるべきであると思われる。本明細書に引用した全ての文献
は、それらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。

【図面の簡単な説明】

【0065】

【図1】本発明による電流センサの等角図である。

【図2】図１の電流センサのホール効果素子を横切る位置と磁界の関係を示すグラフである。

【図3】本発明による電流センサの他の実施形態の等角図である。

【図4】図３の電流センサの一部を形成する回路の概略図である。

【図5】本発明による電流センサの他の実施形態の等角図である。

【図6】本発明による電流センサの他の実施形態の等角図である。

【図6A】本発明による電流センサの他の実施形態の等角図である。

【図7】本発明による電流センサの他の実施形態の等角図である。

【図8】図７の電流センサのもう１つの等角図である。

【図9】本発明の別の態様によるより薄い導体部分を有する他のリードフレームの等角図である。

【図9A】図９の導体部分の代替実施形態の断面図である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図6A】

【図7】

【図8】

【図9】

【図9A】