特許 6709918 ロゴスキ型電流センサ

(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】6709918

(24)【登録日】2020年5月28日

(45)【発行日】2020年6月17日

(54)【発明の名称】ロゴスキ型電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/18 20060101AFI20200608BHJP

【ＦＩ】

   G01R15/18 A

【請求項の数】19

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2017-529943(P2017-529943)

(86)(22)【出願日】2016年7月22日

(86)【国際出願番号】JP2016071542

(87)【国際公開番号】WO2017014297

(87)【国際公開日】20170126

【審査請求日】2019年4月8日

(31)【優先権主張番号】特願2015-145674(P2015-145674)

(32)【優先日】2015年7月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(72)【発明者】

【氏名】大村 一郎

(72)【発明者】

【氏名】附田 正則

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１３０５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０３７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２４０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５０２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００４８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６７７４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ １５／００−１７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコイルを、１つの閉じた線に沿って連続的に接続するとともに前記複数のコイルの最後のコイルの巻き終わりから最初のコイルの巻き始め側までの前記閉じた線に並行した復線路を有し、前記最初のコイルの巻き始め側端子と前記復線路の端子との間に誘起される電圧を前記閉じた線の内部に挿通される被測定回路の電流の関数として検出するロゴスキ型電流センサにおいて、
前記複数のコイルを構成する各コイルが、前記閉じた線に直交する平面上に形成され、隣り合うコイルのうち、あるコイルの巻き終わりと次のコイルの巻き始め間が、前記閉じた線に並行する往線路により接続され、前記往線路全体と前記復線路とが、近接して配置されていることを特徴とするロゴスキ型電流センサ。

【請求項2】

複数のコイルを、１つの閉じた線に沿って連続的に接続するとともに前記複数のコイルの最後のコイルの巻き終わりから最初のコイルの巻き始め側までの前記閉じた線に並行した復線路を有し、前記最初のコイルの巻き始め側端子と前記復線路の端子との間に誘起される電圧を前記閉じた線の内部に挿通される被測定回路の電流の関数として検出するロゴスキ型電流センサにおいて、
前記複数のコイルを構成する各コイルは、前記閉じた線に直交する平面に投影したときに矩形となる形状で形成され、当該各コイルのうち前記復線路から離隔した３辺は前記閉じた線に直交する平面上に形成され、残りの１辺は次のコイルと接続するように斜めに形成された往線路であり、前記コイル全体において前記斜めの辺が形成する面は前記閉じた線が作る面と平行でかつ前記復線路と近接して配置されていることを特徴とするロゴスキ型電流センサ。

【請求項3】

前記各コイルは、中央に被測定回路を挿通する穴を有し、少なくとも３層の導電パターン層を有する環状基板の異なる２層に形成された第１コイルパターン及び第２コイルパターンと、これらの第１コイルパターンと第２コイルパターン間を接続するスルーホールとによって形成され、
前記往線路は、前記３層のうちいずれかの層に形成され、
前記復線路は、前記往線路に近接した、当該往線路とは異なる層に形成された請求項１記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項4】

前記往線路は、前記第１コイルパターンと同じ層に形成され、
前記復線路は、前記往線路と近接した、前記第１コイルパターンおよび第２コイルパターンとは異なる層に形成された請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項5】

前記復線路は、前記第１コイルパターンおよび前記第２コイルパターンの間にある層に形成された請求項４記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項6】

前記最後のコイルの前記第１コイルパターンのうち、前記復線路と接続された第１コイルパターンは、前記第２コイルパターンと接続された前記スルーホールから、前記復線路と同じ層に配線された請求項３から５のいずれかの項に記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項7】

前記ロゴスキ型電流センサにおいて、前記閉じた線の長さ（Ｌ）、前記往線路と前記復線路の距離（ｄ）、各コイルの面積の総和（Ａ）が、ｄ＜０．１・Ａ／Ｌの関係となっている請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項8】

前記コイルと前記復線路とのいずれか一方が接続された第１の電極パッドが中心にありその両側に他方が接続された第２の電極パッドがある請求項３に記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項9】

前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとに、コネクタが接続された請求項８記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項10】

前記環状基板の、前記コイル、往線路、または復線路が形成されていない部分に、前記被測定回路を前記環状基板の穴に挿通するための切り込みを設けた請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項11】

前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みに向かってまで配線され、前記コイル群に接続された前記復線路が第２の電極パッドまで配線された請求項１０記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項12】

前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群は、第１のコイル群と第２のコイル群とに分割され、
前記第１のコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みに向かってまで配線され、前記第１のコイル群に接続された前記復線路が前記切り込みに向かって配線され、前記復線路に接続された前記第２のコイル群が第２の電極パッドまで配線された請求項１０記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項13】

前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群は、第１のコイル群と第２のコイル群に分割され、
前記復線路は、第１の線路と第２の線路に分割され、
前記第１のコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みに向かって配線され、前記第１のコイル群に接続された前記第１の線路が前記第１の電極パッドの位置まで配線され、前記第１の線路に接続された前記第２のコイル群が前記切り込みに向かって配線され、前記第２のコイル群に接続された前記第２の線路が第２の電極パッドまで配線された請求項１０記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項14】

前記複数のコイルのコイル間隔が等間隔である請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項15】

アンプ回路が前記環状基板に搭載されている請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項16】

前記環状基板はノイズシールドで覆われている請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項17】

前記ノイズシールドは、前記各コイルが形成された内層より外側のそれぞれの外層に形成された第１の導電パターンおよび第２の導電パターンを備えた請求項１６に記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項18】

前記ノイズシールドは、更に、前記第１の導電パターンおよび前記第２の導電パターンが形成された層間を貫通し、前記コイルの内周側と外周側との両方に、円周方向に沿って形成された第１のスルーホールおよび第２のスルーホールを備え、
前記第１の導電パターンと、前記第１のスルーホールと、前記第２の導電パターンと、前記第２のスルーホールとによるループの形成を回避するために、前記ループに非接続部が形成された請求項１７に記載のロゴスキ型電流センサ。

【請求項19】

前記環状基板をパワー半導体チップまたはパワー半導体モジュールに搭載する場合に、前記環状基板が、前記パワー半導体チップまたはパワー半導体モジュールと接続する電極、導電部およびボンディングワイヤを取り囲むように構成されている請求項３記載のロゴスキ型電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力用半導体デバイス、特にＩＧＢＴとよばれる、１ｋＷ以上の電気機器および電子機器の電源やインバータ等に広く使われているデバイスを用いたパワーモジュールおよび圧接パッケージ内の電流分布を測定するロゴスキ型電流センサに関し、特に外部磁界の影響を受けにくく、また量産性に富む超小型ロゴスキ型電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＧＢＴの市場は、産業機器向け、車載機器向け、民生機器向けの３分野に大きく分けられる。産業機器向けで大きいのは、電車や産業ロボット、工作機械のモータ制御インバータ用途である。車載機器向けでも、ハイブリッド自動車の駆動用モータとカー・エアコン制御用のインバータ用途が多い。民生機器ではカメラのストロボ向けとエアコンのインバータ用途が主流である。特にハイブリッド自動車や電気自動車におけるＩＧＢＴ需要により市場は拡大している。

【0003】

電流の大きさを検出するセンサとして、従来より、リング状鉄心にコイルを巻いて鉄心の中心を貫通する電流を検出するＣＴ（電流変成器）が用いられているが、鉄心を用いているために小型化できないこと、また磁気飽和により大電流の測定には誤差が大きくなるなどの欠点がある。これに対して、ロゴスキーコイルを用いた電流センサでは、空芯であるため磁気飽和がなく、また小型化ができるという利点がある。ＩＧＢＴ等の、高集積化、大電流化が進んでいるパワーデバイスにおいては、ロゴスキ型電流センサは好適と考えられている。
ロゴスキーコイルは、複数のコイルを、１つの閉じた線に沿って連続的に接続するとともに、前記閉じた線に沿った１ターン分の巻線を相殺するため、前記閉じた線に並行した復線路を有し、複数のコイルのうちの最初のコイルの巻き始め側端子と、前記復線路の端子とを出力端子とするものである。このロゴスキーコイルを電流センサとして用いることが、特許文献１〜４に記載されている。

【0004】

特許文献５には、導電体または導電ワイヤが非磁性コアの周囲に巻かれて構成され、その内部に被測定導体が配置され、導電ワイヤは非磁性コアの断面の中心を通過するラインに対して直角方向に沿って巻き込まれたロゴスキ型コイルが記載されている。

【0005】

特許文献６には、送変電機器の主回路交流電流を検出し、その交流電流量をアナログ電圧信号として出力するロゴスキ型コイルと、前記アナログ電圧信号をデジタル電気信号に変換するアナログ／デジタル変換器、そのデジタル電気信号をデジタル光信号に変換する電気／光変換器とを有するセンサユニットと、前記デジタル光信号を上位システムに伝送する光伝送手段とを有し、前記ロゴスキ型コイルは、中央に導体が貫通する開口部を有する４層のプリント基板であって、その両外側の基板面と内層の２層とに前記開口部の中心を略中心としてそれぞれ放射状に延びる複数本の金属箔が形成され、一方の基板面の金属箔と前記内層の２層のうち隣接する内層の金属箔との間、及び、他方の基板面の金属箔と前記内層の２層のうち隣接する内層の金属箔との間を、それぞれプリント基板を厚さ方向に貫通するメッキを施した穴により電気的に接続することにより互いに鏡像関係にある２つの巻線を形成し、前記２つの互いに鏡像関係にある巻線を直列に接続した変流器が記載されている。

【0006】

特許文献７には、第１のコイルと、前記第１のコイルと直列に接続された第２のコイルと、を備え、前記第１及び第２のコイルの間または、前記第１及び第２のコイルのいずれかの近傍に配置された被測定体を流れる電流を検出可能とした電流検出装置であって、前記第１及び第２のコイルのそれぞれは、基板の表面に設けられた第１の導体パターンと、前記基板の裏面に設けられた第２の導体パターンと、前記第１の導体パターンと前記第２の導体パターンとを接続する接続部と、からなる電流検出装置が記載されている。

【0007】

特許文献８には、多層印刷回路基板の上部層に第一の導電トレースを、底部層に第二のトレースを設け、基板に対して横方向に広がるコイル形状に形成したセンサが記載されている。

【0008】

特許文献９には、複数のプリント回路基板にそれぞれ渦巻状のコイルを形成し、各プリント基板のコイルをスルーホールにより接続した多層化コイルが記載されている。

【0009】

非特許文献１には、プリント基板を用いない配線によるロゴスキーコイルの例が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平１１−２８５１１２号公報

【特許文献2】特許第２９３２３３２号公報

【特許文献3】特許第４１２９９３２号公報

【特許文献4】特開２００７−２９２５２６号公報

【特許文献5】米国特許第６３１３６２３号明細書

【特許文献6】特開２００３−１３０８９４号公報

【特許文献7】特開２００３−３１５３７３号公報

【特許文献8】米国特許第６３８０７２７号明細書

【特許文献9】米国特許第６６８０６０８号明細書

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】C. Hewson, WR Ray, "The effect of electrostatic screening of Rogowski coils designed for wide-bandwidth current measurement in power electronic applications," 2004 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

前掲の特許文献１〜５に記載された電流センサは、ｎターンの円形のコイルを環状に曲げて形成したロゴスキーコイルが用いられている。
ロゴスキーコイルの利点は、コイルの中心部を通る電流は検出し、コイルの外部の電流は検出しないため、ノイズに強いことである。しかし、これは複数の円形のコイルを均等間隔で巻いた場合であり、現実にはコイルの間隔にバラつきがあると、外部ノイズを拾ってしまい、ノイズの影響が無視できなくなる。

【0013】

前掲の特許文献６〜９に記載された電流センサは、コイルを複数のプリント基板で形成したロゴスキーコイルが用いられており、プリント基板に均等にコイルを形成することにより、そのようなノイズの発生を低減できる利点がある。また、円形コイルに比べて、コイルを小型化できる利点もある。

【0014】

ここで、ロゴスキーコイルとして、円形コイルを用いた場合と、プリント配線により矩形コイルを形成した場合の外部磁界による誤差について説明する。

【0015】

図２１Ａ〜図２１Ｃは円形コイルを示すものであり、図２１Ａは斜視図、図２１Ｂは上方から見た図、図２１Ｃは側方から見た図である。図中２１は円形コイルの往線路、２２は復線路であり、実際は往線路２１、復線路２２とも、環状であるが、説明の簡略化のために直線状に記載している。図２１Ｂおよび図２１Ｃに示されているように、電流経路に近い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ１と、電流経路から遠い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ２とにより、次の関係が導かれる。
電流経路に近い側の面積Ｓ１のエリアで誘起される電圧は以下の関係式で導かれる。

ここで、Ｖ₁は誘起される電圧、Ｂ₁は磁束密度、Ｓ１は往復線路が形成する面積である。
電流経路から遠い側の面積Ｓ２のエリアで誘起される電圧は以下の関係式で導かれる。

ここで、Ｖ₂は誘起される電圧、Ｂ₂は磁束密度、Ｓ２は往復線路が形成する面積である。
図２１Ａ〜図２１Ｃのコイルの場合は上から見ても横から見てもＳ１＝Ｓ２であるので、電流経路が遠方の場合はＢ１＝Ｂ２と仮定すればＶ＝Ｖ₁＋Ｖ₂＝０になり、誘起される電圧がない理想的な状態になる。
電流経路が近い場合はＳ１＝Ｓ２であるが、Ｂ₁≠Ｂ₂であるので電圧が誘起されノイズとして影響する。

【0016】

図２２Ａ〜図２２Ｃは、プリント配線基板で矩形のロゴスキーコイルを形成した例を示すものであり、図２２Ａは斜視図、図２２Ｂは上方から見た図、図２２Ｃは側方から見た図である。この例では、矩形の３辺は傾斜した同一平面上に形成されているが、残りの１辺は、次のコイルと接続するために逆の傾斜で形成されている。図中３１は円形コイルの往線路、３１'はコイル間をつなぐ往線路、３２は復線路である。図２２Ａから図２２Ｃに示されているように、電流経路に近い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ１と、電流経路から遠い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ２とにより、次の関係が導かれる。
すなわち、図２１Ａ〜図２１Ｃのところで述べた関係式で説明する。
図２２Ｂに示すように、上から見た場合はＳ１＝Ｓ２であるので、電流経路が遠方の場合はＢ₁＝Ｂ₂と仮定してＶ＝Ｖ₁＋Ｖ₂＝０、つまり誘起される電圧がない理想的な状態になる。電流経路が近い場合はＢ₁≠Ｂ₂であるので電圧が誘起されノイズとして影響する。
図２２Ｃに示すように、横から見た場合は、Ｓ１≠Ｓ２であるので電流経路に関わらず電圧が誘起されノイズとして影響する。
なお、ロゴスキーコイルを、配線とスルーホール（ビア）とにより、一般的なプリント配線基板にて構成すると、製造上の制約により復線路は、プリント配線基板の表面層あるいは裏面層に配線する必要があるため、Ｓ１≠Ｓ２となる。

【0017】

パワー半導体デバイスにおいては、半導体素子電極とパッケージ電極との間を複数本のボンディングワイヤで接続し、半導体素子電極とパッケージ電極との間での熱膨張係数の違いや車載搭載時の振動や衝撃を吸収しつつ、大電流伝送を可能とする構造を形成している。
大電流を流すために、パワー半導体デバイスは数チップ並列に接続されているため、デバイスの不適切な設計や動作中の経時変化により電流分布がチップ毎に異なる可能性がある。

【0018】

本発明は、かかるパワー半導体デバイスにおいて、チップ間およびチップ内の電流バラツキを測定し、不良発見や故障を未然に防ぐことが可能な電流センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

前記の課題を解決するため、本発明の第１の構成のロゴスキ型電流センサは、複数のコイルを、１つの閉じた線に沿って連続的に接続するとともに前記複数のコイルの最後のコイルの巻き終わりから最初のコイルの巻き始め側までの前記閉じた線に並行した復線路を有し、前記最初のコイルの巻き始め側端子と前記復線路の端子との間に誘起される電圧を前記閉じた線の内部に挿通される被測定回路の電流の関数として検出するロゴスキ型電流センサにおいて、
前記複数のコイルを構成する各コイルが、前記閉じた線に直交する平面上に形成され、隣り合うコイルのうち、あるコイルの巻き終わりと次のコイルの巻き始めとの間に、コイル同士を接続する往線路が前記閉じた線に並行するように設けられ、前記復線路が、前記往線路と反対側に位置するコイル部分側より、前記往線路に近接して配置されていることを特徴とする。

【0020】

本発明の第２の構成は、複数のコイルを、１つの閉じた線に沿って連続的に接続するとともに前記複数のコイルの最後のコイルの巻き終わりから最初のコイルの巻き始め側までの前記閉じた線に並行した復線路を有し、前記最初のコイルの巻き始め側端子と前記復線路の端子との間に誘起される電圧を前記閉じた線の内部に挿通される被測定回路の電流の関数として検出するロゴスキ型電流センサにおいて、
前記複数のコイルを構成する各コイルは、前記閉じた線に直交する平面に投影したときに矩形となる形状で形成され、当該各コイルのうち前記復線路から離隔した３辺は前記閉じた線に直交する平面上に形成され、残りの１辺は次のコイルと接続するように斜めに形成された往線路であり、前記コイル全体において前記往線路が形成する面は前記閉じた線が作る面と平行で、かつ前記復線路が、前記往線路と反対側に位置するコイル部分側より、前記往線路側に近接して配置されていることを特徴とする。

【0021】

本発明の第３の構成は、第１の構成において、前記各コイルが、中央に被測定回路を挿通する穴を有し、少なくとも３層の導電パターン層を有する環状基板の異なる２層に形成された第１コイルパターン及び第２コイルパターンと、これらの第１コイルパターンと第２コイルパターン間を接続するスルーホールとによって形成され、前記往線路は、前記３層のうちいずれかの層に形成され、前記復線路は、前記往線路に近接した、当該往線路とは異なる層に形成されていることを特徴とする。

【0022】

本発明の第４の構成は、第３の構成において、前記往線路は、前記第１コイルパターンと同じ層に形成され、前記復線路は、前記往線路と近接した、前記第１コイルパターンおよび第２コイルパターンとは異なる層に形成されていることを特徴とする。

【0023】

本発明の第５の構成は、第４の構成において、前記復線路は、前記第１コイルパターンおよび前記第２コイルパターンの間にある層に形成されていることを特徴とする。

【0024】

本発明の第６の構成は、第３から５のいずれかの構成において、前記最後のコイルの前記第１コイルパターンのうち、前記復線路と接続された第１コイルパターンは、前記第２コイルパターンと接続された前記スルーホールから、前記復線路と同じ層に配線されたことを特徴とする。

【0025】

本発明の第７の構成は、第３の構成において、前記ロゴスキ型電流センサにおいて、前記閉じた線の長さ（Ｌ）、前記往線路と前記復線路の距離（ｄ）、各コイルの面積の総和（Ａ）が、ｄ＜０．１・Ａ／Ｌの関係となっていることを特徴とする。

【0026】

本発明の第８の構成は、第３の構成において、前記コイルと前記復線路とのいずれか一方が接続された第１の電極パッドが中心にありその両側に他方が接続された第２の電極パッドがあることを特徴とする。

【0027】

本発明の第９の構成は、第８の構成において、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとに、コネクタが接続されたことを特徴とする。

【0028】

本発明の第１０の構成は、第３の構成において、前記環状基板の、前記コイル、往線路、または復線路が形成されていない部分に、前記被測定回路を前記環状基板の穴に挿通するための切り込みを設けたことを特徴とする。

【0029】

本発明の第１１の構成は、第１０の構成において、前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みの近傍まで配線され、前記コイル群に接続された前記復線路が第２の電極パッドまで配線されたことを特徴とする。

【0030】

本発明の第１２の構成は、第１０の構成において、前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群は、第１のコイル群と第２のコイル群とに分割され、前記第１のコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みに向かってまで配線され、前記第１のコイル群に接続された前記復線路が前記切り込みに向かって配線され、前記復線路に接続された前記第２のコイル群が第２の電極パッドまで配線されたことを特徴とする。

【0031】

本発明の第１３の構成は、第１０の構成において、前記第１コイルパターン、第２コイルパターン、スルーホールおよび往線路が並ぶコイル群が、第１のコイル群と第２のコイル群に分割され、前記復線路は、第１の線路と第２の線路に分割され、前記第１のコイル群が第１の電極パッドから前記切り込みまで配線され、前記第１のコイル群に接続された前記第１の線路が前記第１の電極パッドの位置まで配線され、前記第１の線路に接続された前記第２のコイル群が前記切り込みまで配線され、前記第２のコイル群に接続された前記第２の線路が第２の電極パッドまで配線されたことを特徴とする。

【0032】

本発明の第１４の構成は、第３の構成において、前記複数のコイルのコイル間隔が等間隔であることを特徴とする。

【0033】

本発明の第１５の構成は、第３の構成において、アンプ回路が前記環状基板に搭載されていることを特徴とする。

【0034】

本発明の第１６の構成は、第３の構成において、前記環状基板がノイズシールドで覆われていることを特徴とする。

【0035】

本発明の第１７の構成は、第１６の構成において、前記ノイズシールドが、前記各コイルが形成された内層より外側のそれぞれの外層に形成された第１の導電パターンおよび第２の導電パターンを備えたことを特徴とする。

【0036】

本発明の第１８の構成は、第１７の構成において、前記ノイズシールドが、更に、前記第１の導電パターンおよび前記第２の導電パターンが形成された層間を貫通し、前記コイルの内周側と外周側との両方に、円周方向に沿って形成された第１のスルーホールおよび第２のスルーホールとを備え、前記第１の導電パターンと、前記第１のスルーホールと、前記第２の導電パターンと、前記第２のスルーホールとによるループの形成を回避するために、前記ループに非接続部が形成されたことを特徴とする。

【0037】

本発明の第１９の構成は、第３の構成において、前記環状基板をパワー半導体チップまたはパワー半導体モジュールに搭載する場合に、前記環状基板が、前記パワー半導体チップまたはパワー半導体モジュールと接続する電極、導電部およびボンディングワイヤを取り囲むように構成されていることを特徴とする。

【0038】

本発明の第２０の構成は、第１９の構成において、パワー半導体のボンディングワイヤ１本ずつに取り囲むように構成されていることを特徴とする。

【0039】

本発明においては、プリント基板を用い、電流測定範囲内の信号が均一であり電流測定範囲外の信号は発生しないような理想的なセンサを用いパワー半導体デバイス内の電流経路に挿入する。この電流信号により、デバイス内の電流分布測定を可能にする。センサ基板には、特殊なコイルパターンと特殊なコイル間の配線パターンを用い、さらに必要であればアンプを同一基板内に搭載する。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、パワー半導体デバイスの改善が可能となり、出荷時の電流分布の均一化が可能になり初期不良が減る。また本センサをパワー半導体デバイス内に搭載した場合は、経時変化を測定することにより故障を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサを示す斜視図である。

【図1B】図１Ａに示すロゴスキ型電流センサの断面図である。

【図1C】図１Ａに示すロゴスキ型電流センサの平面図である。

【図2A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの第１層のパターンを示す図である。

【図2B】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの第２層のパターンを示す図である。

【図2C】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの第３層のパターンを示す図である。

【図2D】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの第４層のパターンを示す図である。

【図3A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの信号取り出し部と「戻り」パターンの構成を示す図であり、１層目を示す図である。

【図3B】図３Ａに示すロゴスキ型電流センサの信号取り出し部と「戻り」パターンの構成を示す図であり、２層目を示す図である。

【図3C】図３Ａに示すロゴスキ型電流センサの信号取り出し部と「戻り」パターンの構成を示す図であり、４層目を示す図である。

【図4A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサのハンダ付けパッドを示す図であり、１層目を示す図である。

【図4B】図４Ａに示すロゴスキ型電流センサのハンダ付けパッドの２層目を示す図である。

【図4C】図４Ａに示すロゴスキ型電流センサのハンダ付けパッドの３層目を示す図である。

【図4D】図４Ａに示すロゴスキ型電流センサのハンダ付けパッドの４層目を示す図である。

【図5A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの誤差検出の評価を説明するための斜視図である。

【図5B】図５Ａに示すロゴスキ型電流センサを上方から見た図である。

【図5C】図５Ａに示すロゴスキ型電流センサを側方から見た図である。

【図6A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサのプリント配線基板に近接して配置した電線に、測定電流を流している状態を示す平面図である。

【図6B】図６Ａに示すロゴスキ型電流センサと電線との側面図である。

【図6C】図６Ａに示すロゴスキ型電流センサのコイルごとのノイズ信号を示すグラフである。

【図6D】図６Ｃに示すグラフにおける０Ａ付近の拡大図である。

【図7A】本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサの他の例を示す平面図である。

【図7B】図７Ａに示すロゴスキ型電流センサの拡大図である。

【図8A】本発明の他の実施の形態に係る矩形のロゴスキーコイルにおける誤差検出の評価を説明するための斜視図である。

【図8B】図８Ａに示すロゴスキーコイルを上方から見た図である。

【図8C】図８Ａに示すロゴスキーコイルを側方から見た図である。

【図9A】本発明の電流センサを用いて電流通過位置ごとの電流信号強度を測定したときの波形と信号強度の定義を示す図である。

【図9B】電流通過位置ごとの電流信号強度を示す図である。

【図10】本発明の第１変形例を示す平面図である。

【図11A】図２Ａ〜図２Ｄに示すハンダ付けパッドに同軸ケーブルを直接接続した状態を説明するための平面図である。

【図11B】図１０に示すハンダ付けパッドに同軸ケーブルを直接接続した状態を説明するための平面図である。

【図12A】コネクタを接続するためのハンダ付けパッドを示す図である。

【図12B】図１２Ａに示すハンダ付けパッドに接続されるコネクタの斜視図である。

【図12C】図１１Ａに示すハンダ付けパッドに同軸ケーブルを直接接続した場合と、図１２Ｂに示すコネクタを図１２Ａに示すハンダ付けパッドに接続した場合とで、ノイズ電圧を比較したグラフである。

【図13】本発明の第２変形例を示す平面図である。

【図14A】切り込み位置について説明するための図であり、図１３に示すプリント配線基板の状態の図である。

【図14B】切り込み位置について説明するための図であり、第１のコイル群と第２のコイル群との他端部同士を復線路が接続した状態の図である。

【図14C】切り込み位置について説明するための図であり、第１のコイル群の次に第１の線路が配線され、第２のコイル群の次に第２の線路が配線された状態の図である。

【図15】測定誤差を評価したプリント配線基板の形状を示す図である。

【図16A】図１４Ａに示すプリント配線基板の信号強度の誤差（測定誤差）を説明するための図である。

【図16B】図１４Ｂに示すプリント配線基板の信号強度の誤差（測定誤差）を説明するための図である。

【図16C】図１４Ｃに示すプリント配線基板の信号強度の誤差（測定誤差）を説明するための図である。

【図17A】ノイズシールドを説明するためのプリント配線基板の断面図である。

【図17B】図１６Ａに示すノイズシールドの変形例を説明するためのプリント配線基板の断面図である。

【図18A】第１の導電パターンと第１のスルーホールとが非接続状態であることを示すプリント配線基板の断面図である。

【図18B】第１の導電パターンと第２のスルーホールとが非接続状態であることを示すプリント配線基板の断面図である。

【図18C】第２の導電パターンと第１のスルーホールとが非接続状態であることを示すプリント配線基板の断面図である。

【図18D】第２の導電パターンと第２のスルーホールとが非接続状態であることを示すプリント配線基板の断面図である。

【図19A】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第１層を示す図である。

【図19B】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第２層を示す図である。

【図19C】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第３層を示す図である。

【図19D】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第４層を示す図である。

【図19E】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第５層を示す図である。

【図19F】ノイズシールドを有するプリント配線基板の第６層を示す図である。

【図20】ノイズシールドの効果を説明するためのグラフである。

【図21A】円形コイルの誤差検出の評価を説明するための斜視図である。

【図21B】図２１Ａに示す円形コイルを上方から見た図である。

【図21C】図２１Ａに示す円形コイルを側方から見た図である。

【図22A】プリント配線基板で矩形のロゴスキーコイルを形成した例における誤差検出の評価を説明するための斜視図である。

【図22B】図２２Ａに示す矩形のロゴスキーコイルを上方から見た図である。

【図22C】図２２Ａに示す矩形のロゴスキーコイルを側方から見た図である。

【符号の説明】

【0042】

１ コイル
１Ａ 第１コイルパターン
１Ｂ 第２コイルパターン
１Ｃ，１Ｄ ビア（スルーホール）
１Ｅ ビア（ランド，スルーホール）
１Ｆ 取り出しパターン
２ 往線路
２０ コイル群
２０ａ 一端部
２０ｂ 他端部
２０１ 第１のコイル群
２０１ａ 一端部
２０１ｂ 他端部
２０２ 第２のコイル群
２０２ａ 一端部
２０２ｂ 他端部
３ 復線路
３０１ 第１の線路
３０２ 第２の線路
４，５，６，７ ハンダ付けパッド
８ 切り込み
９ａ〜９ｄ 電極パッド
１０，１０ｘ，１０ｙ，１０ｓ，１０ｔ プリント配線基板
１０ａ 穴
１１，１１ｓ 第１層
１２，１２ｓ 第２層
１３，１３ｓ 第３層
１４，１４ｓ 第４層
１５ｓ 第５層
１６ｓ 第６層
Ｃ０ 同軸ケーブル
Ｃ１ 芯線
Ｃ２ 網状線
４０ コネクタ
４０１ 中心端子
４０２ 外側端子
４０３ 接続端子
４０３ａ〜４０３ｄ 第１〜第４接続端子
４１ コイル
４１’ 往線路
４２ 復線路
５１，５２ 導電パターン
５３，５４ スルーホール
Ｌ 線
Ｓ０ 平面
Ｓ１，Ｓ２ 面積
Ｗ１ 電線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ ループ
Ｇ１ 隙間

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、本発明を、図面に示す実施の形態に基づいて具体的に説明する。
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の実施の形態に係るロゴスキ型電流センサを示すものであり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは断面図、図１Ｃは平面図である。

【0044】

これらの図に示されるように、全体が１つの閉じた線Ｌに沿って連続的に接続される複数のコイル１（一部のみ直線状に示す）は、矩形状であり、それぞれが閉じた線Ｌに垂直な一つの平面Ｓ０上に形成され、各コイル１間は、線Ｌに並行する往線路２によって接続される。複数のコイル１の個数をｎターンとすると、１ターン目のコイル１から始まってｎターン目のコイル１の巻き終わりから、線Ｌに沿って１ターン目のコイル１の巻き始めまで１ターン分の復線路３が設けられることがロゴスキーコイルの特徴である。

【0045】

このロゴスキーコイルをプリント配線基板により形成する場合、図１Ｂに示すように、４層積層プリント配線基板１０（以下、単にプリント配線基板１０と称する場合がある。）を用い、第１層１１にコイル１の第１コイルパターン１Ａと往線路２を形成し、第２層１２に復線路３を形成し、第３層１３はダミーとし、第４層１４にコイル１の第２コイルパターン１Ｂを形成する。そして、第１コイルパターン１Ａの端部と第２コイルパターン１Ｂの端部とは、ビア（スルーホール）１Ｃ，１Ｄにより接続する。

【0046】

本実施例での閉じた線Ｌの長さはおおむね５０ｍｍであり、ターン数は９６、１ターンの面積が約０．６ｍｍ²である。往線路と復線路で囲まれる面積は、往線路と復線路の距離をｄとすると、ｄ・Ｌで表される。一方各コイルの面積の総和Ａは５７．６ｍｍ²である。往線路と復線路で囲まれる部分では磁束による起電力の発生を抑える必要があり、十分な測定精度を得るには、各コイルの面積の総和Ａに対してｄ・Ｌの値を１０％以下、すなわち、ｄ＜０．１・Ａ／Ｌの関係とすることが望ましい。

【0047】

プリント配線基板１０の全体の厚みｔは例えば０．６ｍｍとし、第１層１１と第２層１２との距離ｄは例えば５０〜６０μｍとする。これによりｄ・Ｌの値は各コイルの面積の総和Ａに対して１０％以下を実現する。

【0048】

図２Ａ〜図２Ｄは４層積層プリント配線基板１０の第１層１１〜第４層１４の形成例を示したものである。第１層１１は、図２Ａに示すように第１コイルパターン１Ａと往線路２が形成され、全体は環状となっている。また、最初のパターンにはハンダ付けパッド４が形成されている。
第２層１２は、図２Ｂに示すように復線路３が形成され、端部にはハンダ付けパッド５が形成されている。復線路３と図２Ａの往線路２とは、同じ径の円周上に形成されている。本実施の形態では、最後のコイルの第１コイルパターン１Ａのうち、閉じた線と並行となる復線路３に接続された第１コイルパターン１Ａは、第２コイルパターン１Ｂと接続されたスルーホール１Ｄから、復線路３と同じ第２層１２に配線されている。
第３層１３には、図２Ｃに示すようにパターンは形成されていない。
第４層１４には、図２Ｄに示すように第２コイルパターン１Ｂが形成されている。

【0049】

上述したように、図２Ａに示した第１コイルパターン１Ａの端部と図２Ｄに示した第２コイルパターン１Ｂの端部とは、図１Ｂに示したようにビア（スルーホール）１Ｃ，１Ｄにより接続される。また、ハンダ付けパッド４，５と第１コイルパターン１Ａの端部、復線路３の端部、第２コイルパターン１Ｂの端部間も、ビアで接続される。

【0050】

図３Ａ〜図３Ｃは、信号取り出し部と復線路パターンの構成を示す拡大図である。図３Ａは第１層１１、図３Ｂは第２層１２、図３Ｃは第４層１４のパターンを示している。図中１Ｅは、ビア（スルーホール）により接続されるランドを示している。コイルにより発生した信号を、外部磁束（ロゴスキーコイルの内部を通らない、計測目的外の電流等による磁束）の影響なく取り出すために、往線路と復線路に接続された取出し配線は１層目（図３Ａ参照）、２層目（図３Ｂ参照）を利用し上下に近接するように構成されている。また、各コイルの第１コイルパターン１Ａとその前後の往線路２との接続部分は、概ね４５度の角度を有するパターンで短絡することなく接続されている。概ね４５度の角度を有することで、接続部分が作る面積（四角形部分）を最小にすることができ、センサ外の電流による磁束の影響を最小限に抑えることができる。

【0051】

一連のコイルの最終コイル（巻終わり）では、図２Ｄあるいは図３Ｃ（裏面、４層目）の第２コイルパターン１Ｂからビア１Ｅ（スルーホール）を通って図２Ｂあるいは図３Ｂに示す復線路３と同じ２層目の第１コイルパターン１Ａに接続され、そのまま直角に曲がり、閉じた線Ｌ（図１Ａ参照）と並行となるような復線路３のパターンとなる。
こうすることで、２つの異なる層にある往線路２と復線路３を、専用のビアにより接続する必要はない。最終コイルの面積が、他のコイルの面積より若干小さくなるが、ｄ（図１Ｂ参照）を十分小さくとっていれば、影響は十分小さい。もしこの方法を採用しない場合は、専用のビアを形成するためのスペースが必要になり、巻き始めと巻終わりのコイル同士の間隔を開く必要がある。この結果コイル間隔に不揃いが生じるか、コイルの間隔を全体にわたって広げる必要があり、検出の精度の低下や、ターン数減少による検出出力が低下するといった問題が発生する。

【0052】

図４Ａ〜図４Ｄはハンダ付けパッドの拡大図である。第１層１１〜第４層１４に形成される各パッドは、ビア（スルーホール）によって導通される。本形状により、２層目の信号取出し配線は、１層目のパッドと同電位のパターンおよびビアに囲まれた部分を引き回すため、センサ外の電流などによる磁束の影響を最小限に抑えることができる。

【0053】

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施の形態における誤差検出の評価を説明するための図であり、図５Ａは斜視図、図５Ｂは上方から見た図、図５Ｃは側方から見た図である。図中２は円形コイルの往線路、３は復線路であり、実際は往線路２、復線路３とも、環状であるが、説明の簡略化のために直線状に記載している。
本実施の形態において、電流経路に近い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ１（図示せず）と、電流経路から遠い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ２（図示せず）とにより、次の関係が導かれる。
電流経路に近い側の面積Ｓ１のエリアで誘起される電圧は以下の関係式（再掲）で導かれる。

ここで、Ｖ₁は誘起される電圧、Ｂ₁は磁束密度である。
電流経路から遠い側の面積Ｓ２のエリアで誘起される電圧は以下の関係式で導かれる。

ここで、Ｖ₂は誘起される電圧、Ｂ₂は磁束密度である。
図５Ａ〜図５Ｃに示されているように、往線路２と復線路３とは、上方から見た場合経路が一致しており、高さがｄ異なるのみである。したがって、上から見た場合はＳ１＝Ｓ２であるので、電流経路が遠方の場合はＢ₁＝Ｂ₂と仮定してＶ＝Ｖ₁＋Ｖ₂＝０、つまり誘起される電圧がない理想的な状態になる。
横から見た場合は、Ｓ１＝Ｓ２≒０であるので微小となる。
したがって、コイルの内部を貫通する電線路に流れる電流は検出するが、コイルの外部に流れる電流に対しては往線路２と復線路３の高さｄをコイルの厚みｔに比べて微小となるように設定することにより、無視できる大きさとなり、ノイズを低減することができる。

【0054】

図６Ａ〜図６Ｄは、測定対象外の電流によるノイズ信号を示す。全てのコイル構造で対象とする電流の信号強度は同じである。図６Ａはプリント配線基板に近接して配置した電線Ｗ１に測定電流を流している状態を示す平面図、図６Ｂは同じく側面図、図６Ｃは電流バラツキを示す状態グラフ、図６Ｄは図６Ｃに示すグラフにおける０［Ａ］付近の拡大図である。なお、図６Ｃにおいて、Ｆ１は本発明の実施の形態のコイル、Ｆ２は本発明の実施の形態のコイル構造Ｆ１から、復線路を除いたもの、Ｔ１は図２２Ａから図２２Ｃに示した第１矩形コイル、Ｓ１は図８Ａから図８Ｃに示した実施の形態の別の例を示している。図６Ａ〜図６Ｄ（特に図６Ｄ）から、本発明の実施の形態のコイル（Ｆ１）と別の例（Ｓ１）では、対象とする電流の信号強度が同じであるにも拘らず、ノイズ信号が小さいことが分かる。

【0055】

以上の実施の形態では、複数のコイルを環状に形成した例を示したが、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、四角形（正方形）のコイルとすることができる。この際、往線路または復線路と電極パット間の取出し配線はコーナー部分のコイル間（ビア間）を通過することが望ましい。
その理由を以下に述べる。すなわち、四角形のコーナー部分では、曲率半径が小さいため、コイル全体で、コーナー部分の内側のビアの間隔は、四角形の辺の部分のビアの間隔より狭く、逆に外側のビアの間隔は広くなっている。結果として、コーナー部分の外側のビアでは隣り合うビアの間隔が最も広く、信号取り出しパターン１Ｆ（図３Ａ，図３Ｂ参照）を、コーナー部分の外側の隣り合うビア１Ｅ，１Ｅの間に形成することにより、信号取り出しパターン１Ｆの形成によるコイル間隔の拡大を防ぎ、コイルのターン数を最大にできるという効果がある。

【0056】

図８Ａ〜図８Ｃは、プリント配線基板で矩形のロゴスキーコイルを形成した別の例を示すものであり、図８Ａは斜視図、図８Ｂは上方から見た図、図８Ｃは側方から見た図である。この例では、閉じた線Ｌ（図１Ａ参照）に直交する平面に投影したときに矩形となる形状で形成されたコイル４１のうち、３辺は傾斜しない同一平面上に形成されているが、残りの１辺の往線路４１’は、次のコイルと接続するために斜めに形成されている。前記３辺と離隔した復線路４２は、複数のコイル４１の最後のコイルの巻き終わりから最初のコイルの巻き始め側までの閉じた線Ｌに並行している。
このロゴスキーコイルでは、コイル４１全体において斜めの辺となる往線路４１’が形成する面は、閉じた線Ｌが作る面と平行でかつ復線路４２と近接して配置されている。

【0057】

図８Ｂ、図８Ｃに示されているように、電流経路に近い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ１と、電流経路から遠い側の磁束が通過するエリアの面積Ｓ２とにより、次の関係が導かれる。
すなわち、図８Ａ〜図８Ｃは上から見た場合はＳ１＝Ｓ２であるので、電流経路が遠方の場合はＢ₁＝Ｂ₂と仮定してＶ＝Ｖ₁＋Ｖ₂＝０、つまり誘起される電圧がない理想的な状態になる。電流経路が近い場合はＢ₁≠Ｂ₂であるので電圧が誘起されノイズとして影響する。
しかし横から見た場合は、往復線路間の面積が無視できるほど小さいので誘起される電圧がほとんどないため、本構造においても低ノイズ化に対し一定の効果が得られる。

【0058】

本発明の応用例として、次のものを挙げることができる。
（１）パワー半導体チップまたはパワー半導体と接続する電極、導電部およびボンディングワイヤをプリント配線基板が取り囲むように構成する。これにより、従来では測定困難であったチップ間の電流バランスを測定することができる。
（２）プリント配線基板を、パワー半導体のボンディングワイヤ１本ずつに取り囲むように構成する。これにより、従来見ることができなかったチップ内の電流バランスを見ることができる。

【0059】

上述した環状のプリント配線基板（環状基板）１０を電流センサとして用いて、電流バラツキを測定した。
電流センサを用いて電流通過位置ごとの電流信号強度を測定したときの波形と信号強度の定義を図９Ａに示す。電流通過位置ごとの電流信号強度を図９Ｂに示す。電流センサ内を通った電流による信号強度は、電流センサ外の電流による信号強度より非常に大きく、電流センサ内の電流通過位置による信号強度の誤差（バラツキ）は２〜３％であった。電流センサ外の電流による信号強度は電流センサから遠くなるほど徐々に小さくなっており、信号強度の最大値は電流センサ内信号強度の７％程度であった。この電流センサは電流トランス（ＣＴ）と同等の波形観測ができ、外部磁界からの影響をほとんど受けないことがわかる。

【0060】

変形例
（１）図１０に示す第１変形例のように、環状のプリント配線基板（環状基板）１０の芯線（往線路２）の取出し電極パターンであるハンダ付けパッド４（第１の電極パッド）が中心にありその両側にグランド線の電極パターンであるハンダ付けパッド５，６（第２の電極パッド）を設ける。これにより、プリント配線基板１０の往線路２と同じように遠方磁界をキャンセルする効果がある。
すなわち、２本の取り出し電極パターンのいずれかが、ハンダ付けパッド４に接続され、もう一方が、ハンダ付けパッド４を取り囲むように形成されたハンダ付けパッド５，６に接続されることにより、プリント配線基板に形成されたコイルの取り出し配線を、ハンダ付けパッドを介して同軸ケーブル等に接続する際、接続部分での外部磁束等によるノイズの混入を低減することができる。図１０の例は、同軸ケーブルの芯線をハンダ付け接続するパターンを左右から取り囲むようにグランド線を接続するパターンを形成し、それぞれ取り出しパターンに接続されている例である。

【0061】

ここで、図２Ａ〜図２Ｄに示すハンダ付けパッド４，５に同軸ケーブルを接続する場合と、図１０に示すハンダ付けパッド４〜６に同軸ケーブルを接続する場合について、図面に基づいて説明する。
図２Ａ〜図２Ｄに示すように、第１層１１に形成されたハンダ付けパッド４，５に同軸ケーブルを接続する場合には、例えば、図１１Ａに示すように、同軸ケーブルＣ０の芯線Ｃ１がハンダ付けパッド４に接続され、同軸ケーブルＣ０の網状線Ｃ２がハンダ付けパッド５に接続される。
このように同軸ケーブルＣ０がハンダ付けパッド４，５に接続されていると、芯線Ｃ１と網状線Ｃ２との間で、不要なループＬ１ができてしまい、この不要なループＬ１が電流の時間変化による磁束の影響を受ける。

【0062】

図１０に示すように、ハンダ付けパッド４が中心にあり、その両側にハンダ付けパッド５，６が設けられていると、図１１Ｂに示すように、芯線Ｃ１がハンダ付けパッド４に接続され、網状線Ｃ２が二股に分かれ、ハンダ付けパッド５，６に接続される。
このように同軸ケーブルＣ０がハンダ付けパッド４〜６に接続されていると、芯線Ｃ１と網状線Ｃ２との間で、一対のループＬ２，Ｌ３ができあがるが、このループＬ２，Ｌ３により発生する電圧は、電流の方向が反対方向であるためキャンセルされる。従って、ノイズの影響を小さく抑えることができることができる。

【0063】

更に、図１２Ａに示すような電極パッドとすることも可能である。図１２Ａに示す電極パッドは、ハンダ付けパッド５，６（第２の電極パッド）との並び方向の中心に、ハンダ付けパッド４（第１の電極パッド）が位置している。ハンダ付けパッド４は、ハンダ付けパッド５，６より短く形成されている。
また、ハンダ付けパッド５，６の中間位置を中心として、ハンダ付けパッド４が形成された側とは反対となる位置にハンダ付けパッド７が設けられている。ハンダ付けパッド７は、ハンダ付けパッド４と同じ長さに形成されている。

【0064】

このように形成されたハンダ付けパッド４〜７には、図１２Ｂに示すコネクタ４０が接続される。
コネクタ４０は、同軸ケーブルが接続されたコネクタ（図示せず）と嵌合する表面実装用のコネクタである。コネクタ４０には、ピン状の中心端子４０１と、円環状の外側端子４０２と、接続端子４０３とを備えている。
接続端子４０３は、中心端子４０１と接続された第１接続端子４０３ａと、外側端子４０２と接続された第２〜第４接続端子４０３ｂ〜４０３ｄとを備えている。
従って、このコネクタ４０を、図１２Ａに示すプリント配線基板１０に搭載したときには、第１接続端子４０３ａはハンダ付けパッド４と接続され、第２〜第４接続端子４０３ｂ〜４０３ｄは、ハンダ付けパッド５〜７に接続される。

【0065】

このようにプリント配線基板１０にコネクタ４０が搭載されることで、同軸ケーブルはプラグコネクタとコネクタ４０とを介してプリント配線基板１０に接続される。従って、コネクタ（コネクタ４０およびプラグコネクタ）を介して同軸ケーブルをプリント配線基板１０に接続することで、同軸ケーブルからの芯線Ｃ１および網状線Ｃ２によるループができないため、ノイズの発生を抑えることができる。

【0066】

図１１Ａに示すプリント配線基板１０のハンダ付けパッド４，５に同軸ケーブルを直接接続した場合（直接接続）と、図１２Ｂに示すコネクタ４０を図１２Ａに示すハンダ付けパッド４〜７に接続して、同軸ケーブルを、プラグコネクタを介してコネクタ４０に接続した場合（コネクタ接続）とで、同軸ケーブルの接続部分におけるノイズ電圧を比較した。
図１２Ｃに示すグラフでは、ハンダ付けパッド４，５に同軸ケーブルを直接接続したときのノイズ電圧を１００％としている。
図１２Ｃに示すグラフからも判るように、プラグコネクタを介して同軸ケーブルを、コネクタ４０に接続したコネクタ接続の場合では、８３％もノイズが低減できた。

【0067】

なお、本実施の形態では、コネクタ４０の第１接続端子４０３ａがハンダ付けパッド４と接続されることから、中心端子４１と往線路２とが接続され、第２〜第４接続端子４０３ｂ〜４０３ｄがハンダ付けパッド５〜７に接続されることから、外側端子４０２と復線路３とが接続されている。しかし、復線路３がハンダ付けパッド４と接続されることで、中心端子４０１と接続され、往線路２が第２〜第４接続端子４０３ｂ〜４０３ｄと接続されていることで、外側端子４０２と接続されていてもよい。

【0068】

（２）図１３に示す第２変形例のように、環状のプリント配線基板（環状基板）１０の配線の無い部分に、被測定回路を環状基板１０の穴１０ａに挿通するための切り込み８を設ける。
ここで、切り込み８の位置について、図１４Ａから図１４Ｃに基づいて説明する。
なお、図１４Ａから図１４Ｃにおいては説明を容易とするために、環状に形成された複数のコイルを直線状に延ばした状態を示している。従って、切り込み８が複数のコイル１の両端部にあるが、２つの切り込み８は同じ位置である。
また、図１４Ａから図１４Ｃにおいては、第１コイルパターン１Ａおよび往線路２を示す実線は第１層、復線路３を示す細かい点線は第２層、第２コイルパターン１Ｂを示す粗い点線は第４層に配線されている。スルーホール１Ｃ，１Ｄを示す一点鎖線は第１層から第４層まで貫通している。
更に、第１コイルパターン１Ａ、第２コイルパターン１Ｂおよびスルーホール１C，１Ｄによるコイル１と、往線路２とが並ぶものをコイル群２０と称す。

【0069】

図１４Ａに示すプリント配線基板１０では、ハンダ付けパッド４が他端部２０ｂに接続したコイル群２０が切り込み８に向かって配線され、そして、コイル群２０の一端部２０ａに接続された復線路３がハンダ付けパッド５まで戻るように配線されている。このようにプリント配線基板１０に切り込み８が形成されている。そうすることで、電線に流れる電流を測定するときに、電線をプリント配線基板１０の穴１０ａに切り込み８の位置から挿通させることができるので、長尺の電線の途中にプリント配線基板１０を差し込むことができる。

【0070】

図１３および図１４Ａに示すプリント配線基板１０では、切り込み８が、ハンダ付けパッド４，５に隣接して設けられている。従って、図１２Ｂのようなコネクタ４０をプリント配線基板１０に搭載したときには、コネクタや、同軸ケーブルが接続されたプラグコネクタが邪魔になって電線をプリント配線基板１０の穴１０ａに通し難い。

【0071】

そこで、図１４Ｂに示すプリント配線基板１０ｘでは、円周方向に並ぶコイル１と往線路２とにより形成されたコイル群を、第１のコイル群２０１と第２のコイル群２０２とに分割する。
ハンダ付けパッド４が一端部２０１ａに接続された第１のコイル群２０１が切り込み８に向かって配線され、第１のコイル群２０１の他端部２０１ｂに接続された復線路３が第２のコイル群２０２の他端部２０２ｂの位置となる切り込み８に向かって戻るように配線されている。そして、第２のコイル群２０２の一端部２０２ａがハンダ付けパッド５に接続されるように配線される。
このように往線コイル群２０が第１のコイル群２０１と第２のコイル群２０２とに分割され、第１のコイル群２０１と第２のコイル群２０２との他端部２０１ｂ，２０２ｂ同士を復線路３が接続することで、ハンダ付けパッド４，５から離れた任意の位置に切り込み８を形成することができる。従って、プリント配線基板１０ｘに搭載されるコネクタに邪魔されることなく、長尺の電線の途中にプリント配線基板１０ｘを差し込むことができる。

【0072】

図１４Ｂに示すプリント配線基板１０ｘでは、第１のコイル群２０１と第２のコイル群２０２との他端部２０１ｂ，２０２ｂ同士間に復線路３が形成されていたが、図１４Ｃに示すように、復線路３が第１の線路３０１と第２の線路３０２とに分割され、第１のコイル群２０１および第２のコイル群２０２と交互に配線されていてもよい。
図１４Ｃに示すプリント配線基板１０ｙでは、ハンダ付けパッド４が一端部２０１ａに接続された第１のコイル群２０１が切り込み８に向かって配線され、第１のコイル群２０１の他端部２０１ｂに接続された第１の線路３０１が第２のコイル群２０２の一端部２０２ａに接続され、切り込み８側に位置する第２のコイル群２０２の他端部２０２ｂが第２の線路３０２に接続され、そして、第２のコイル群２０２の一端部２０２ａがハンダ付けパッド５に接続されるように配線される。

【0073】

このように、第１のコイル群２０１の次に第１の線路３０１、第２のコイル群２０２の次に第２の線路３０２が配線されていても、ハンダ付けパッド４，５から離れた任意の位置に切り込み８を形成することができる。なお、図１４Ａ〜図１４Ｃにおいては、第１の電極パッドをハンダ付けパッド４、第２の電極パッドをハンダ付けパッド５として説明したが、第１の電極パッドをハンダ付けパッド５、第２の電極パッドをハンダ付けパッド４としてもよい。

【0074】

また、図１４Ａから図１４Ｃに示すプリント配線基板１０，１０ｘ，１０ｙの信号強度の誤差（測定誤差）について測定を行った。なお、プリント配線基板の形状については、図１５に示すように、角部が丸まった四角形状のものを使用した。切り込み８は、ハンダ付けパッド４〜７が形成された端部とは反対側の端部に形成されている。
図１４Ａに示すパターンのプリント配線基板１０では、図１６Ａに示すように最大誤差は４％であった。また、図１４Ｂに示すパターンのプリント配線基板１０ｘでは、図１６Ｂに示すように最大誤差６％であった。また、図１４Ｃに示すパターンのプリント配線基板１０ｙでは、図１６Ｃに示すように最大誤差１６％であった。

【0075】

このように、図１４Ａに示すプリント配線基板１０における測定誤差が小さいものの、図１４Ｂおよび図１４Ｃに示すプリント配線基板１０ｘ，１０ｙにおいても、測定誤差６％、１６％程度にて測定することができる。また、プリント配線基板１０ｘ，１０ｙでは、図１５に示すように、細長のプリント配線基板の切り込み８が、ハンダ付けパッド４，５を形成した端部とは反対側の端部に形成されているため、例えば、薄い長尺板状のバスバーなどを挟み込み、電流を測定する場合でも、狭い隙間に図１５に示すプリント配線基板を差し込んで測定することができるため、バスバーの上下に余計な空間が不要である。

【0076】

（３）第３変形例としては、アンプ回路をプリント配線基板に搭載する。これにより、出力信号にノイズが載る前に電流信号を増幅するので、Ｓ／Ｎ比を高くすることが可能である。
（４）また、第４変形例としては、本電流センサ（環状基板）を複数個使い相互に接続して１つのセンサとして用いる。これにより外部磁界の相殺効果が高まる。

【0077】

なお、上述した環状のプリント配線基板（環状基板）のコイル配線や信号取り出しパターンに電界の変動による変位電流が流れることを妨げるように、少なくとも第１層（最表面層）あるいは第４層（最裏面層）のコイルパターンの表面に金属箔を、コイルと絶縁して設けることで電界シールド（ノイズシールド）を行うことが有効である。
また、電界シールドは計測信号配線とは別に配線され、測定器の接地に接続されることが望ましい。こうすることで、ロゴスキーコイル部分に加わる電界の変動は最小限に抑えることができる。

【0078】

ここで、ノイズシールドについて図面に基づいて説明する。
図１７Ａに示すようにロゴスキ型電流センサのプリント配線基板１０ｓは、６層により形成されている。このプリント配線基板１０ｓは、各コイル１が、第２層１２ｓから第５層１５ｓに渡って形成されている。また、プリント配線基板１０ｓには、最外層である第１層１１ｓと、第６層１６ｓとに、ノイズシールドとしてベタパターンによる導電パターン５１，５２（第１の導電パターン，第２の導電パターン）が形成されている。この導電パターン５１，５２は、グランドに接続される電極パッド（図示せず）に接続され、測定器の接地に接続される。
このように、プリント配線基板１０ｓは、ノイズシールドとして、各コイル１が形成された内層（第２層１２ｓから第５層１５ｓ）より外側の一対の外層（第１層１１ｓ，第６層１６ｓ）に導電パターン５１，５２が形成されているため、外来ノイズによる影響を抑えることができる。

【0079】

このノイズシールドは、図１７Ｂに示すように導電パターン５１，５２をスルーホール５３，５４により接続するようにしてもよい。このスルーホール５３，５４は、導電パターン５１，５２が形成された層間（第１層１１ｓ，第６層１６ｓ）を貫通し、各コイル１の内周側と外周側との両方に、円周方向に沿って所定間隔ごとに形成されている。
導電パターン５１，５２にスルーホール５３，５４を加えることで、コイル１の上下面だけでなく、側面方向もシールドすることができ、ノイズシールドにより、各コイル１を囲うことができるため、更にシールド効果を向上させることができる。

【0080】

このとき、導電パターン５１（第１の導電パターン）と、スルーホール５３（第１のスルーホール）と、導電パターン５２（第２の導電パターン）と、スルーホール５４（第２のスルーホール）と、導電パターン５１とによるループの形成を回避するために、このループに非接続部が形成されていてもよい。

【0081】

例えば、図１８Ａでは、スルーホール５３は、導電パターン５１との間に、非接続部として、隙間Ｇ１が形成されていることで、導電パターン５１と非接続状態である。図１８Ｂでは、スルーホール５４は、導電パターン５１との間に、隙間Ｇ１が形成されていることで非接続状態である。図１８Ｃでは、スルーホール５３は、導電パターン５２との間に、隙間Ｇ１が形成されていることで非接続状態である。図１８Ｄでは、スルーホール５４は、導電パターン５２との間に、隙間Ｇ１が形成されていることで非接続状態である。
このように、導電パターン５１，５２とスルーホール５３，５４との間で、隙間Ｇ１による非接続部が形成されていることで、コイル１を囲うノイズシールドに、コイル１の周囲を周回するような電流が発生を抑止することができる。従って、コイル１による電流測定への影響を抑えることができる。

【0082】

ノイズシールドを有するプリント配線基板について、図１９Ａ〜図１９Ｆに基づいて説明する。
図１９Ａ〜図１９Ｆは、プリント配線基板１０ｔの第１層１１ｓから第６層１６ｓまでを示すものである。
図１９Ａに示す第１層１１ｓには、コネクタ４０（図１２Ｂ参照）を実装するための電極パッド（ハンダ付けパッド４〜７）が形成されており、この電極パッドは、第１層１１ｓから第６層１６ｓまでの全てに形成され、図示しないスルーホールにより導通接続されている。
図１９Ａに示す第１層１１ｓから図１９Ｆに示す第６層１６ｓの全部に、ノイズシールドをグランドに接続するためのコネクタが実装される電極パッド９ａ〜９ｄが形成され、図示しないスルーホールにより導通接続されている。
また、図１９Ａに示す第１層１１ｓから図１９Ｆに示す第６層１６ｓの全部に、スルーホール５３，５４が、円周方向に沿って２列に配置され、貫通している。
図１９Ｂに示す第２層１２ｓから図１９Ｅに示す第５層までには、スルーホール１Ｃ，１Ｄが形成され、貫通している。

【0083】

図１９Ａに示す第１層１１ｓには、導電パターン５１がほぼ全面に形成されている。また、第１層１１ｓでは、このスルーホール５３，５４と導電パターン５１とは隙間Ｇ１により非接触となっている。この導電パターン５１は、電極パッド９ａ〜９ｄと接続されている。
図１９Ｂに示す第２層１２ｓには、第１コイルパターン１Ａと往線路２とが形成されている。更に、第１層１１ｓには、往線路２とハンダ付けパッド４とを接続する配線パターンが形成されている。
図１９Ｃに示す第３層１３ｓには、復線路３が形成されている。第３層１３ｓには、復線路３と、ハンダ付けパッド５〜７とを接続する配線パターンが形成されている。
図１９Ｄに示す第４層１４ｓには、スルーホール５３，５４およびスルーホール１Ｃ，１Ｄ以外は形成されていない。
図１９Ｅに示す第５層１５ｓには、第２コイルパターン１Ｂが形成されている。
図１９Ｆに示す第６層１６ｓには、導電パターン５２がほぼ全面に形成されている。導電パターン５２は、第１層１１ｓからのスルーホール５３，５４と接続されている。

【0084】

このように、図１９Ａ〜図１９Ｆに示すプリント配線基板１０ｔでは、スルーホール５３，５４が、第６層１６ｓにて導電パターン５２と接続されているものの、導電パターン５１と非接続である。そのため、プリント配線基板１０ｔは、導電パターン５１からスルーホール５３、導電パターン５２、スルーホール５４を経由して導電パターン５１へ戻るループが形成されない。従って、第１コイルパターン１Ａ、第２コイルパターン１Ｂ，スルーホール１Ｃ，１Ｄからなるコイルの周囲を周回するような電流が発生を抑止することができる。

【0085】

図１９Ａ〜図１９Ｆに示すプリント配線基板１０ｔでは、図１８Ａに示す接続状態と、図１８Ｂとに示す接続状態とを組み合わせているが、コイル１を周回するようなループが形成されなければ、他の組み合わせとしてもよい。
例えば、図１８Ａに示す接続状態と、図１８Ｄに示す接続状態を組み合わせたり、図１８Ｃに示す接続状態と、図１８Ｄに示す接続状態を組み合わせたりすることができる。
更に、スルーホール５３が、円周方向に沿って、図１８Ａに示す接続状態と、図１８Ｃに示す接続状態とが交互に配置されているようにしてもよい。

【0086】

更に、ループの形成を回避するための非接続部は、スルーホール５３，５４の両端部が導電パターン５１，５３と接続されていても、スルーホール５３，５４が、例えば、第３層１３ｓと第４層１４ｓとの間で隙間により分断するようにしてもよい。また、スルーホール５３，５４が導電パターン５１，５２に接続された状態であっても、コイル１が並ぶ円周方向に沿って隙間が形成されていてもよい。

【0087】

ノイズシールドを備えていない、図１Ｂに示すロゴスキ型電流センサと、ノイズシールドを備えた図１７Ａに示すロゴスキ型電流センサと、ノイズシールドとスルーホールとを備えた図１７Ｂに示すロゴスキ型電流センサとについて、それぞれノイズ電圧を測定した。結果を図２０に示す。図１Ｂに示すロゴスキ型電流センサを１００％としたときに、図１７Ａに示すロゴスキ型電流センサでは３％、図１７Ｂに示すロゴスキ型電流センサでは２％であった。
このように、ノイズシールドを設けたり、スルーホールによりノイズシールドを接続したりすることで、外来ノイズによる影響を大幅に抑えることができる。

【0088】

なお、本実施の形態では、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、第１層１１ｓから第６層１６ｓの６層により構成され、最外層である第１層１１ｓと第６層１６ｓとに、ノイズシールド（導電パターン５１，５２）が形成されていた。しかし、ノイズシールドは、各コイル１が形成された内層より外側の外層であれば、プリント配線基板の最外層に形成されていなくてもよい。

【0089】

また、図４Ａ〜図４Ｄ等に示す電極パッド部分は、電界シールドおよび磁界シールド双方の目的から、パッド部分を覆う、ないしは、取り囲むように金属箔等でシールドすることが望ましい。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、特に外部磁界の影響を受けにくく、また量産性に富む超小型ロゴスキ型電流センサとして、研究・開発段階でのパワー半導体デバイスの実装形態の改善および内蔵による異常検出に使用可能である。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図19F】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図22A】

【図22B】

【図22C】