特許 7596070 チップパッケージ

(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】

(24)【登録日】2024-11-29

(45)【発行日】2024-12-09

(54)【発明の名称】チップパッケージ

(51)【国際特許分類】

   G01R 15/20 20060101AFI20241202BHJP

   G01R 33/06 20060101ALI20241202BHJP

【ＦＩ】

G01R15/20 C

G01R33/06

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020008083

(22)【出願日】2020-01-22

(65)【公開番号】P2021117004

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2021-12-07

【審判番号】

【審判請求日】2023-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】劉 佳

【合議体】

【審判長】岡田 吉美

【審判官】佐々木 祐

【審判官】濱野 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開平４－３６６７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－５４２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１４７５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３７６４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００１５２４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－９６２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９４４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４１６６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－５４７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２５８３０（ＪＰ，Ａ）

(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】

磁界センサと、
成形回路部品である直方体のチップ筐体と、を有し、
前記チップ筐体は、４つの外面にまたがってソレノイドコイルが巻回され、前記ソレノイドコイルの磁界方向にそった孔があり、前記孔の内部に前記磁界センサが配置されており、前記ソレノイドコイルと接続されている複数の第１の電極パッドと、前記磁界センサと接続されている複数の第２の電極パッドとが、１つの実装面に配設されており、
前記磁界センサは、前記孔の壁面から延設された梁によって支えられているセンサ搭載部の前記磁界方向に垂直な搭載面に実装されており、
前記孔の壁面に、前記磁界センサと前記複数の第２の電極パッドとを接続する複数の配線が配設されていることを特徴とするチップパッケージ。

【請求項2】

前記実装面は、前記ソレノイドコイルが巻回されている前記４つの外面のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージ。

【請求項3】

前記実装面は、前記ソレノイドコイルが巻回されている前記４つの外面と直交する外面であることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージ。

【請求項4】

前記孔に、軟磁性体粉末を含む樹脂が、充填されていることを特徴とする請求項１に記載のチップパッケージ。

【請求項5】

前記ソレノイドコイルに流れる電流を検出する電流検出装置であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のチップパッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、チップパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、磁界検出型の電流検出装置は、検出すべき電流がコイルに流れると、コイルが発生した磁界を磁界センサにより検出することによって電流を検出する。電流検出装置の検出感度を向上するには、コイルの巻数を増加することが有効である。

【0003】

多層プリント配線板の複数の下層導体線と複数の上層導体線とをそれぞれのスルホールを介して接続することによって、巻数の多いソレノイドコイルを作製することができる。

【0004】

しかし、スルホールを有するソレノイドコイルは、スルホールにおける電気抵抗が高い。このため、発熱したり、電流検出装置の性能が低下したりするおそれがある。また、下層導体層と上層導体層との間に磁界センサを配置することは容易ではない。

【0005】

また、電流検出装置等においては、配線板への配置自由度が高く、実装が容易なチップパッケージ化が求められていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１－１８５９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、高性能で小型のチップパッケージを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態のチップパッケージは、磁界センサと、成形回路部品である直方体のチップ筐体と、を有し、前記チップ筐体は、４つの外面にまたがってソレノイドコイルが巻回され、前記ソレノイドコイルの磁界方向にそった孔があり、前記孔の内部に前記磁界センサが配置されており、前記ソレノイドコイルと接続されている複数の第１の電極パッドと、前記磁界センサと接続されている複数の第２の電極パッドとが、１つの実装面に配設されており、前記磁界センサは、前記孔の壁面から延設された梁によって支えられているセンサ搭載部の前記磁界方向に垂直な搭載面に実装されており、前記孔の壁面に、前記磁界センサと前記複数の第２の電極パッドとを接続する複数の配線が配設されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態のチップパッケージの斜視図である。

【図2】第１実施形態のチップパッケージのコイルの構成を説明するための斜視図である。

【図3】第１実施形態のチップパッケージのチップ筐体を説明するための斜視図である。

【図4】第１実施形態のチップパッケージのチップ筐体を説明するための上面図である。

【図5】第１実施形態の変形例のチップパッケージのチップ筐体を説明するための上面図である。

【図6】第１実施形態の変形例のチップパッケージのチップ筐体を説明するための上面図である。

【図7】第２実施形態のチップパッケージの斜視図である。

【図8】第３実施形態のチップパッケージの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して第１実施形態のチップパッケージ１について詳細に説明する。

【0011】

なお、実施形態に基づく図面は、模式的であり、各部分の厚さと幅との関係、夫々の部分の厚さの比率および相対角度などは現実のものとは異なる。図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、一部の構成要素の図示および符号の付与を省略する。

【0012】

チップパッケージ１は、電流を検出する電流検出装置である。チップパッケージ１は、例えば、ＰＦＣ電源等の高周波スイッチング電源、ＡＣ／ＤＣアダプタ、インバータまたはモーター可変速機器の制御装置、パワーモジュールに用いられるが、用途はこれらに限定されるものではない。

【0013】

図１および図２に示すように、チップパッケージ１は、磁界センサであるホール素子１０と、直方体のチップ筐体（チップケース)２０と、を有する。

【0014】

本実施形態のチップ筐体２０は、樹脂成形品に配線パターンが形成された回路成形部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）である。例えば、金型で射出成形した樹脂の表面に、めっき法によって配線パターンが配設されている。

【0015】

チップ筐体２０は、配線パターンであるソレノイドコイル２１が、４つの外面２０ＳＡ１～２０ＳＡ４にまたがって、螺旋状に巻回されている。ソレノイドコイル２１は、例えば、銅めっき膜からなる薄膜コイルである。ソレノイドコイル２１は、導体ワイヤが巻回されたソレノイドコイルよりも小型で、かつ、製造が容易である。なお、ソレノイドコイル２１の内部における磁界は均一であり、その磁界方向Ｍは、コイルの巻回方向（図のＺ軸方向）である。

【0016】

巻数（ターン数）がＮのコイル（Ｎターンコイル：Ｎは整数）は、巻数が１のコイル（１ターンコイル）と比べると、電気抵抗ＲはＮ倍となるが、同じ電流が流れた時に、Ｎ倍の磁界を発生する。磁界強度は、ターン数Ｎと電流Ｉとの積に比例する。このため、逆に言えば、１ターンコイルと同じ強さの磁界Ｂを発生するために、Ｎターンコイルに流す電流Ｉは、１ターンコイルに流す電流Ｉの１／Ｎでよい。

【0017】

コイルの発熱量（損失）Ｐと、電流Ｉと、抵抗Ｒとは、以下の（式１）の関係がある。
Ｐ＝Ｉ^２Ｒ （式１）

【0018】

このため、巻数が多いコイルは、巻数が少ないコイルよりも、抵抗Ｒが高いが、電流Ｉを小さくできるため、発熱量（損失）Ｐが小さい。このため、巻数が多いコイルは、特に大電流が流れるコイルにおいては効果が顕著である。

【0019】

さらに、スルホール接続部を有していないソレノイドコイル２１は、抵抗Ｒが低いため、損失が小さく高性能である。

【0020】

ホール素子１０は、ソレノイドコイル２１に流れる電流を検出する。検出する電流は、直流または交流である。

【0021】

ホール素子１０に電流を流し、電流の向きと直交方向に磁界が印加されると、電流の担い手であるキャリアがローレンツ力の影響を受ける。ローレンツカにより、電流および磁界の向きに対して直交方向の電圧(ホール電圧)が発生する。ホール素子１０は、ホール電圧を検知することにより、磁界を検知する。ホール電圧は、磁界強度に比例して増加する。

【0022】

図３および図４に示すように、本実施形態のチップ筐体２０には、ソレノイドコイル２１が巻回されている４つの外面２０ＳＡ１～２０ＳＡ４と直交する２つの外面２０ＳＡ５、２０ＳＡ６に、それぞれ開口のある孔Ｈ２０がある。なお、図３においては、ソレノイドコイル２１等は図示していない。また、図４の斜線領域は、外面２０ＳＡ５から外面２０ＳＡ６まで貫通している空間を示しており、孔Ｈ２０の壁面の配線２７（図１、図２参照）は図示していない。

【0023】

孔Ｈ２０は、ソレノイドコイル２１の磁界方向Ｍにそって形成されている。そして、孔Ｈ２０の中にセンサ搭載部２５が配置されている。センサ搭載部２５は孔Ｈ２０の壁面から延設された４本の梁によって支えられている。

【0024】

センサ搭載部２５の磁界方向Ｍに垂直な搭載面２５ＳＡにホール素子１０が実装されている。すなわち、ホール素子１０の複数の外部電極（不図示）がセンサ搭載部２５の複数の電極パッド２６と接合されている。

【0025】

ソレノイドコイル２１の端部と接続されている第１の電極パッド２２Ａ、２２Ｂと、ホール素子１０と接続されている第２の電極パッド２２Ｃ～２２Ｆとは、いずれも、チップ筐体２０の実装面である外面２０ＳＡ１に配設されている。

【0026】

ホール素子１０と４つの第２の電極パッド２２Ｃ～２２Ｆとを接続する４本の配線２７は、孔Ｈ２０の壁面Ｈ２０ＳＡに配設されている。配線２７は、例えば、銅めっき膜からなる薄膜配線である。

【0027】

実装面は、ソレノイドコイル２１が巻回されている４つの外面２０ＳＡ１～２０ＳＡ４のいずれかであればよい。すなわち、チップパッケージ１は、全ての外部接続用の電極パッド２２Ａ～２２Ｆが１つの外面に配設されている表面実装型のチップ部品である。

【0028】

第１の電極パッド２２Ａ、２２Ｂおよび第２の電極パッド２２Ｃ～２２Ｆは、例えば、銅からなるソレノイドコイル２１の端部に、バリアニッケル層を介して半田層が配設されている。

【0029】

本実施形態のチップパッケージ１は、複数回巻回されているソレノイドコイル２１が発生した磁界を検出するため、検出感度が高く、高性能である。また、外面にソレノイドコイル２１が巻回されているチップ筐体２０の内部の磁界方向Ｍに垂直な搭載面２５ＳＡにホール素子１０が実装されているため、チップパッケージ１は、製造が容易である。さらに、チップパッケージ１は小型であり、表面実装型のチップ部品であるため、配線板への配置自由度が高く、実装が容易である。

【0030】

＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態のチップ筐体２０は、ソレノイドコイル２１が巻回されている４つの外面２０ＳＡ１～２０ＳＡ４と直交する外面２０ＳＡ５、２０ＳＡ６が矩形の完全な直方体である。しかし、チップ筐体は、外面２０ＳＡ５、２０ＳＡ６の４つの角部の少なくともいずれかが、直線または曲線になるように面取りされている略直方体でもよい。すなわち、本発明における「直方体」は完全な直方体を意味するものではない。面取りされているチップ筐体は、ソレノイドコイル２１が角部で断線しにくいため、製造が容易で信頼性が高い。

【0031】

また、図５に示す変形例のチップ筐体２０Ａのセンサ搭載部２５Ａは、孔Ｈ２０の壁面から延設された２本の梁によって支えられている。

【0032】

図６に示す変形例のチップ筐体２０Ｂのセンサ搭載部２５Ｂは、円筒形の孔Ｈ２０Ｂの壁面の一部に貫通孔を残すように配設されている。また、ホール素子１０Ｂは、磁界方向Ｍに対して垂直方向の検出面が円形である。すなわち、センサ搭載部およびホール素子の形状は特に限定されるものではない。

【0033】

なお、ソレノイドコイル２１の内部の磁界は均一であるために、磁界の中心軸とホール素子１０の中心とが一致していなくともよい。

【0034】

センサ搭載部２５Ｂの電極パッド２６の数、すなわち、ホール素子の電極数は４個に限定されるものではない。チップパッケージ１は、外部接続用の電極パッド２２Ａ～２２Ｆの領域を除く外面が、絶縁樹脂によって覆われていてもよい。また、ホール素子１０を搭載面２５ＳＡに実装した後に、孔Ｈ２０に樹脂が充填されてもよい。

【0035】

＜第２実施形態＞
本実施形態のチップパッケージ１Ａは、チップパッケージ１と類似している。このため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

【0036】

図７に示すチップパッケージ１Ａでは、第１の電極パッド２２Ａ、２２Ｂと第２の電極パッド２２Ｃ～２２Ｆとが配設されているチップ筐体２０Ａの実装面は、ソレノイドコイル２１が巻回されている４つの外面２０ＳＡ１～２０ＳＡ４と直交する外面２０ＳＡ５である。第１の電極パッド２２Ｂとソレノイドコイル２１とは孔Ｈ２０の壁面の配線２７によって接続されている。チップ筐体２０Ａの外面に配線が配設されていてもよい。

【0037】

チップパッケージ１Ａは、チップパッケージ１と同じように、いずれか１つの外面に全ての外部接続用の電極パッド２２Ａ～２２Ｆが配設されているため、配線板に表面実装できる。なお、チップパッケージの外部接続用の電極パッドの数は６個に限定されるものではなく、６個未満または６個超でもよい。

【0038】

＜第３実施形態＞
本実施形態のチップパッケージ１Ｂは、チップパッケージ１と類似している。このため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

【0039】

図８に示すチップパッケージ１Ｂでは、孔Ｈ２０に、軟磁性体粉末を含む樹脂３０が充填されている。ソレノイドコイル２１が発生する磁界の強度（磁束密度：Ｂ）は、内部の透磁率μに比例する。例えば、フェライトからなる軟磁性体粉末を含む樹脂３０が充填されているソレノイドコイル２１は、空芯または樹脂だけが充填されているソレノイドコイル２１（磁場強度：Ｈ）よりも大きな磁界Ｂを発生する（Ｂ＝μＨ）。

【0040】

このため、チップパッケージ１Ｂは、チップパッケージ１よりも、高感度、高効率である。

【0041】

チップパッケージ１Ａにおいても、孔Ｈ２０に、軟磁性体粉末を含む樹脂３０が充填されていれば、チップパッケージ１Ｂと同じ効果を有する。

【0042】

以上述べた少なくともひとつの実施形態または変形例のチップパッケージによれば、４つの外面にまたがってソレノイドコイルが巻回され、内部に前記磁界センサが配置されており、全ての外部接続用の電極パッドが、１つの実装面に配設されているため、高性能で小型のチップパッケージを提供できる。

【0043】

磁界センサとしてホール素子を例に説明したが、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いてもよいことは言うまでも無い。

【0044】

チップパッケージとして電流検出装置を例に説明したが、チップパッケージ１、１Ａ、１Ｂは、絶縁カプラとしても使用できる。すなわち、ソレノイドコイル２１を含む１次回路と、ホール素子１０を含む２次回路とは、電気的に絶縁されている。

【0045】

ソレノイドコイル２１と接続されている第１の電極パッド２２Ａ、２２Ｂのいずれかを、送受信回路と接続することによって、チップパッケージ１、１Ａ、１Ｂは、アンテナとしても使用できる。

【0046】

チップ筐体が成形回路部品のチップパッケージを例に説明したが、チップ筐体は、他の製造方法、例えば、３次元プリンタにて製造されてもよい。また、チップ筐体は、樹脂製に限られるものではなく、例えば、フェライト等の磁性体をチップ筐体とし、孔の内部に配置されたホール素子が実装面の電極パッドと導線ワイヤによって接続されていてもよい。

【0047】

発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１、１Ａ、１Ｂ … チップパッケージ
１０ … ホール素子
２０ … チップ筐体
２１ … ソレノイドコイル
２２Ａ、２２Ｂ … 第１の電極パッド
２２Ｃ～２２Ｆ … 第２の電極パッド
２５ … センサ搭載部
２６ … 電極パッド
３０ … 樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】