電流センサ
【課題】電流センサの感度を向上させる。
【解決手段】集積回路の電流センサ１０は、導体部分１４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１２と、１又は複数の磁界変換器１８が配置された第１の面を有する基板１６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。基板は、導体部分の上方に基板１６の第１の面を、また第１の面の上方に第２の面を、有するように配置される。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。この配置では、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して設けられる。
【解決手段】集積回路の電流センサ１０は、導体部分１４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１２と、１又は複数の磁界変換器１８が配置された第１の面を有する基板１６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。基板は、導体部分の上方に基板１６の第１の面を、また第１の面の上方に第２の面を、有するように配置される。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。この配置では、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して設けられる。
【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１１１１６９３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【特許文献３】国際公開第９９／１４６０５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】
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
第１の発明は、複数のリードを有するリードフレームと、前記複数のリードの少なくとも２つを結合する部分を含む導体部分と、前記導体部分に近接する第１の面及び前記導体部分から遠位にある第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面上に配置された１又は複数の磁界変換器とを含む、集積回路である。第１の発明において、前記基板は、前記導体部分の上方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の上方に前記第２の面を、有するように配置される。第１の発明において、前記基板は、前記導体部分の下方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の下方に前記第２の面を、有するように配置される。第１の発明において、前記導体部分は、前記複数のリードの前記少なくとも２つに結合された導電性クリップをさらに含む。前記基板は、前記導電性クリップの上方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の上方に前記基板の前記第２の面を、有するように配置される。前記基板は、前記導電性クリップの下方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の下方に前記第２の面を、有するように配置される。前記導電性クリップの厚みは、当該導電性クリップを通過する電流に従って選択される。第１の発明において、前記基板は、少なくとも１つのボンディングパッドを有し、当該少なくとも１つのボンディングパッドは、結合線を有する前記複数のリードの１つに対応して結合される。第１の発明において、前記基板は、前記複数のリードの１つに対応して結合される、はんだボール、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、及び導電膜から選択された１つを含む。第１の発明において、前記導体部分は導体部分の軸を有すると共に、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つが前記導体部分の軸の両側に配置される。第１の発明において、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つは、所定の電圧出力極性を生成するために互いに逆方向に回転して置かれる。第１の発明において、前記導体部分の少なくとも一部分はＴ字形断面を有する。第１の発明において、前記導体部分の少なくとも一部分は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形断面を有する。第１の発明において、前記基板上に配置される少なくとも１つの増幅器をさらに含む。前記少なくとも１つの増幅器は、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つによって生成された信号の和に比例する出力信号を生成する。前記少なくとも１つの増幅器は、前記１又は複数の磁界変換器の４つに結合された加算構成を形成する。第１の発明において、前記１又は複数の磁界変換器に近接して配置される磁束集中器をさらに含む。第１の発明において、前記基板の前記第２の面に近接して配置される磁束集中層をさらに含む。
【００１３】
第２の発明は、集積回路を製造する方法であって、複数のリードを有するリードフレームを形成する工程であって、前記複数のリードの内の少なくとも２つが互いに結合されて、１つの導体部分を形成する、リードフレームを形成する工程と、前記導体部分が所定形状の断面を備えるように、前記導体部分をエッチングする工程とを含む方法である。第２の発明において、前記所定形状はＴ字形を含む。前記所定形状は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形を含む。第２の発明において、前記リードフレームに近接して基板を取り付ける工程をさらに含み、前記基板は、前記導体部分に近接する第１の面と前記導体部分から遠位にある第２の面とを有しており、前記基板の前記第１の面上に１又は複数の磁界変換器が配置される。前記所定形状はＴ字形を含む。前記所定形状は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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〜１２ｈ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１６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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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２２ａ〜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。
【００１９】
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 Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ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。
【００２０】
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１２ｃ、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１８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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の開口部を有する導体部分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７６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。
【００３１】
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。
【００３２】
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７４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。
【００３３】
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９４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、７８ｂ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７８ａ、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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７８ａ、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。
【００３７】
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１００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、１０３ｂ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。
【００３８】
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１００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。
【００３９】
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１２６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、１２８ｂ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。
【００４０】
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１２８ａ、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１４４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。
【００４１】
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１００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。
【００４２】
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１２８ａ〜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。
【００４３】
図７６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１６６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。
【００４４】
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１７２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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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 ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ 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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１８４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。
【００５２】
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２０８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〜２０２ｄ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。
【００５３】
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２０４ａ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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ことができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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２０２ａ〜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２０４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２０４ｄ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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の近傍でより高い磁束密度になる。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。
【００６４】
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。
【００６５】
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〜２５２ｎ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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【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１１１１６９３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【特許文献３】国際公開第９９／１４６０５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】
【０００７】
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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
第１の発明は、複数のリードを有するリードフレームと、前記複数のリードの少なくとも２つを結合する部分を含む導体部分と、前記導体部分に近接する第１の面及び前記導体部分から遠位にある第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面上に配置された１又は複数の磁界変換器とを含む、集積回路である。第１の発明において、前記基板は、前記導体部分の上方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の上方に前記第２の面を、有するように配置される。第１の発明において、前記基板は、前記導体部分の下方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の下方に前記第２の面を、有するように配置される。第１の発明において、前記導体部分は、前記複数のリードの前記少なくとも２つに結合された導電性クリップをさらに含む。前記基板は、前記導電性クリップの上方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の上方に前記基板の前記第２の面を、有するように配置される。前記基板は、前記導電性クリップの下方に前記基板の前記第１の面を、また当該第１の面の下方に前記第２の面を、有するように配置される。前記導電性クリップの厚みは、当該導電性クリップを通過する電流に従って選択される。第１の発明において、前記基板は、少なくとも１つのボンディングパッドを有し、当該少なくとも１つのボンディングパッドは、結合線を有する前記複数のリードの１つに対応して結合される。第１の発明において、前記基板は、前記複数のリードの１つに対応して結合される、はんだボール、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、及び導電膜から選択された１つを含む。第１の発明において、前記導体部分は導体部分の軸を有すると共に、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つが前記導体部分の軸の両側に配置される。第１の発明において、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つは、所定の電圧出力極性を生成するために互いに逆方向に回転して置かれる。第１の発明において、前記導体部分の少なくとも一部分はＴ字形断面を有する。第１の発明において、前記導体部分の少なくとも一部分は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形断面を有する。第１の発明において、前記基板上に配置される少なくとも１つの増幅器をさらに含む。前記少なくとも１つの増幅器は、前記１又は複数の磁界変換器の少なくとも２つによって生成された信号の和に比例する出力信号を生成する。前記少なくとも１つの増幅器は、前記１又は複数の磁界変換器の４つに結合された加算構成を形成する。第１の発明において、前記１又は複数の磁界変換器に近接して配置される磁束集中器をさらに含む。第１の発明において、前記基板の前記第２の面に近接して配置される磁束集中層をさらに含む。
【００１３】
第２の発明は、集積回路を製造する方法であって、複数のリードを有するリードフレームを形成する工程であって、前記複数のリードの内の少なくとも２つが互いに結合されて、１つの導体部分を形成する、リードフレームを形成する工程と、前記導体部分が所定形状の断面を備えるように、前記導体部分をエッチングする工程とを含む方法である。第２の発明において、前記所定形状はＴ字形を含む。前記所定形状は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形を含む。第２の発明において、前記リードフレームに近接して基板を取り付ける工程をさらに含み、前記基板は、前記導体部分に近接する第１の面と前記導体部分から遠位にある第２の面とを有しており、前記基板の前記第１の面上に１又は複数の磁界変換器が配置される。前記所定形状はＴ字形を含む。前記所定形状は、前記リードフレームの厚みよりも薄い最小寸法の矩形を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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〜１２ｈ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１６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。
【００１７】
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）。
【００１８】
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２２ａ〜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。
【００１９】
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 Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ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。
【００２０】
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１２ｃ、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１８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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の開口部を有する導体部分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７６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。
【００３１】
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。
【００３２】
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７４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。
【００３３】
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９４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、７８ｂ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７８ａ、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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７８ａ、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。
【００３７】
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１００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、１０３ｂ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。
【００３８】
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１００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。
【００３９】
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１２６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、１２８ｂ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。
【００４０】
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１２８ａ、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１４４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。
【００４１】
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１００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。
【００４２】
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１２８ａ〜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。
【００４３】
図７６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１６６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。
【００４４】
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１７２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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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 ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ 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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１８４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。
【００５２】
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２０８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〜２０２ｄ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。
【００５３】
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２０４ａ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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ことができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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２０２ａ〜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２０４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２０４ｄ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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の近傍でより高い磁束密度になる。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。
【００６４】
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。
【００６５】
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〜２５２ｎ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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１（７６ａ、１６６ａ）及び第２の面（７６ｂ、１６６ｂ）と、該基板の第１の面上に配置されたボンディングパッドとを有する基板（７６、１６６）と、
前記基板の第１の面上に配置された一つ以上の磁界検知素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）と、
リードフレーム（７２）とを具備する磁界センサであって、該リードフレーム（７２）は、
夫々が別個の軸線を有する複数のリード（７２ａ−７２ｈ、１５２ａ−１５２ｈ）であって、該複数のリードの各々が前記各軸線に沿って平坦である前記複数のリードと、
前記複数のリードの少なくとも二つのリードを連結するように形成された導体部分（７４、１５４）であって、前記基板が前記リードフレーム（７２）上に、該リードフレーム近傍の基板の第１の面と該リードフレームから遠位の位置の該基板の第２の面とがフリップチップになるよう配置され、且つ前記導体部分（７４、１５４）が前記一つ以上の磁界検知素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍に配置された、前記導体部分（７４、１５４）とを備え、
該磁界センサは、更に、
前記ボンディングパッドと前記リードフレーム（７２）のリードとの間に配置された複数のはんだボール（１６０ａ−１６０ｃ）と、
前記基板の前記第１の面と前記リードフレーム（７２）との間に配置された絶縁体（１６４）であって、該絶縁体は前記導体部分（７４、１５４）を前記基板から絶縁する前記絶縁体（１６４）とを具備する、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、前記一つ以上の磁界検知素子はホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）であり、該ホール効果素子は、前記基板の第１の面に沿った所定の方向のホール効果素子の幅を有し、
前記導体部分（７４、１５４）は、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）を取り囲む開口形状の開口部を備え、
前記開口部は、前記所定方向の幅（ｗ２）により分離される対向する側部を備え、
前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）に対する前記開口部の幅（ｗ２）は、前記導体部分を通過する電流に対する前記ホール効果素子のより高い選択感度を提供するように設定されると共に、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）に対する前記開口部の幅（ｗ２）は、また前記開口部内において前記ホール効果素子の相対位置の製造公差に起因する性能のばらつきが選択した量になるように設定される、磁界センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の磁界センサにおいて、前記一つ以上の磁界検知素子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４】
請求項２に記載の磁界センサにおいて、前記基板の第２の面上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５】
請求項２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、前記基板の第１の面の近傍に配置され、且つ前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍であって且つ前記狭窄部分の開口形状内にて前記基板の第２の面から遠位の位置に配置される、磁界センサ。
【請求項６】
請求項２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、
前記基板の第２の面上に配置した磁束収束層（１８４）と、
前記基板の第１の面の近傍に配置された磁束集中器部分であって、該磁束集中器部分は、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍であって且つ前記開口形状内にて前記基板の第２の面から遠位の位置に配置された前記磁束集中器部分とを備える、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、前記基板を取り囲むパッケージを更に備え、
該パッケージは、底面を有し、前記複数のリードの底面及び前記導体部分の底面は、前記パッケージの底面と同一の面である、磁界センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の磁界センサにおいて、前記複数のリードの底面及び前記導体部分の底面は、前記パッケージから外部へ曝されている、磁界センサ。
【請求項１】
対向する第１（７６ａ、１６６ａ）及び第２の面（７６ｂ、１６６ｂ）と、該基板の第１の面上に配置されたボンディングパッドとを有する基板（７６、１６６）と、
前記基板の第１の面上に配置された一つ以上の磁界検知素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）と、
リードフレーム（７２）とを具備する磁界センサであって、該リードフレーム（７２）は、
夫々が別個の軸線を有する複数のリード（７２ａ−７２ｈ、１５２ａ−１５２ｈ）であって、該複数のリードの各々が前記各軸線に沿って平坦である前記複数のリードと、
前記複数のリードの少なくとも二つのリードを連結するように形成された導体部分（７４、１５４）であって、前記基板が前記リードフレーム（７２）上に、該リードフレーム近傍の基板の第１の面と該リードフレームから遠位の位置の該基板の第２の面とがフリップチップになるよう配置され、且つ前記導体部分（７４、１５４）が前記一つ以上の磁界検知素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍に配置された、前記導体部分（７４、１５４）とを備え、
該磁界センサは、更に、
前記ボンディングパッドと前記リードフレーム（７２）のリードとの間に配置された複数のはんだボール（１６０ａ−１６０ｃ）と、
前記基板の前記第１の面と前記リードフレーム（７２）との間に配置された絶縁体（１６４）であって、該絶縁体は前記導体部分（７４、１５４）を前記基板から絶縁する前記絶縁体（１６４）とを具備する、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、前記一つ以上の磁界検知素子はホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）であり、該ホール効果素子は、前記基板の第１の面に沿った所定の方向のホール効果素子の幅を有し、
前記導体部分（７４、１５４）は、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）を取り囲む開口形状の開口部を備え、
前記開口部は、前記所定方向の幅（ｗ２）により分離される対向する側部を備え、
前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）に対する前記開口部の幅（ｗ２）は、前記導体部分を通過する電流に対する前記ホール効果素子のより高い選択感度を提供するように設定されると共に、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）に対する前記開口部の幅（ｗ２）は、また前記開口部内において前記ホール効果素子の相対位置の製造公差に起因する性能のばらつきが選択した量になるように設定される、磁界センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の磁界センサにおいて、前記一つ以上の磁界検知素子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４】
請求項２に記載の磁界センサにおいて、前記基板の第２の面上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５】
請求項２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、前記基板の第１の面の近傍に配置され、且つ前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍であって且つ前記狭窄部分の開口形状内にて前記基板の第２の面から遠位の位置に配置される、磁界センサ。
【請求項６】
請求項２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、
前記基板の第２の面上に配置した磁束収束層（１８４）と、
前記基板の第１の面の近傍に配置された磁束集中器部分であって、該磁束集中器部分は、前記ホール効果素子（７８ａ、７８ｂ、１５８）の近傍であって且つ前記開口形状内にて前記基板の第２の面から遠位の位置に配置された前記磁束集中器部分とを備える、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、前記基板を取り囲むパッケージを更に備え、
該パッケージは、底面を有し、前記複数のリードの底面及び前記導体部分の底面は、前記パッケージの底面と同一の面である、磁界センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の磁界センサにおいて、前記複数のリードの底面及び前記導体部分の底面は、前記パッケージから外部へ曝されている、磁界センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【公開番号】特開２０１３−７９９７３（Ｐ２０１３−７９９７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２７１９２８（Ｐ２０１２−２７１９２８）
【出願日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【分割の表示】特願２００９−１５１８５１（Ｐ２００９−１５１８５１）の分割
【原出願日】平成１６年３月２９日（２００４．３．２９）
【出願人】（５０１１０５６０２）アレグロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【分割の表示】特願２００９−１５１８５１（Ｐ２００９−１５１８５１）の分割
【原出願日】平成１６年３月２９日（２００４．３．２９）
【出願人】（５０１１０５６０２）アレグロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド (55)
【Ｆターム（参考）】
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