JP7560340B2

JP7560340B2 - 電流検出器及びパワーモジュール

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Publication number: JP7560340B2
Application number: JP2020203788A
Authority: JP
Inventors: 康亮池田; 理松嵜
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2024-10-02
Anticipated expiration: 2040-12-08
Also published as: JP2022091071A

Description

本発明は、電流検出器及びパワーモジュールに関する。

従来、電力損失の少ない電流検出器として、コイル（いわゆるロゴスキーコイル）を備える電流検出器が知られおり（例えば、特許文献１参照）、このようなコイルを備える電流検出器をパワーモジュールに適用することも知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなパワーモジュールによれば、電流検出器としてシャント抵抗を用いた場合と比較して、検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が少なくて済む。

近年、電源装置（電力変換回路）やパワーモジュールの小型化の要請に伴い、パワーモジュール内に組み込まれる電流検出器の一層の小型化が求められている。そこで、シリコン基板等の基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用して電流検出器をより一層小型化することが考えられる。

本発明の発明者らは、微細加工を施すＭＥＭＳ技術を電流検出器に適用することを目的として鋭意研究を行った結果、高抵抗基体にコイルを形成した第１の先願に係る電流検出器８００を発明し、特願２０１９―０８４８２７号としてすでに出願している。第１の先願に係る電流検出器８００は、高抵抗のシリコン基体８１０の中央部に導電性の主電流導通部８２０が形成され、シリコン基体８１０の周縁部にコイル（ロゴスキーコイル）８３０が形成されたものである（図１２参照）。コイル８３０は、シリコン基体８１０の表面及び裏面に導体膜を形成し、当該導体膜同士をビアを介して接続することで形成されている。

第１の先願に係る電流検出器８００によれば、コイル８３０を高抵抗のシリコン基体８１０に形成するため、ＭＥＭＳ技術を適用して電流検出器を形成することができ、電流検出器の小型化を実現することができる。また、高抵抗のシリコン基体８１０を用いるため、接地線から主電流導通部８２０に入り込むノイズがコイル８３０に与える影響を低減することができる。

しかしながら、第１の先願に係る電流検出器８００においては、中央部に導電性の主電流導通部８２０を備えるため、高温動作となったときに、主電流導通部８２０からシリコン基体８１０に熱が伝導し、温度特性によってシリコン基体８１０のインピーダンスが低下してノイズを低減する効果が薄れる場合があり、電流を高い精度で測定することが難しい場合があることがわかった。そこで、本発明の発明者らは、主電流導通部８２０を形成する代わりに基体９１０の中央部に貫通孔９５３を形成し、貫通孔９５３内に接続子ＣＬを配置して主電流を導通させる第２の先願に係る電流検出器９００を発明し（図１３参照）、こちらも特願２０１９－２１４４４２号としてすでに出願している。

第２の先願に係る電流検出器９００は、図１４に示すように、基体側貫通孔９１２を有する基体９１０と、基体９１０に形成され、基体側貫通孔９１２と離隔して基体側貫通孔９１２を取り囲む位置（周縁部）に配置されたコイル部９３０と、基体９１０を覆う絶縁部９４０と、絶縁部９４０の表面に設けられた接合部金属膜９５０と、接合部金属膜９５０に接合材９６０を介して接合され、回路基板に取り付けるための取付部９７０とを備える。

特開２００６－１８９３１９号公報特開２０００－１７１４９１号公報

しかしながら、第２の先願に係る電流検出器９００においては、貫通孔９５３内に配置された接続子ＣＬから基体９１０の周縁部に形成されたコイル部９３０までの長さが場所によって大きく異なる。例えば、図１４において、断面で見て接続子ＣＬの一方側のコイル部９３０までの長さＬ２は、他方側のコイル部９３０までの長さＬ１よりも長くなる。従って、接続子ＣＬを流れる電流によって誘導される電流に偏りが生じ易く、高い精度で接続子ＣＬ流れる電流を検出することが難しい、という問題がある。さらにまた、樹脂封止したリング状の電流検出器を安定して固定することは難しいことから、樹脂封止したリング状の電流検出器を実装することは容易ではない、という問題もある。

そこで本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、小型化することが可能で、かつ、高い精度で電流検出が可能で、かつ、樹脂封止したリング状の電流検出器を容易に実装することが可能な電流検出器を提供することを目的とする。

本発明の電流検出器は、中央部にフレーム貫通孔が形成されたロゴスキーコイル実装フレームと、前記ロゴスキーコイル実装フレーム上に絶縁性接合材を介して配置されており、前記フレーム貫通孔に対応した位置に基体貫通孔を有する基体、及び、前記基体に形成され、前記基体貫通孔と離隔して前記基体貫通孔を取り囲む位置に配置されたコイル部を有するロゴスキーコイルと、前記コイル部と接続され、外部に向かって延びる検出用センス接続子と、前記フレーム貫通孔内及び前記基体貫通孔内を通るように配置された筒状部、及び、前記筒状部の端部と連結された平板部を有し、平面的に見て中央部に前記筒状部及び前記平板部を貫通する接続子貫通孔が形成されており、前記接続子貫通孔の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子と、少なくとも前記筒状部の前記雌ネジと前記検出用センス接続子の先端部分とが露出した状態で、前記ロゴスキーコイル実装フレーム、前記ロゴスキーコイル、前記検出用センス接続子及び前記雌ネジ型接続子を封止する封止樹脂とを備えることを特徴とする。

本発明のパワーモジュールは、フォース端子を有するモジュール本体と、本発明の電流検出器とを備え、前記電流検出器は、前記フォース端子に導電性のネジでねじ止めされていることを特徴とする。

本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、フレーム貫通孔内及び基体貫通孔内を通るように配置された筒状部、及び、筒状部の端部と連結された平板部を有し、平面的に見て中央部に筒状部及び平板部を貫通する接続子貫通孔が形成されており、接続子貫通孔の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子を備えるため、雌ネジ型接続子の筒状部からロゴスキーコイルのコイル部までの距離が均等になる。従って、雌ネジ型接続子及びネジを流れる電流によってコイル部に誘導される電流に偏りが生じ難く、雌ネジ型接続子及びネジに流れる電流を高い精度で検出することができる。

また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、接続子貫通孔の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子を備えるため、電流検出器をネジでパワーモジュールにねじ止めすることで電流検出器をパワーモジュールに固定することができる。従って、樹脂封止したリング状の電流検出器を容易に実装することが可能となる。

また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、フレーム貫通孔に対応した位置に基体貫通孔を有する基体、及び、基体に形成され、基体貫通孔と離隔して基体貫通孔を取り囲む位置に配置されたコイル部を有するロゴスキーコイルを備えるため、基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用することができ、小型化されたロゴスキーコイルを形成することができる。従って、電源装置（電力変換回路）やパワーモジュールの小型化の要請に適した電流検出器及びパワーモジュールとなる。

また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、中央部にフレーム貫通孔が形成されたロゴスキーコイル実装フレームを備えるため、製造時において樹脂封止する際、ロゴスキーコイルをロゴスキーコイル実装フレーム上に配置することでロゴスキーコイルの位置を固定した状態とすることができる。その結果、樹脂封止する際にロゴスキーコイルの位置決めを高い精度で行うことができる。

実施形態に係る電流検出器１を説明するために示す図である。なお、図１（ａ）は電流検出器１の斜視図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。実施形態に係る電流検出器１の内部構造を説明するために示す図である。なお、図２においては、封止樹脂６０の図示を省略し、かつ、製造時においてロゴスキーコイル実装フレーム１０が外枠１９と連結されている様子を表している。実施形態におけるロゴスキーコイル２０を説明するために示す図である。図３（ａ）はロゴスキーコイル２０の平面図及び要部拡大平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。実施形態における雌ネジ型接続子５０の斜視図である。実施形態における接続子延在部５４，５５，５６及び検出用センス接続子４０とコイル部２２とが重なる領域Ｒ１～Ｒ４について説明するために示す図である。実施形態に係るパワーモジュール１００を説明するために示す斜視図である。なお、符号１２０は端子を示す。ロゴスキーコイル実装フレーム準備工程を説明するために示す図である。図７（ａ）は平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ－Ｃ断面図を示す（図８～図１１において同じ）ロゴスキーコイル実装フレームに絶縁性接合材を塗布した様子を示す図である。ロゴスキーコイル搭載工程を説明するために示す図である。雌ネジ型接続子及び検出用センス接続子搭載工程を説明するために示す図である。樹脂封止工程を説明するために示す図である。第１の先願に係る電流検出器８００を示す側面図である。なお、符号Chipは半導体素子を示し、符号ＣＬは接続子を示し、符号ＳＵＢは基板を示し、符号Ｓはソース電極を示し、符号Ｄはドレイン電極を示す。第１の先願に係る電流検出器８００を基板ＳＵＢに実装した様子を説明するために示す斜視図である。第２の先願に係る電流検出器９００の問題点を説明するために示す断面図である。

以下、本発明の電流検出器及びパワーモジュールについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［実施形態］
１．実施形態に係る電流検出器１の構成
実施形態に係る電流検出器１は、図１（ａ）に示すように、略正方形の表面Ｓ１及び裏面Ｓ２、略長方形（厳密には裏面Ｓ２側がやや広い台形形状）の側面Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６で構成された略直方体形状をしており、中央部に表面Ｓ１から裏面Ｓ２に貫通する接続子貫通孔５３が形成されている。接続子貫通孔５３の内表面には雌ネジが形成されている。実施形態に係る電流検出器１は、封止樹脂６０で封止されており、表面Ｓ１には、後述する雌ネジ型接続子５０の平板部５２が露出している。裏面Ｓ２には筒状部５１の端部、及び、ロゴスキーコイル実装フレーム１０の底部１１が露出している（図１（ｂ）参照）。また、側面Ｓ３においては、中央付近における電流検出器１の厚さ方向のやや上方に所定の間隔をあけて一対の検出用センス接続子４０が外側に向かって延びている。

実施形態に係る電流検出器１は、図１及び図２に示すように、ロゴスキーコイル実装フレーム１０と、ロゴスキーコイル２０と、検出用センス接続子４０と、雌ネジ型接続子５０と、封止樹脂６０とを備える。

ロゴスキーコイル実装フレーム１０は、中央部にフレーム貫通孔１３が形成された金属製（例えば、銅製）のフレームである。ロゴスキーコイル実装フレーム１０は、底部１１と、３つのフレーム延在部１６，１７，１８（図２参照）とを有する。
底部１１は中央にフレーム貫通孔１３が形成された略矩形のリング形状をしている。矩形の４つの角部には各角部を覆うように形成された耳部を有する。底部１１の上側の面にはロゴスキーコイル２０を載置するためのロゴスキーコイル載置面が形成されている。底部１１の下側の面は、封止樹脂６０から露出している。

３つのフレーム延在部１６，１７，１８は、図２に示すように、底部１１（ロゴスキーコイル２０が配置されている領域）の側面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６側の３辺から外側に向かって延びるように形成されている。３つのフレーム延在部１６，１７，１８は、それぞれ傾斜部１４と平坦部１２とで構成されている。傾斜部１４は、図１（ｂ）に示すように、断面で見て底部１１から斜め上方に折れ曲がって伸びている。平坦部１２は、３つの傾斜部１４のそれぞれの端部から水平方向に向かって延びている。３つのフレーム延在部１６，１７，１８の各平坦部１２には、上方（接続子延在部が配置される側）に向かって突出した凸部１５が設けられている。３つのフレーム延在部１６，１７，１８は、製造過程において、図２に示すように、先端部が外枠１９と接続されている。すなわち、ロゴスキーコイル実装フレーム１０は、リードフレームから外枠１９を切り離して形成されたものである。

ロゴスキーコイル２０は、図１（ｂ）に示すように、ロゴスキーコイル実装フレーム１０上に絶縁性接合材７０を介して配置されており、図３に示すように、フレーム貫通孔１３に対応した位置に基体貫通孔２３を有する基体２１、基体２１に形成され、基体貫通孔２３と離隔して基体貫通孔２３を取り囲む位置に配置されたコイル部２２、及び戻し線２４を有する。

基体２１は、中央部に矩形状の基体貫通孔２３が形成されており、図３（ｂ）に示すように、基体本体３０の表面（基体２１とコイル部２２との間を含む）には絶縁膜３１が形成されている。絶縁膜３１の厚さは、０．１μｍ～１０μｍの範囲内にある。

基体２１の材料は、半導体基体又は絶縁基体であるが、実施形態においては、矩形平板状の高抵抗のシリコン基体であり、具体的には、ＦＺ（ＦｌｏａｔｉｎｇＺｏｎｅ）法で形成されたシリコン基体である。基体２１を高抵抗のシリコン基体としているため、従来から一般的に用いられてきたシリコン基体に用いるＭＥＭＳ技術を十分に活用することができる。

基体２１の比抵抗は、１００Ωｃｍ～１×１０^７Ωｃｍの範囲内にあり、１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍであることがより好ましい。これにより、接地線を介して筒状部５１及びネジＢにノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが基体２１を通してコイル部２２、ひいては積分器に入り込むことを確実に防ぐことができる。すなわち、基体２１そのものがノイズフィルタとしての役割をすることになり、一般的にノイズ対策として必要なＹコンデンサやコモンモードチョーク等を用いなくても（用いた場合にはより一層）電流検出におけるノイズの影響を低減することができる。

基体２１の比抵抗を１００Ωｃｍ～１×１０^７Ωｃｍの範囲内としたのは以下の理由による。すなわち、基体２１の比抵抗が１００Ωｃｍ未満の場合には、電流検出器を電源装置（電力変換回路）に組み込んで使用した場合において接地線を介して筒状部５１及びネジＢにノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだときに、筒状部５１及びネジＢに入り込んだノイズが基体２１を通してコイル部２２（及び積分器）に入り込んでしまい、筒状部５１及びネジＢに流れる電流を高い精度で測定することが難しいからである。また、基体２１の比抵抗を１×１０^７Ωｃｍ以下としたのは、１×１０^７Ωｃｍ以上の高抵抗のシリコン基体を製造するのは実際上困難であるからである。

コイル部２２は、図３（ａ）に示すように、基体２１の周縁部（外周付近）に形成されている。コイル部２２において、一方の端部が電極接続片２９と接続されており、そこから基体２１の周縁部に沿って、らせん状（進行方向に向かって時計回りに旋回するらせん状）に基体２１の厚さを径としたコイルが形成されている。そして、基体２１の周縁部（基体貫通孔２３の周囲）に沿ってほぼ一周した位置で、コイル部２２の他方の端部が戻し線２４と接続されている。

コイル部２２は、図３（ａ）の右下図に示すように、基体２１の両面にそれぞれ形成された導体膜２５，２６を、基体２１の厚さ方向に並列に複数形成されたビア２７を介して接続することによって形成されたものである。コイル部２２は、空芯コイルであるロゴスキーコイルである。このため、インピーダンスが小さく、電流測定による電力損失が小さくなる。また、磁束が飽和せず大電流の測定に対応することができる。

戻し線２４は、一方の端部がコイル部２２と接続され、平面的に見て基体２１の基体貫通孔２３及びコイル部２２の外側位置（コイル部２２よりも基体２１の周端部側）に配置されている。また、戻し線２４の他方の端部が、電極接続片２９と並んで配置されている電極接続片２８と接続されている。従って、コイル部２２は、電極接続片２９から基体貫通孔２３を囲むようにほぼ一周し、そこから折り返して、戻し線２４は、コイル部２２の外側位置（コイル部２２よりも基体２１の周端部側）をほぼ一周して電極接続片２９の外側位置を過ぎた位置で、コイル部２２の内側位置に入り込み、電極接続片２８と接続されている。

なお、ロゴスキーコイルの特性上、コイル部２２で囲まれた面積を貫く磁束に対応した誘導電流が生じるが、戻し線２４によって、戻し線２４で囲まれた面積を貫く逆向きの磁束に対応した逆方向成分の誘導電流が生じて打ち消しあうため、基体貫通孔２３内を通して配置される雌ネジ型接続子５０の筒状部５１及びネジＢに導通する電流を正確に検出することができる。

一対の検出用センス接続子４０は、図２に示すように、コイル部２２の電極接続片２８，２９とそれぞれ接続され、図１（ａ）に示すように、水平方向に側面Ｓ３の方向に封止樹脂６０の外側まで延びている。一対の検出用センス接続子４０は外部の図示しない積分器と接続される。

雌ネジ型接続子５０は、図１及び図４に示すように、筒状部５１と平板部５２とを有し、平面的に見て中央部に筒状部５１及び平板部５２を貫通する接続子貫通孔５３が形成されており、接続子貫通孔５３の内表面には雌ネジが形成されている。

筒状部５１は、フレーム貫通孔１３内及び基体貫通孔２３内を通るように配置されている。筒状部５１の中央部には筒状部５１を貫通する接続子貫通孔５３が形成されており、接続子貫通孔５３の内表面には雌ネジが形成されている（図１（ｂ）参照）。筒状部５１は、裏面Ｓ２においては、筒状部５１の雌ネジ５３周辺が封止樹脂６０から露出しており、表面Ｓ１においては、雌ネジ５３周辺が封止樹脂６０から露出されているとともに平板部５２と連結されている。筒状部５１は、平面的に見てフレーム貫通孔１３及び基体貫通孔２３の形状（矩形形状）に合わせた形状となっており、角部がＲ面となるように面取りされている（図４参照）。

平板部５２は、筒状部５１の端部（ロゴスキーコイル実装フレーム１０側とは反対側の端部）と連結され、表面Ｓ１に沿って広がっている（図１（ｂ）及び図４参照）。平板部５２は、平面的に見て筒状部５１の周囲を囲む領域５８、及び、そこから側面Ｓ４，Ｓ５、Ｓ６に向かってそれぞれ延在する部分（接続子延在部５４，５５，５６）で構成されている。筒状部５１の周囲を囲む領域５８は、平面的に見て電流検出器１の各側面Ｓ３～Ｓ６のそれぞれの中央側に角がくるように形成された菱形から側面Ｓ３側の角を切り落とした形状をしている。

３つの接続子延在部５４，５５，５６は、図２及び図５に示すように、平面的に見て接続子貫通孔５３からロゴスキーコイル２０のコイル部２２が形成されている領域を横断して外側に（それぞれ側面Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６に）向かって延びている。２つの接続子延在部５４，５６は、それぞれ側面Ｓ４，Ｓ６に向かって互いに反対方向に延びている。接続子延在部５５は、側面Ｓ５に向かって延びており、側面Ｓ３に向かって延びている検出用センス接続子４０とは反対方向に延びている。
図５に示すように、平面的に見て３つの接続子延在部５４，５５，５６のそれぞれがコイル部２２と重なる領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の面積はそれぞれ等しくなっている。また、
平面的に見て３つの接続子延在部５４，５５，５６がコイル部２２と重なる領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の面積は、一対の検出用センス接続子４０の両方がコイル部２２と重なる領域Ｒ４の面積の合計とそれぞれ等しくなっている。

３つの接続子延在部５４，５５，５６はそれぞれ、３つのフレーム延在部１６，１７，１８と重なる領域に延びている。３つの接続子延在部５４，５５，５６の先端部分にはそれぞれ、フレーム延在部１６，１７，１８の先端部に形成された凸部１５と対応する孔５７が形成されており、凸部１５と孔５７はそれぞれ係合されている。

封止樹脂６０は、耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成されている。

このような電流検出器１は、図６に示すように、モジュール本体１１０上にねじ止めされている（実施形態に係るパワーモジュール１００）。具体的には、３つのフォース端子を有するモジュール本体１１０の上面に、それぞれバスバーＢＵＳ２を介して３つの電流検出器１を配置する。フォース端子は雌ネジが形成されており、電流検出器１の雌ネジとそれぞれ対応した位置に電流検出器１を配置する。そして、各電流検出器１の上にバスバーＢＵＳ１を配置し、導電性のネジＢでねじ止めする。これにより、３つの電流検出器１はそれぞれ、フォース端子に導電性のネジＢでねじ止めすることができる。

電流検出器１は、モジュール本体１１０のフォース端子から筒状部５１及びネジＢに流れる電流を検出する。筒状部５１及びネジＢに電流が流れると、コイル部２２に誘導電流が流れ、検出用センス接続子４０を介して増幅器（図示せず）に流れる。当該増幅器で増幅することで筒状部５１及びネジＢに流れる電流を検出する。

２．実施形態における電流検出器の製造方法
実施形態における電流検出器の製造方法は、図７～図１１に示すように、ロゴスキーコイル実装フレーム準備工程と、ロゴスキーコイル搭載工程と、雌ネジ型接続子及びセンス接続子搭載工程と、樹脂封止工程とをこの順序で含む。

（１）ロゴスキーコイル実装フレーム準備工程
まず、３つのフレーム延在部１６，１７，１８の先端がそれぞれ外枠１９と連結されているロゴスキーコイル実装フレーム１０のリードフレーム１０’を所定の治具（図示せず）に設置する（図７参照）。

（２）ロゴスキーコイル搭載工程
次に、ロゴスキーコイル実装フレーム１０の底部１１の上面の所定の領域（ロゴスキーコイル載置面）に例えばディスペンサーで絶縁性接合材７０を塗布する（図８参照）。次に、ロゴスキーコイル２０を電極接続片２８，２９が上面となるように、底部１１上に絶縁性接合材７０（絶縁性接着剤）を介して配置する（図９参照）。

（３）雌ネジ型接続子及び検出用センス接続子搭載工程
次に、ロゴスキーコイル２０の電極接続片２８，２９上及び３つのフレーム延在部１６，１７，１８の所定の領域にディスペンサーで導電性接合材（例えば、はんだ）を塗布する。次に、一対の検出用センス接続子４０のそれぞれの端部が電極接続片２８，２９上に配置し、一対の検出用センス接続子４０水平方向に延在するように検出用センス接続子４０を配置する。また、３つのフレーム延在部１６，１７，１８それぞれの凸部１５と、３つの接続子延在部５４，５５，５６それぞれに形成された孔５７が係合するとともに、筒状部５１がフレーム貫通孔１３及び基体貫通孔２３の内側を貫通するように雌ネジ型接続子５０を配置する（図１０参照）。このとき、筒状部５１の裏面Ｓ２側の表面と、ロゴスキーコイル実装フレーム１０の底部１１とは同一平面となるように配置される。

（４）樹脂封止工程
次に、リードフレーム１０’の外枠１９を把持した状態でトランスファーモールドによって、封止樹脂６０で封止する。次に、外枠１９とフレーム延在部１６，１７，１８との連結を切断する（図１１参照）。

このようにして、実施形態に係る電流検出器１を製造することができる。

３．実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００の効果
実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、フレーム貫通孔１３内及び基体貫通孔２３内を通るように配置された筒状部５１、及び、筒状部５１の端部と連結された平板部５２を有し、平面的に見て中央部に筒状部５１及び平板部５２を貫通する接続子貫通孔５３が形成されており、接続子貫通孔５３の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子５０を備えるため、雌ネジ型接続子５０の筒状部５１からロゴスキーコイル２０のコイル部２２までの距離が均等になる。従って、雌ネジ型接続子５０及びネジＢを流れる電流によってコイル部２２に誘導される電流に偏りが生じ難く、雌ネジ型接続子５０及びネジＢに流れる電流を高い精度で検出することができる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、接続子貫通孔５３の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子５０を備えるため、電流検出器１をネジＢでパワーモジュールにねじ止めすることで電流検出器１をパワーモジュールに固定することができる。従って、樹脂封止したリング状の電流検出器を容易に実装することが可能となる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、フレーム貫通孔１３に対応した位置に基体貫通孔２３を有する基体２１、及び、基体２１に形成され、基体貫通孔２３と離隔して基体貫通孔２３を取り囲む位置に配置されたコイル部２２を有するロゴスキーコイル２０を備えるため、基体２１に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用することができ、小型化されたロゴスキーコイル２０を形成することができる。従って、電源装置（電力変換回路）やパワーモジュールの小型化の要請に適した電流検出器となる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、中央部にフレーム貫通孔１３が形成されたロゴスキーコイル実装フレーム１０を備えるため、製造時において樹脂封止する際、ロゴスキーコイル２０をロゴスキーコイル実装フレーム１０上に配置することでロゴスキーコイル２０の位置を固定した状態とすることができる。その結果、樹脂封止する際にロゴスキーコイル２０の位置決めを高い精度で行うことができる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、平面的に見て接続子延在部５４，５５，５６がコイル部２２と重なる面積は、一対の検出用センス接続子４０の両方がコイル部２２と重なる領域の面積の合計と等しいため、一対の検出用センス接続子４０がコイルに与える影響と、接続子延在部５５がコイル部２２に与える影響（例えば、コイル部２２に発生する誘導電流）を互いに打ち消しあうことができる。その結果、ノイズが小さくなり、高い精度で電流検出を行うことができる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、接続子延在部５４，５５，５６とフレーム延在部１６，１７，１８とはそれぞれ係合されているため、製造時において、ロゴスキーコイル実装フレーム１０、ロゴスキーコイル実装フレーム１０に接合されているロゴスキーコイル２０、及び、雌ネジ型接続子５０の位置を固定することができる。その結果、ロゴスキーコイル実装フレーム１０、ロゴスキーコイル２０、及び、雌ネジ型接続子５０を高い精度で位置決めすることができる。

また、実施形態に係る電流検出器１及びパワーモジュール１００によれば、フレーム延在部１６，１７，１８は、接続子延在部５４，５５，５６側（上側）に突出した凸部１５を有し、接続子延在部５４，５５，５６は、１５凸部に対応した孔５７を有し、凸部１５と孔５７とは係合されているため、製造時において、ロゴスキーコイル実装フレーム１０、ロゴスキーコイル２０、及び、雌ネジ型接続子５０を確実に位置決めすることができる。

また、実施形態に係るパワーモジュール１００によれば、電流検出器１は、フォース端子に導電性のネジＢでねじ止めするため、樹脂封止したリング状の電流検出器をモジュール本体１１０上に容易に実装することができる。また、電流検出器１の筒状部５１及びネジＢに流れる電流をコイル部２２を用いて検出することができる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記実施形態においては、電流検出器をパワーモジュールに実装したが、本発明はこれに限定されるものではない。一般的な電力変換回路、電気回路、電気機器等、導体部材に流れる適宜の回路、機器等に実装してもよい。このとき、基板等に雌ネジが形成されているときには電流検出器をねじ止めして固定することができる。また、実装せずに独立した電流検出器として用いてもよい。

（３）上記実施形態において、接続子延在部を３本形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。接続子延在部を１本、又は２本にしてもよいし、設けなくてもよい。なお、２本の場合には、互いに反対方向に延在する位置に設けるのが好ましく、１本の場合、検出用センス接続子４０の反対方向に延在する位置に設けるのが好ましい。

（４）上記実施形態において、３本の接続子延在部をそれぞれ電流検出器の側面に向かって延ばしたが、本発明はこれに限定されるものではない。接続子延在部を電流検出器の角部に向かって延ばしてもよい。

（５）上記実施形態において、フレーム延在部を３本形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。フレーム延在部を１本、又は２本にしてもよいし、設けなくてもよい

（６）上記実施形態において、貫通孔が矩形の電流検出器を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。貫通孔が多角形の電流検出器や円形の電流検出器等その他適宜の形状の貫通孔を有する電流検出器を用いてもよい。

（７）上記実施形態において、外形が矩形の電流検出器を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。外形が多角形の電流検出器や円形の電流検出器等その他適宜の形状の外形を有する電流検出器を用いてもよい。

（８）上記実施形態において、基体として、ＦＺ法で形成された高抵抗のシリコン基体を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。基体として、ＭＣＺ法で形成されたシリコン基体を用いてもよいし、比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にある、その他の方法で形成されたシリコン基体であってもよい。なお、シリコン基体の比抵抗の上限を２２００００Ωｃｍとしたのは、物性的にこれ以上の比抵抗を有するシリコン基体を製造することが困難だからである。

（９）上記実施形態において、基体をシリコン基体としたが、本発明はこれに限定されるものではない。基体をＳｉＣ基体としてもよい。この場合には、基体のうち少なくとも導体部材とコイルとの間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０^７Ωｃｍの範囲内にある必要がある。基体がＳｉＣ基体である場合にはバンドギャップが広く比抵抗が高い基体としやすいだけでなく、近年、ＳｉＣ基体に対するＭＥＭＳ加工技術も進んできており、加工しやすい。また、ＧａＮ基体、サファイア基体等のシリコン基体やＳｉＣ基体以外の半導体基体であってもよい。また、半導体基体以外の絶縁性基体を用いてもよい。

（１０）上記実施形態において、戻し線を、平面的に見て、コイルで囲まれている領域の外側に配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。戻し線を、平面的に見て、コイルで囲まれている領域の内側に配置してもよいし、コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置してもよい。コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置した場合には、平面的に見て、戻し線がコイルで囲まれている領域の内側に配置されている部分における戻し線とコイルとの間の領域の面積を、戻し線がコイルで囲まれている領域の外側に配置されている部分における戻し線とコイルとの間の領域の面積と等しくする方が好ましい。この場合には、コイルで囲まれた領域を貫く磁束によって生じる誘導電流と、戻し線で囲まれた面積を貫く磁束によって生じる誘導電流とをより均等に打ち消しあうため、導体部材に導通する電流をより正確に検出することができる。

１…電流検出器、１０…ロゴスキーコイル実装フレーム、１３…フレーム貫通孔、１５…凸部、１６，１７，１８…フレーム延在部、２０…ロゴスキーコイル、２１…基体、２２…コイル部、２３…基体貫通孔、４０…検出用センス接続子、５０…雌ネジ型接続子、５１…筒状部、５２…平板部、５３…接続子貫通孔、５４，５５，５６…接続子延在部、５７…孔、６０…封止樹脂、７０…絶縁性接合材、１００…パワーモジュール、１１０…モジュール本体、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…接続子延在部とコイル部が重なる領域、Ｂ…ネジ

Claims

フォース端子を有するモジュール本体と、
前記フォース端子に導電性のネジでねじ止めされている電流検出器とを備え、
前記電流検出器は、
中央部にフレーム貫通孔が形成されたロゴスキーコイル実装フレームと、
前記ロゴスキーコイル実装フレーム上に絶縁性接合材を介して配置されており、前記フレーム貫通孔に対応した位置に基体貫通孔を有する基体、及び、前記基体に形成され、前記基体貫通孔と離隔して前記基体貫通孔を取り囲む位置に配置されたコイル部を有するロゴスキーコイルと、
前記コイル部と接続され、外部に向かって延びる検出用センス接続子と、
前記フレーム貫通孔内及び前記基体貫通孔内を通るように配置された筒状部、及び、前記筒状部の端部と連結された平板部を有し、平面的に見て中央部に前記筒状部及び前記平板部を貫通する接続子貫通孔が形成されており、前記接続子貫通孔の内表面には雌ネジが形成されている雌ネジ型接続子と、
少なくとも前記筒状部の前記雌ネジ、前記筒状部の端部、前記検出用センス接続子の先端部分、前記雌ネジ型接続子の前記平板部、及び、前記ロゴスキーコイル実装フレームの底部が露出した状態で、前記ロゴスキーコイル実装フレーム、前記ロゴスキーコイル、前記検出用センス接続子及び前記雌ネジ型接続子を封止する封止樹脂とを有し、
前記ロゴスキーコイル実装フレームの底部及び前記筒状部の一の端部を一のバスバーが覆っており、かつ、前記雌ネジ型接続子の前記平板部及び前記筒状部の他の端部を他のバスバーが覆っており、
前記一のバスバー、前記電流検出器及び前記他のバスバーは、前記ネジにより前記一のバスバー、前記電流検出器及び前記他のバスバーを貫通した状態で前記フォース端子にねじ止めされていることを特徴とするパワーモジュール。