(57)【要約】【課題】電流検出用抵抗器周辺のインダクタンスを低減する。【解決手段】扁平な抵抗体１１と、抵抗体１１の下面１１ａに積層される第１電極ブロック１２と、抵抗体１１の上面１１ｂに積層される第２電極ブロック１３と、を備えたシャント抵抗器１０が配線上に実装された実装構造１００は、第１電極ブロック１２が接続される第１配線パターン４３と、第２電極ブロック１３が接続される第２配線パターン４４と、を備え、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分と第２配線パターン４４に接続される部分との間において、第１配線パターン４３に対向して延びる第１対向部１５を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な抵抗体と、前記抵抗体の下面に積層される第１電極ブロックと、前記抵抗体の上面に積層される第２電極ブロックと、を備えた電流検出用抵抗器が配線上に実装された電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記第１電極ブロックが接続される第１配線と、
前記第２電極ブロックが接続される第２配線と、を備え、
前記第２電極ブロックは、前記抵抗体の前記上面に接続される部分と前記第２配線に接続される部分との間において、前記第１配線に対向して延びる第１対向部を有する、
電流検出用抵抗器の実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記第１配線から分岐する分岐配線と、
前記分岐配線を介して前記第１配線に接続される第１電圧配線と、
前記第２電極ブロックが接続される第２電圧配線と、をさらに備え、
前記第２電極ブロックは、前記抵抗体の前記上面に接続される部分と前記第２電圧配線に接続される部分との間において、前記分岐配線に対向して延びる第２対向部を有する、
電流検出用抵抗器の実装構造。
【請求項３】
請求項２に記載の電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記第１対向部と前記第２対向部とは、互いに直交する方向に延びており、
前記第２電極ブロックは、前記第１対向部から前記第２対向部と同じ方向に延びる接続部を介して前記第２配線に接続される、
電流検出用抵抗器の実装構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記抵抗体の厚さは、１ｍｍよりも薄い、
電流検出用抵抗器の実装構造。
【請求項５】
配線上に実装される電流検出用抵抗器であって、
扁平な抵抗体と、
前記抵抗体の下面を第１配線に接続する第１電極ブロックと、
前記抵抗体の上面を第２配線に接続する第２電極ブロックと、を備え、
前記第２電極ブロックは、前記抵抗体の前記上面に接続される部分と前記第２配線に接続される部分との間において、前記第１配線に対向して延びる対向部を有する、電流検出用抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出用抵抗器の実装構造及び電流検出用抵抗器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１端子と、第２端子と、第１端子と第２端子との間に配置された抵抗体と、が厚み方向に積層された電流検出用抵抗器の実装構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１７０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような縦型の電流検出用抵抗器においては、下側の端子は第１配線に直接接続される一方、上側の端子は第１配線から離れて配置された第２配線にボンディングワイヤを介して接続される。このように接続された電流検出用抵抗器を高周波電流の検出に使用した場合、電流検出用抵抗器が接続される第１配線又は第２配線のインダクタンスの影響によって、電流検出精度が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、電流検出用抵抗器周辺のインダクタンスを低減し、電流検出用抵抗器による電流検出精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、扁平な抵抗体と、抵抗体の下面に積層される第１電極ブロックと、抵抗体の上面に積層される第２電極ブロックと、を備えた電流検出用抵抗器が配線上に実装された電流検出用抵抗器の実装構造は、第１電極ブロックが接続される第１配線と、第２電極ブロックが接続される第２配線と、を備え、第２電極ブロックは、抵抗体の上面に接続される部分と第２配線に接続される部分との間において、第１配線に対向して延びる第１対向部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
この態様によれば、抵抗体の上面を通過した電流が流れる第２電極ブロックは、抵抗体の下面へ向かう電流が流れる第１配線に対向して延びる第１対向部を有する。このように第１配線と第１対向部とを対向させることによって、第１配線において抵抗体の下面に向かう電流によって生じる磁束と第１対向部において抵抗体の上面を通過した電流によって生じる磁束とが相殺され、結果として、第１配線及び第１対向部におけるインダクタンスが低減される。このように電流検出用抵抗器周辺のインダクタンスが低減されることによって、電流検出用抵抗器による電流検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造を示す斜視図であり、電流検出用抵抗器の一部を透過して示す透過斜視図である。
【図２】図２は、電流検出用抵抗器が実装される回路基板の実装面を示す図である。
【図３】図３は、電流検出用抵抗器の底面を示す底面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面を示す断面図である。
【図５】図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す断面図である。
【図６】図６は、図３のＣ−Ｃ線に沿う断面を示す断面図である。
【図７】図７は、第２電極ブロックの素材の正面図である。
【図８】図８は、第２電極ブロックの素材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１〜６を参照して、本発明の実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造１００について説明する。
【００１１】
図１は、電流検出用抵抗器１０（以下、「シャント抵抗器１０」という。）が回路基板４０上に実装された実装構造１００を示す斜視図であり、シャント抵抗器１０の一部を透過して示す透過斜視図である。図２は、シャント抵抗器１０が実装される回路基板４０の実装面を示す図であり、図３は、回路基板４０に接合されるシャント抵抗器１０の底面を示す底面図である。図４〜６は、図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿うシャント抵抗器１０のそれぞれの断面を示す断面図である。
【００１２】
シャント抵抗器１０は、電流を検出するために用いられる抵抗器であり、例えば、パワーモジュールに搭載され、数十アンペアから数百アンペア程度の比較的大きな電流を検出するために使用される。図１に示される実装構造１００において、シャント抵抗器１０は、比較的大きな電流が流れる回路を有する回路基板４０上に実装される。
【００１３】
回路基板４０は、例えばガラスエポキシ基板やセラミック基板、メタルコア基板などからなる基板４１と、基板４１の一面に例えば銅箔などの導電性パターンにより形成される複数の配線パターンと、を有する。
【００１４】
基板４１には、図２に示すように、直線状に延びる第１配線としての第１配線パターン４３と、第１配線パターン４３が延びる方向に対して直交する方向に所定の間隔をあけて配置される第２配線としての第２配線パターン４４と、が形成される。また、第２配線パターン４４は、第１配線パターン４３が延びる方向において、第１配線パターン４３の一方の端部４３ａ寄りに位置している。
【００１５】
第１配線パターン４３には、図２及び図３に示すように、シャント抵抗器１０の後述の第１電極ブロック１２が第１ランド部５１において接合され、第２配線パターン４４には、シャント抵抗器１０の後述の第２電極ブロック１３が第２ランド部５２において接合される。第１ランド部５１は、第１配線パターン４３が延びる方向において、第１配線パターン４３の他方の端部４３ｂ寄り、つまり、第２配線パターン４４から最も離れた部分に位置し、第２ランド部５２は、第２配線パターン４４の略中央に位置している。なお、回路基板４０は、例えば、パワーモジュールの基板の一部を示したものであり、第１配線パターン４３及び第２配線パターン４４は、図２に示される形状から何れかの方向にさらに延びて形成されるものであってもよい。
【００１６】
この回路基板４０において、電流は、図２に矢印で示すように、第１配線パターン４３の一方の端部４３ａ側から第１配線パターン４３に沿って第１ランド部５１へ向かって流れ、シャント抵抗器１０を通過した後、第２ランド部５２を介して第２配線パターン４４に至る。なお、これは電流方向の例示であり、これに限定されず、逆方向に流すものでもよい。
【００１７】
回路基板４０に実装されるシャント抵抗器１０は、図１及び図３に示されるように、底面に三つの端子を有する略直方体状に形成された抵抗器ユニットである。
【００１８】
シャント抵抗器１０は、図４に示すように、上下方向に扁平な抵抗体１１と、導電性を有する金属材により形成される第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３と、を有する。抵抗体１１の下面１１ａには、第１電極ブロック１２が積層され、抵抗体１１の上面１１ｂには第２電極ブロック１３が積層される。
【００１９】
このように、扁平な抵抗体１１に対して上下に電極を積層することによって、シャント抵抗器１０は縦型構造の抵抗器となる。この実施例では、抵抗体１１には、図４に矢印で示されるように、第１配線パターン４３の第１ランド部５１に接合される第１電極ブロック１２から、第２配線パターン４４の第２ランド部５２に接合される第２電極ブロック１３へと向かう電流が流れる。
【００２０】
縦型構造のシャント抵抗器１０は、下面が平坦であるため、回路基板４０への実装が容易であり、また、下面の面積を小さくし実装面積を小さくすることで実装密度を向上させることが可能である。また、縦型構造のシャント抵抗器１０では、抵抗体１１が金属製の第１電極ブロック１２を介して基板４１に近接して配置されることになるため、基板４１を介して抵抗体１１で生じた熱を効率良く放熱させることができる。
【００２１】
また、縦型構造のシャント抵抗器１０では、電流が流れる方向における抵抗体１１の厚さＨ１を薄くすることによって自己インダクタンスを小さくすることが可能であり、インダクタンスに起因する高周波電流の検出誤差を抑制することもできる。
【００２２】
抵抗体１１は、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さＨ１が比較的薄い直方体状に形成される。なお、抵抗体１１は、積層方向に直交する断面形状が円形である円柱状に形成されたものであってもよい。
【００２３】
抵抗体１１の厚さＨ１は、シャント抵抗器１０の自己インダクタンス値が小さくなるように、数ｍｍ（ミリメートル）以下、例えば、０．２ｍｍ程度に設定される。一方、抵抗体１１の一辺の長さは、回路基板４０への実装を容易とするために、抵抗体１１の厚さＨ１よりも大きい数ｍｍ、例えば３ｍｍ程度に設定される。このように、抵抗体１１は、積層方向に直交する断面の面積と積層方向における厚さＨ１との比率（断面の面積／厚さＨ１）が、例えば４００〜６００となるように各寸法が設定される。
【００２４】
また、シャント抵抗器１０における電流経路は、抵抗体１１の厚さＨ１方向となるため、一般的なシャント抵抗器の電流経路に比べて短くなる。このため、抵抗体１１の比抵抗（体積抵抗値）は、一般的なシャント抵抗器の抵抗材料として用いられる合金単体の比抵抗に比べて大きな値に設定される。
【００２５】
シャント抵抗器１０が比較的大きな電流を検出するために用いられる場合は、抵抗体１１の抵抗値を５０μΩ以上１，０００μΩ以下の範囲内の値に設定することが想定される。それゆえ、抵抗体１１を構成する抵抗材料としては、比抵抗（体積抵抗率）が、一般的なシャント抵抗器における抵抗体の比抵抗（５０μΩ・ｃｍ〜１００μΩ・ｃｍ）に比べて大きい２００μΩ・ｃｍ（マイクロオームセンチメートル）以上、３００００μΩ・ｃｍ以下の範囲内に設計可能なものが用いられる。
【００２６】
具体的には、抵抗体１１の厚さＨ１を０．２ｍｍ、抵抗体１１の一辺の長さＬ１を３ｍｍ、とした場合に、抵抗体１１の抵抗値を５０μΩとするには、抵抗体１１の比抵抗は約２２５μΩ・ｃｍとなる。また、抵抗体１１の厚さＨ１を０．２ｍｍ、抵抗体１１の一辺の長さＬ１を３ｍｍ、とした場合に、抵抗体１１の抵抗値を１，０００μΩとするには、抵抗体１１の比抵抗は約４，５００μΩ・ｃｍとなる。また、抵抗体１１の比抵抗を大きくすることによって、同じ抵抗値を有する抵抗体１１の厚さＨ１を薄くすることが可能である。このように、抵抗体１１の厚さＨ１は、比抵抗の大きさを変えることによって適宜変更することが可能である。
【００２７】
このような抵抗材料としては、導電性を有する金属体の粉末と絶縁性を有する絶縁粒子とを混合して形成されたものが用いられる。より具体的には、抵抗材料は、金属体を形成するための金属粉と絶縁粒子とを焼結した焼結体であり、絶縁粒子とこの絶縁粒子を囲む三次元網目状の金属体とによって構成される。
【００２８】
焼結前の金属粉としては、アスペクト比が１．０以上２．０以下の範囲内にある粒子を用いるのが好ましい。また、金属粉としては粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある粒子を用い、絶縁粒子としては粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にある粒子を用いることができる。
【００２９】
ここで、抵抗体１１の抵抗材料を構成する金属体と絶縁粒子とについて説明する。
【００３０】
＜金属体＞
抵抗体１１の抵抗材料の金属体としては、一般的なシャント抵抗器の抵抗材料を用いることができる。抵抗特性の安定性を確保する観点から、大電流の検出に適した金属材料、例えば抵抗体１１の温度変化による抵抗値の変化の割合が小さな合金が好ましい。
【００３１】
具体例としては、ニクロムや、マンガニン（登録商標）、ゼラニン（登録商標）、銅ニッケルなどの抵抗材料から選択される少なくとも一つの合金が挙げられる。特に、抵抗材料の抵抗値を確保する観点からニクロムを用いるのが好ましい。また、加工性の観点からはマンガニン（登録商標）を用いることが好ましい。このように、抵抗体１１の抵抗材料の金属体としては、ニクロム、銅マンガン、及び銅ニッケルからなる群から選択される少なくとも一つを用いて形成するのが好ましい。
【００３２】
ここにいうニクロムは、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、銅マンガンは、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、銅ニッケルは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、又はこれを主成分とする合金である。なお、マンガニン（登録商標）は、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、ゼラニン（登録商標）は、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｓｎ系合金、又はこれを主成分とする合金である。
【００３３】
＜絶縁粒子＞
一方、抵抗体１１の抵抗材料の絶縁粒子としては、絶縁性に加えて耐熱性に優れたセラミックス材料を用いることができる。例えば、熱応力による接合部のクラックの発生を抑制する観点から、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）及びジルコニア（ＺｒＯ2）からなる群から選択される少なくとも一つのセラミックス材料が挙げられる。
【００３４】
上述のセラミックス材料の中では、放熱性とヒートサイクル耐久性の観点から、絶縁材料として広く利用されている酸化アルミニウム（アルミナ）を用いることが好ましい。また、より高い放熱性が要求される用途では、熱伝導度の大きい窒化アルミニウム（窒化アルミ）を選択することが好ましく、高いヒートサイクル耐久性が要求される用途では、窒化ケイ素を選択することが好ましい。
【００３５】
次に、抵抗体１１の抵抗材料の製造方法について説明する。
【００３６】
抵抗体１１の抵抗材料の製造方法は、導電性を有する金属粉（金属の粉末）と絶縁性を有する絶縁粉（絶縁体の粉末）とを混合する混合工程と、混合により得られた混合粉末を所定の温度において一軸加圧法により混合粉体を加圧しながら焼結する焼結工程と、を有する。
【００３７】
混合工程においては、金属粉として融点が絶縁粉の融点よりも低い金属の粉末が用いられ、金属粉の粒径は絶縁粉の粒径に対して同等又は小さくなるように造粒するのが好ましい。
【００３８】
焼結工程においては、例えば、混合粉体の容器を真空に近い状態にすることで混合粉体をプレスする。なお、不活性雰囲気で混合粉体をプレスしてもよい。プレス圧を高くするほど、抵抗体１１の抵抗材料の比抵抗は低下するものの、電流が流れる電流経路を確保しやすくなる傾向がある。このため、プレス圧を高めに設定するのが好ましい。また、所定の温度は、金属塊の融点よりも低い温度であり、金属塊の融点よりも１５％程度低い温度に設定するのが好ましい。
【００３９】
上述の製造方法により、抵抗体１１の抵抗材料において絶縁粒子間を金属体が三次元網目状に形成される。
【００４０】
上記構成の抵抗体１１に積層される第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３は、無酸素銅やアルミ合金といった導電性の高い金属材により形成されるブロック体である。また、図３及び図４に示すように、第１電極ブロック１２は、抵抗体１１の下面１１ａと第１配線パターン４３とを接続可能な形状に形成され、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン４４とを接続可能な形状に形成される。
【００４１】
第１電極ブロック１２は、抵抗体１１と同様に、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さＨ２が０．１ｍｍ程度の比較的厚さが薄い直方体状に形成される。
【００４２】
第１配線パターン４３の第１ランド部５１に接合される第１電極ブロック１２の下面１２ａには、めっき層２１が形成される。めっき層２１としては、実装時のはんだ濡れ性を向上させるためにスズ（Ｓｎ）めっきが施される。なお、実装する際のはんだによって第１電極ブロック１２が侵食されることを抑制するために、ニッケル（Ｎｉ）めっき層をさらに設けてもよい。また、めっき層２１としては、スズ（Ｓｎ）やニッケル（Ｎｉ）以外に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）、金−パラジウム（Ａｕ−Ｐｄ）等のめっきが施されてもよい。
【００４３】
第１電極ブロック１２の上面１２ｂには、抵抗体１１が接合される。上面１２ｂと抵抗体１１の接合は、抵抗体１１とＣｕ等の金属材を圧接したり、所定の接合層を介在させて抵抗体１１と金属材を接合したり、等の方法が採用できる。
【００４４】
第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接合される電極部１４と、電極部１４の側面から積層方向に直交する方向に延びる対向部としての第１対向部１５と、第１対向部１５の先端部の側面から第１対向部１５が延びる方向に直交する方向に延びる接続部としての第１接続部１６と、を有する。
【００４５】
電極部１４は、図３及び図４に示すように、抵抗体１１と同様に、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さが比較的薄い直方体状に形成された部分である。電極部１４の下面には、抵抗体１１が接合される。電極部１４の下面と抵抗体１１の接合は、抵抗体１１とＣｕ等の金属材を圧接したり、所定の接合層を介在させて抵抗体１１と金属材を接合したり、等の方法が採用できる。
【００４６】
また、電極部１４の下面には、図４に示すように、抵抗体１１の上面１１ｂ側の端部がわずかに収容される凹部１４ｂが設けられる。この凹部１４ｂは、抵抗体１１と第２電極ブロック１３とを接合する際に、第２電極ブロック１３に対する抵抗体１１の位置決めを行うためのガイド部として機能する。
【００４７】
第１対向部１５は、図１に示すように、シャント抵抗器１０が回路基板４０に実装された状態において、第１配線パターン４３と平行に延び、積層方向において第１配線パターン４３と正対するように設けられる。
【００４８】
また、第１接続部１６は、図１及び図５に示すように、シャント抵抗器１０が回路基板４０に実装された状態において、第２配線パターン４４が設けられる位置に向かって基板４１と平行に延びる延出部１６ａと、延出部１６ａの先端部から積層方向に沿って下方に延び第２配線パターン４４の第２ランド部５２に接続される脚部１６ｂと、を有する。
【００４９】
脚部１６ｂの下端面には、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同様に、めっき層２２が形成される。めっき層２２としては、実装時のはんだ濡れ性を向上させるためにスズ（Ｓｎ）めっきが施される。なお、実装する際のはんだによって第２電極ブロック１３が侵食されることを抑制するために、ニッケル（Ｎｉ）めっき層をさらに設けてもよい。また、めっき層２２としては、スズ（Ｓｎ）やニッケル（Ｎｉ）以外に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）、金−パラジウム（Ａｕ−Ｐｄ）等のめっきが施されてもよい。
【００５０】
このように、第２電極ブロック１３には、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分である電極部１４と第２配線パターン４４に接続される部分である第１接続部１６との間の部分に、第１配線パターン４３に対向し、且つ、第１配線パターン４３に対して平行に延びる第１対向部１５が設けられている。
【００５１】
このような形状の第２電極ブロック１３を有するシャント抵抗器１０が実装された実装構造１００では、抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流が流れる第１配線パターン４３に対して、抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流が流れる第２電極ブロック１３の第１対向部１５が対向して配置されることになる。このため、第１配線パターン４３において抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流によって生じる磁束と第１対向部１５において抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流によって生じる磁束とが相殺され、結果として、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスを低減させることができる。
【００５２】
また、抵抗体１１の厚さＨ１は０．２ｍｍ程度に薄くすることができるため、正対する第１配線パターン４３と第１対向部１５との積層方向における間隔を小さくすることが可能である。このように第１配線パターン４３と第１対向部１５との間の隙間を小さくすることによって、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスをさらに低減させることができる。
【００５３】
また、第２電極ブロック１３を上記形状とすることにより、抵抗体１１は、複数本のボンディングワイヤではなく、第２電極ブロック１３を介して第２配線パターン４４に接続される。このようにシャント抵抗器１０が縦型の構造であったとしても、抵抗体１１を第２配線パターン４４に接続するために複数本のボンディングワイヤを接続する必要がなくなることによって、シャント抵抗器１０の実装性を向上させることができる。
【００５４】
また、ボンディングワイヤを使用した場合と比べ、上記形状の第２電極ブロック１３を用いた場合の方が、抵抗体１１を通過した電流が流れる部分の抵抗を小さくすることができるため、比較的大きな電流をシャント抵抗器１０に流すことが可能となる。
【００５５】
また、上記構成のシャント抵抗器１０が実装される回路基板４０の基板４１には、図２に示すように、シャント抵抗器１０における電圧降下を検出するために、シャント抵抗器１０の上流側の電位が導かれる第１電圧配線としての第１電圧端子４６と、シャント抵抗器１０の下流側の電位が導かれる第２電圧配線としての第２電圧端子４７と、がさらに設けられる。
【００５６】
第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７は、基板４１上において、第１配線パターン４３に対して第２配線パターン４４が設けられる側と同じ側に、第１配線パターン４３が延びる方向に沿って第２配線パターン４４と並べて配置される。具体的には、第１配線パターン４３の一方の端部４３ａ側から、第２配線パターン４４、第１電圧端子４６、第２電圧端子４７の順で配置される。このようにシャント抵抗器１０を実装するために基板４１上に設けられる複数の配線パターンは、比較的狭い範囲に集約して配置される。
【００５７】
第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７には、第１電圧端子４６と第２電圧端子４７との間の電圧信号に基づいてシャント抵抗器１０における電圧降下を検出し、検出された電圧降下に基づいてシャント抵抗器１０を流れる電流値を演算する図示しない電流検出装置が接続される。
【００５８】
第１電圧端子４６は、第１配線パターン４３から延びる分岐配線４５を介して第１配線パターン４３に接続される。分岐配線４５は、第１配線パターン４３が延びる方向に直交する方向に第１配線パターン４３から第２電圧端子４７に向かって延びる直線部４５ａを有する。
【００５９】
一方、第２電圧端子４７には、第３ランド部５３において第２電極ブロック１３が接合される。
【００６０】
第２電極ブロック１３は、第２電圧端子４７にシャント抵抗器１０の下流側の電位を導くために、電極部１４の側面から積層方向に直交する方向に延びる第２接続部１７をさらに有する。
【００６１】
第２接続部１７は、図１及び図６に示すように、シャント抵抗器１０が回路基板４０に実装された状態において、第２電圧端子４７が設けられる位置に向かって基板４１と平行に延びる第２対向部１７ａと、第２対向部１７ａの先端部から積層方向に沿って下方に延び第２電圧端子４７の第３ランド部５３に接続される脚部１７ｂと、を有する。また、第２対向部１７ａは、シャント抵抗器１０が回路基板４０に実装された状態において、分岐配線４５の直線部４５ａと積層方向において正対するように設けられる。
【００６２】
脚部１７ｂの下端面には、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同様に、めっき層２３が形成される。めっき層２３としては、実装時のはんだ濡れ性を向上させるためにスズ（Ｓｎ）めっきが施される。なお、実装する際のはんだによって第２電極ブロック１３が侵食されることを抑制するために、ニッケル（Ｎｉ）めっき層をさらに設けてもよい。また、めっき層２２としては、スズ（Ｓｎ）やニッケル（Ｎｉ）以外に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）、金−パラジウム（Ａｕ−Ｐｄ）等のめっきが施されてもよい。
【００６３】
このように、第２電極ブロック１３には、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分である電極部１４と第２電圧端子４７に接続される部分である脚部１７ｂとの間の部分に、分岐配線４５の直線部４５ａに対向し、且つ、直線部４５ａに対して平行に延びる第２対向部１７ａが設けられている。
【００６４】
このような形状の第２電極ブロック１３を有するシャント抵抗器１０が実装された実装構造１００では、電流検出用の電圧信号を引き出す引出線である分岐配線４５の直線部４５ａと第２電極ブロック１３の第２対向部１７ａとが近接して配索されることになる。このため、第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７に電圧信号を引き出す引出線を離間させた場合と比較して、分岐配線４５と第２接続部１７との間に形成されるループ面積が小さくなり、分岐配線４５及び第２接続部１７において生じる寄生インダクタンスを抑制することが可能となる。この結果、電流検出装置による電流の検出精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
次に、図５〜８を参照し、上記形状の第２電極ブロック１３の形成方法について説明する。図７は、第２電極ブロック１３の素材６０の正面図であり、図８は、第２電極ブロック１３の素材６０の平面図である。
【００６６】
図５及び図６に示すように、第２電極ブロック１３において、電極部１４、第１対向部１５、第１接続部１６の延出部１６ａ及び第２接続部１７の第２対向部１７ａにおける積層方向における厚さＨ３は、互いに同じ厚さである。また、第１接続部１６の脚部１６ｂが設けられる部分及び第２接続部１７の脚部１７ｂが設けられる部分における積層方向における厚さＨ４も、互いに同じ厚さである。なお、脚部１６ｂと脚部１７ｂの長さは異ならせてもよく、脚部１６ｂよりも脚部１７ｂを短くすることも可能である。
【００６７】
また、第１接続部１６が設けられる部分の第２電極ブロック１３の延出部１６ａが延びる方向における長さＬ１と、第２接続部１７が設けられる部分の第２電極ブロック１３の第２対向部１７ａが延びる方向における長さＬ１と、は同じ長さであり、第１接続部１６の延出部１６ａが延びる方向における脚部１６ｂの長さＬ２と第２接続部１７の第２対向部１７ａが延びる方向における脚部１７ｂの長さＬ２とは同じ長さである。
【００６８】
さらに、電極部１４、第１対向部１５、第１接続部１６の延出部１６ａ及び第２接続部１７の第２対向部１７ａは、同一平面上に配置することが可能である。このため、電極部１４と第１対向部１５との間、電極部１４と第２接続部１７の第２対向部１７ａとの間、または、第１対向部１５と第１接続部１６の延出部１６ａとの間に段差や折り曲げ部を形成する必要がない。
【００６９】
したがって、図７及び図８に示されるような、平坦部６１と、平坦部６１よりも厚さが厚い厚肉部６２と、を有する素材６０から第２電極ブロック１３を容易に形成することが可能である。
【００７０】
具体的には、板状または棒状の部材から平坦部６１及び厚肉部６２を有する素材６０を圧延加工等により形成し、図８において一点鎖線で囲まれる打ち抜き部６３を打ち抜き加工することにより、所定の厚さＨ４及び長さＬ２の二つの脚部１６ｂ，１７ｂを有する第２電極ブロック１３が形成される。なお、図８において括弧書きの符号で示されるように、打ち抜き部６３が打ち抜かれた素材６０には、第２電極ブロック１３の各部に相当する部分が形成される。
【００７１】
一方で、板材を折り曲げることによって脚部１６ｂ，１７ｂを形成することも可能であるが、この場合、曲げ加工に特有のスプリングバックが生じることにより、電極部１４及び第１対向部１５と脚部１６ｂ，１７ｂとが成す角度が安定せず、脚部１６ｂ，１７ｂの下端面の位置がばらつくことになる。
【００７２】
このように脚部１６ｂ，１７ｂの下端面の位置がばらついてしまうと、脚部１６ｂ，１７ｂの下端面を、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同一平面上に位置させることができず、端子平坦度が大きくなる。この結果、はんだ付け強度の低下などによって、脚部１６ｂと第２配線パターン４４との接触状態が不安定となり、シャント抵抗器１０に比較的大きい電流を流すことが困難になるおそれがある。さらには、脚部１７ｂと第２電圧端子４７との接触状態が不安定となり、電流検出装置による電流の検出精度が悪化してしまうおそれがある。
【００７３】
これに対して、上述のように、圧延加工等によって脚部１６ｂ，１７ｂを形成した場合、電極部１４及び第１対向部１５と脚部１６ｂ，１７ｂとが成す角度を安定して形成することが可能である。
【００７４】
このため、脚部１６ｂ，１７ｂの下端面を、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同一平面上に位置させることも容易であり、３つの端子間の端子平坦度を小さくすることができる。この結果、第１電極ブロック１２の下面１２ａと第１配線パターン４３との接触状態及び脚部１６ｂと第２配線パターン４４との接触状態が安定し、シャント抵抗器１０に比較的大きい電流を流すことが可能となる。また、脚部１７ｂと第２電圧端子４７との接触状態が安定し、電流検出装置による電流の検出精度を向上させることができる。なお、第２電極ブロック１３の脚部１６ｂ，１７ｂの成形方法は、圧延加工に限定されず、スプリングバックを生じさせることなく脚部１６ｂ，１７ｂを成形することができればどのような方法であってもよく、例えば切削加工やプレス加工であってもよい。
【００７５】
さらに、シャント抵抗器１０では、抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３が、樹脂等の絶縁材１９によってモールド成形される。具体的には、第１電極ブロック１２の下面１２ａと、第２電極ブロック１３の脚部１６ｂ，１７ｂの下端面と、が露出されるようにこれらはモールド成形される。
【００７６】
このようにモールド成形することによって、抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３の側面が全周に渡って絶縁材１９により被覆される。
【００７７】
シャント抵抗器を縦型の構造とした場合、シャント抵抗器を実装する際に生じるはんだフィレットによって、上側の電極と下側の電極とが短絡してしまうおそれがある。本実施形態のシャント抵抗器１０では、上述のように抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３の側面が絶縁材１９により被覆されているため、はんだフィレットが形成されず、第１電極ブロック１２と第２電極ブロック１３とが短絡することを防止することができる。また、下面１２ａと脚部１６ｂと脚部１７ｂの下面のみが絶縁材１９から露出する構造であるため、回路基板４０と接続するためのめっき層２１，２２，２３を形成しやすい。
【００７８】
ここで、第１電極ブロック１２と抵抗体１１とを基板４１に実装した後に、第１対向部１５及び第２対向部１７ａを有する第２電極ブロック１３に相当する部材を取り付けることによっても、上述のようにインダクタンスを低減させることは可能と考えられる。しかしながら、この場合、実装工程が多くなることで製造コストの増加や品質のばらつきが生じるおそれがある。
【００７９】
これに対して、本実施形態のシャント抵抗器１０は、上述のようにモールド成形によって一体的な構成となっているため、基板４１上にシャント抵抗器１０を設置し、はんだ付けを行うことで容易に実装することができる。このように、シャント抵抗器１０は、実装性が良好であるとともに、扱いや管理が容易であることから実装構造１００の製造コストを低減させることができる。
【００８０】
なお、モールド成形は、第２電極ブロック１３の上面の少なくとも一部が露出するように行われてもよい。この場合、露出した第２電極ブロック１３の上面にワイヤーボンディングを行うことが可能となり、ワイヤを介して抵抗体１１の下流側の電位を引き出すことができる。
【００８１】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００８２】
上記構成のシャント抵抗器１０が実装された実装構造１００では、抵抗体１１に向かう電流が流れる第１配線パターン４３に対して、抵抗体１１を通過した電流が流れる第２電極ブロック１３の第１対向部１５が対向して配置される。このため、抵抗体１１に向かう電流によって生じる磁束と抵抗体１１を通過した電流によって生じる磁束とが相殺され、結果として、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスを低減させることができる。このように、シャント抵抗器１０の周辺のインダクタンスを低減させることにより、例えば、２０ｋＨｚ以上の高周波電流がシャント抵抗器１０に流れる場合であっても電流検出精度を向上させることができる。
【００８３】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００８４】
上記実施形態では、第２配線パターン４４、第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７は、第１配線パターン４３が延びる方向に沿って、第１配線パターン４３と平行に配置されている。各配線の配置はこれに限定されず、第２配線パターン４４と抵抗体１１とを接続する第２電極ブロック１３の一部を第１配線パターン４３と対向させることができればどのように配置されていてもよい。例えば、第１配線パターン４３の一方の端部４３ａから所定の間隔をあけて第２配線パターン４４を配置し、第１配線パターン４３の他方の端部４３ｂから所定の間隔をあけて第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７を配置し、略一直線上に各配線を配置した構成としてもよい。この場合も第２電極ブロック１３の一部を第１配線パターン４３と対向させることが可能となり、シャント抵抗器１０の周辺のインダクタンスを低減させることができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、第１配線パターン４３、第２配線パターン４４、第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７は、基板４１上に銅箔で形成された配線パターンである。これに代えて、これらの配線は、銅板等の板状部材からなるリードフレームであってもよい。
【００８６】
以下に、上記実施形態における実装構造１００及びシャント抵抗器１０の作用効果について説明する。
【００８７】
本実施形態によれば、扁平な抵抗体１１と、抵抗体１１の下面１１ａに積層される第１電極ブロック１２と、抵抗体１１の上面１１ｂに積層される第２電極ブロック１３と、を備えたシャント抵抗器１０が配線上に実装された実装構造１００は、第１電極ブロック１２が接続される第１配線パターン４３と、第２電極ブロック１３が接続される第２配線パターン４４と、を備え、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分と第２配線パターン４４に接続される部分との間において、第１配線パターン４３に対向して延びる第１対向部１５を有する。
【００８８】
この構成では、抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流が流れる第１配線パターン４３に対して、抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流が流れる第２電極ブロック１３の第１対向部１５が対向して配置される。このため、第１配線パターン４３において抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流によって生じる磁束と第１対向部１５において抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流によって生じる磁束とが相殺され、結果として、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスを低減させることができる。このように、シャント抵抗器１０の周辺のインダクタンスを低減させることにより、例えば、２０ｋＨｚ以上の高周波電流がシャント抵抗器１０に流れる場合であっても電流検出精度を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施形態によれば、実装構造１００は、第１配線パターン４３から分岐する分岐配線４５と、分岐配線４５を介して第１配線パターン４３に接続される第１電圧端子４６と、第２電極ブロック１３が接続される第２電圧端子４７と、をさらに備え、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分と第２電圧端子４７に接続される部分との間において、分岐配線４５に対向して延びる第２対向部１７ａを有する。
【００９０】
この構成では、電流検出用の電圧信号を引き出す引出線である分岐配線４５と第２電極ブロック１３の第２対向部１７ａとが近接して配索される。このため、第１電圧端子４６及び第２電圧端子４７に電圧信号を引き出す引出線を離間させた場合と比較して、分岐配線４５と第２接続部１７との間に形成されるループ面積が小さくなり、分岐配線４５及び第２接続部１７において生じる寄生インダクタンスを抑制することが可能となる。この結果、電流検出装置による電流の検出精度をさらに向上させることができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、第１対向部１５と第２対向部１７ａとは、互いに直交する方向に延びており、第２電極ブロック１３は、第１対向部１５から第２対向部１７ａと同じ方向に延びる第１接続部１６を介して第２配線パターン４４に接続される。
【００９２】
この構成では、第２配線パターン４４に接続される第１接続部１６と、第２対向部１７ａと、が共に第１対向部１５が延びる方向に直交する方向に延びている。このように第１接続部１６と第２対向部１７ａとを同じ方向に延出させることによって、シャント抵抗器１０が実装される実装構造１００をコンパクト化することが可能となり、例えば、パワーモジュール内において、電流検出のために使用される領域を小さくすることができる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、抵抗体１１の厚さは、１ｍｍよりも薄い。
【００９４】
この構成では、抵抗体１１の積層方向における厚さＨ１を比較的薄くすることによって、第１配線パターン４３と第１対向部１５との積層方向における間隔を小さくすることが可能である。このように第１配線パターン４３と第１対向部１５との間の隙間を小さくすることによって、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスをさらに低減させることができる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、配線上に実装されるシャント抵抗器１０は、扁平な抵抗体１１と、抵抗体１１の下面１１ａを第１配線パターン４３に接続する第１電極ブロック１２と、抵抗体１１の上面１１ｂを第２配線パターン４４に接続する第２電極ブロック１３と、を備え、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される部分と第２配線パターン４４に接続される部分との間において、第１配線パターン４３に対向して延びる第１対向部１５を有する。
【００９６】
この構成では、抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流が流れる第１配線パターン４３に対して、抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流が流れる第２電極ブロック１３の第１対向部１５が対向して配置される。このため、第１配線パターン４３において抵抗体１１の下面１１ａに向かう電流によって生じる磁束と第１対向部１５において抵抗体１１の上面１１ｂを通過した電流によって生じる磁束とが相殺され、結果として、第１配線パターン４３及び第１対向部１５におけるインダクタンスを低減させることができる。このように、シャント抵抗器１０の周辺のインダクタンスを低減させることにより、例えば、２０ｋＨｚ以上の高周波電流がシャント抵抗器１０に流れる場合であっても電流検出精度を向上させることができる。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００９８】
１００    実装構造
１０    シャント抵抗器（電流検出用抵抗器）
１１    抵抗体
１２    第１電極ブロック
１３    第２電極ブロック
１４    電極部
１５    第１対向部（対向部）
１６    第１接続部（接続部）
１７    第２接続部
１７ａ    第２対向部
４０    回路基板
４３    第１配線パターン（第１配線）
４４    第２配線パターン（第２配線）
４５    分岐配線
４５ａ    直線部
４６    第１電圧端子（第１電圧配線）
４７    第２電圧端子（第１電圧配線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020178015.tif 000009
【図８】
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