DE112020006862T5

DE112020006862T5 - Stromerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020006862T5
Application number: DE112020006862.5T
Authority: DE
Inventors: Miyahito Kinoshita
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US20230100174A1; JP7475167B2; JP2021143862A; WO2021181835A1

Abstract

Eine Stromerfassungsvorrichtung, umfassend: ein isolierendes Harzsubstrat; ein Stromerfassungselement, das in dem Harzsubstrat angeordnet ist; einen Stromdraht, der durch eine Isolierschicht in Bezug auf das Stromerfassungselement vorgesehen ist, damit ein Strom durch das Stromerfassungselement fließt; eine Vielzahl von Stromverbindungskontakten, die das Stromerfassungselement und den Stromdraht durch die Isolierschicht verbinden; und einen Spannungserfassungs-Verbindungskontakt, der mit dem Stromerfassungselement verbunden ist, um einen Spannungsabfall zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerfassungsvorrichtung.
Stand der Technik
Herkömmlich sind Stromerfassungsvorrichtungen vorgeschlagen worden, die ein ein Widerstandselement integrierendes Substrat umfassen, in dem ein Widerstandselement für die Stromerfassung in einem Schichtverbund enthalten ist, der eine Vielzahl von darin geschichteten Isolierschichten (Keramikschichten) aufweist(siehe z. B. Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2).
In der Patentliteratur 1 sind auf der Innenseite von Verbindungskontakten, die durch eine Vielzahl geschichteter Isolierschichten verlaufen, Metallverbindungskontakte eingebettet, wobei diese mit Elektroden eines Widerstands verbunden sind, um die Wärmeableitwirkung des in einem Schichtsubstrat enthalten Widerstands zu erhöhen.
In der Patentliteratur 2 werden in einer ähnlichen Struktur wie in der Patentliteratur 1 die Anzahl einer Vielzahl erster (zweiter) Erfassungsverbindungskontaktleiter, die in einer vorgegebenen Richtung angeordnet sind, derart eingestellt, dass die Breite W eines Widerstandsfilms eines Widerstands durch Parallelschalten der Vielzahl erster (zweiter) Erfassungsverbindungskontaktleiter auf simulierte Weise erhöht wird, ohne den Verbindungskontaktdurchmesser jedes des ersten (zweiten) Erfassungsverbindungskontaktleiters einzustellen. Mit der beschriebenen Technik wird die Breite des Widerstandsfilms auf simulierte Weise eingestellt.
Auf diese Weise ist es möglich, den Widerstandswert eines Stromerfassungswiderstands, der in einem Schichtverbund vorgesehen ist, leicht zu definieren, ohne den Durchmesser sowohl des ersten als auch des zweiten Erfassungsverbindungskontaktleiters, der mit dem Widerstandsfilm des Stromerfassungswiderstands verbunden ist, zu ändern.
Literaturliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2014-239142 A
Patentliteratur 2: JP 2015-002333 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es besteht ein Bedarf daran, den Einfluss eines Temperaturwiderstandskoeffizienten (TCR) in Stromerfassungsvorrichtungen zu unterdrücken. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluss des TCR in einem integrierenden Substrat zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Stromerfassungsvorrichtung, die enthält: ein isolierendes Harzsubstrat; ein Stromerfassungselement, das in dem Harzsubstrat angeordnet ist; einen Stromdraht, der durch eine Isolierschicht in Bezug auf das Stromerfassungselement vorgesehen ist, damit ein Strom durch das Stromerfassungselement fließt; ein Vielzahl von Stromverbindungskontakten, die das Stromerfassungselement und den Stromdraht durch die Isolierschicht verbinden; und einen Spannungserfassungsverbindungskontakt, der mit dem Stromerfassungselement verbunden ist, um einen Spannungsabfall zu messen.
Da der Spannungsverbindungskontakt mit einem Elektrodenanschluss eines Nebenschlusswiderstands direkt verbunden ist, ohne dass ein Stromdraht oder dergleichen dazwischen eingefügt ist, kann der TCR der Stromerfassungsvorrichtung verringert sein.
Vorzugsweise können die Stromverbindungskontakte auf einer Seite der ersten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen sein und kann der Spannungsverbindungskontakt auf einer Seite der zweiten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen sein.
Gemäß dieser Konfiguration sind die Stromverbindungskontakte und der Spannungsverbindungskontakt voneinander getrennt, sodass der Einfluss des TCR verringert sein kann.
Wenn die Stromverbindungskontakte und der Spannungsverbindungskontakt auf der Seite der ersten Oberfläche oder auf der Seite der zweiten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen sind, kann ein Draht, der die Stromverbindungskontakte und den Spannungsverbindungskontakt verbindet, vorzugsweise durchtrennt sein.
Gemäß dieser Konfiguration sind die Stromverbindungskontakte und der Spannungsverbindungskontakt elektrisch voneinander getrennt, sodass der Einfluss des TCR verringert sein kann.
Vorzugsweise kann das Stromerfassungselement ein Nebenschlusswiderstand sein und kann der Nebenschlusswiderstand eine Dicke von größer oder gleich 0,5 mm aufweisen.
Durch Erhöhen der Dicke des Nebenschlusswiderstands können die Stromverbindungskontakte und der Spannungsverbindungskontakt in der Dickenrichtung voneinander entfernt getrennt sein.
Vorzugsweise können die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Harzsubstrats jeweils mit einer ersten Oberfläche und mit einer zweiten Oberfläche des Stromerfassungselements bündig sein. Vorzugsweise können das Harzsubstrat und das Stromerfassungselement mit einer Harzschicht beschichtet sein.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Schichtung in der Richtung entweder der Seite der ersten Oberfläche oder der Seite der zweiten Oberfläche ausgeführt sein, um leicht eine vertikale integrierte Struktur zu verwirklichen.
Die vorliegende Patentschrift enthält die Offenbarung der JP-Patentanmeldung Nr. 2020-041006 , die die Grundlage des Prioritätsanspruchs der vorliegenden Anmeldung bildet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Einfluss des TCR in einem integrierenden Substrat zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A stellt ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die in 1 dargestellte Stromerfassungsvorrichtung anhand ihrer Querschnittsstruktur dar.
2B stellt ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die in 1 dargestellte Stromerfassungsvorrichtung anhand ihrer Querschnittsstruktur dar.
3 ist ein Funktionsblockschaltplan, der ein Schaltungskonfigurationsbeispiel einer Stromerfassungsvorrichtung darstellt, die eine Stromerfassungsschaltung enthält, die ein Beispiel darstellt, in dem ein Nebenschlusswiderstand montiert ist.
4 ist eine schematische Darstellung (Seitenansicht) einer Stromerfassungsvorrichtung A gemäß eines Ausführungsbeispiels, die ein für die TCR-Simulation verwendetes Grundmodell darstellt.
5 stellt TCR-Werte in der in 4 dargestellten Struktur und in anderen Verbindungskontaktanordnungsvarianten dar.
6 stellt die Beziehung zwischen dem Stromweg und der Verbindungskontaktposition der in 4 dargestellten Stromerfassungsvorrichtung dar und zeigt eine Vielzahl von Stromwegen.

7 stellt die Spannungsverbindungskontaktabhängigkeit des TCR auf dem ersten bis dritten Stromweg dar.
8 entspricht 4 und zeigt eine Seitenansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 stellt TCR-Werte in der in 6 dargestellten Struktur und in anderen Verbindungskontaktanordnungsvarianten dar.
10 stellt die Beziehung zwischen dem Stromweg und der Verbindungskontaktposition der in 8 dargestellten Stromerfassungsvorrichtung dar und zeigt eine Vielzahl von Stromwegen.
11 stellt die Spannungsverbindungskontaktabhängigkeit des TCR auf dem ersten und auf dem dritten Stromweg dar.
12 entspricht 8 und zeigt eine Seitenansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden wird die Stromerfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
(Konfigurationsbeispiel der Stromerfassungsvorrichtung)
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält die Stromerfassungsvorrichtung A gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein isolierendes Harzsubstrat 11, das aus Glasepoxidharz oder dergleichen gebildet ist, und ein Stromerfassungselement, das ein Nebenschlusswiderstand 1, der z. B. in das isolierende Harzsubstrat 11 integriert ist, sein kann. Der Nebenschlusswiderstand 1 enthält einen Widerstandskörper 3 und ein Paar Elektrodenanschlüsse 5a, 5b, die auf beiden Seiten davon vorgesehen sind. Die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b sind aus elektrisch leitfähigem Metallmaterial wie etwa Cu hergestellt. Als das Material für den Widerstandskörper 3 können Metallmaterialien wie etwa Metallmaterialien auf CuNi-Grundlage, auf CuMn-Grundlage und auf NiCr-Grundlage verwendet sein. Der Nebenschlusswiderstand 1 kann aus einem elementaren Metall wie etwa aus einem Metallmaterial auf CuNi-Grundlage sein oder kann eine beschichtete Struktur aufweisen, die ein Widerstands-Metallmaterial umfasst. Diese werden zusammen als ein Stromerfassungselement bezeichnet. Auf einer Seite der ersten Oberfläche S 1 und auf einer Seite der zweiten Oberfläche S2 des isolierenden Harzsubstrats 11 sind z. B. Cu-Folienschichten 13a, 13b gebildet. Das Harzsubstrat 11 weist ein Durchgangsloch 11a auf, das darin gebildet ist, um den Nebenschlusswiderstand 1 aufzunehmen.
Das Harzsubstrat 11 weist die erste Oberfläche S1 und die zweite Oberfläche S2 auf und der Nebenschlusswiderstand 1 weist dementsprechend eine erste Oberfläche S1 und eine zweite Oberfläche S2 auf. Das Harzsubstrat 11 und der Nebenschlusswiderstand 1 sind derart gebildet, dass ihre ersten Oberflächen S1 bzw. ihre zweiten Oberflächen S2 jeweils näherungsweise bündig miteinander sind.
Das isolierende Harzsubstrat 11 und der Nebenschlusswiderstand 1 sind mittels einer Harzschicht 15 integriert, die durch Auftragen und Aushärten eines bei niedriger Temperatur aushärtenden Harzes wie etwa eines Epoxidharzes, das bei einer niedrigen Temperatur von 200 °C oder weniger aushärtet, auf Flächen zwischen den Seitenflächen des Harzsubstrats 11 und des Nebenschlusswiderstands 1 und auf die ersten Oberflächen S1 und auf die zweiten Oberflächen S2 erzeugt worden ist. In der Harzschicht 15, die auf der Seite der ersten Oberfläche S1 der Elektrode 5a und Elektrode 5b gebildet ist, sind an Positionen auf der Elektrode 5a und der Elektrode 5b näher an dem Widerstandskörper 3 ein Paar Durchgangslöcher 21a, 21a (Kontaktlöcher: CH) gebildet, wobei die Durchgangslöcher 21a, 21a die erste Oberfläche S1 der Elektroden 5a, 5b freilegen.
In die Durchgangslöcher 21a, 21a sind jeweils elektrisch leitfähige Verbindungskontakte (die auch als Metallverbindungskontakte oder leitende Verbindungskontakte bezeichnet werden können) 22a, 22a eingebettet. Die elektrisch leitfähigen Verbindungskontakte 22a, 22a können als Verbindungskontakte für die Spannungserfassung verwendet werden. Auf der Seite der ersten Oberfläche können zusammen mit den Verbindungskontakten 22a, 22a erste Spannungsdrähte 23a gebildet sein.
Außerdem sind in der Harzschicht 15, die auf der Seite der zweiten Oberfläche S2 der Elektrode 5a und der Elektrode 5b gebildet ist, ein Paar Durchgangslöcher 21b, 21b (Kontaktlöcher: CH) gebildet, die die zweite Oberfläche der Elektroden 5a, 5b freilegen.
In die Durchgangslöcher 21b, 21b sind elektrisch leitfähige Verbindungskontakte (die ebenfalls als Metallverbindungskontakte oder leitende Verbindungskontakte bezeichnet werden können) 22b, 22b eingebettet. Die elektrisch leitfähigen Verbindungskontakte 22b, 22b können als Verbindungskontakte für die Stromerfassung verwendet werden. Auf der Seite der zweiten Oberfläche können zusammen mit den Verbindungskontakten erste Stromdrähte 18 gebildet sein.
Ferner kann durch Auftragen und Aushärten von Harz auf der ersten Oberfläche S1 der Harzschicht 15 auf der Seite der ersten Oberfläche S1 eine Harzschicht 17a gebildet sein. Außerdem weist die Harzschicht 17a Durchgangslöcher 25a, 25a auf, die darin gebildet sind, um die ersten Spannungsdrähte 23a, 23a freizulegen. Auf der Seite der ersten Oberfläche sind zusammen mit den elektrisch leitfähigen Verbindungskontakten 24a, 24a zweite Spannungserfassungsdrähte 27a, 27a gebildet. Somit kann von der Seite der ersten Oberfläche S1 eine Spannung erfasst werden, die mittels der Elektroden 5a, 5b und der Spannungsdrähte mit der ersten Oberfläche S1 der Harzschicht 17a elektrisch verbunden ist.
Ferner kann durch Montieren eines elektrischen Bauelements (wie etwa einer IC) 41 zum Erfassen der Spannung auf der Seite der ersten Oberfläche S1 und durch Verbinden des elektrischen Bauelements mit den zweiten Spannungserfassungsdrähten 27a, 27a durch Berechnung oder dergleichen ein Spannungssignal erfasst werden.
Auf diese Weise ist es möglich, eine neue Harzschicht zu bilden und nach Bedarf aufeinanderfolgend Drähte, die in der neuen Harzschicht vorgesehen sind, und ein elektronisches Bauelement wie etwa eine integrierte Halbleiterschaltung zu schichten, zu montieren und zu bilden.
In der in 1 dargestellten Struktur sind die Spannungserfassungsdrähte auf der Seite der ersten Oberfläche S 1 gebildet und sind die Stromdrähte auf der Seite der zweiten Oberfläche S2 gebildet. Somit stellt die Seite der zweiten Oberfläche S2 in dem Nebenschlusswiderstand 1 einen dominierenden Stromweg bereit, während weniger wahrscheinlich ist, dass die Seite der ersten Oberfläche S1 des Nebenschlusswiderstands 1 wegen des Einflusses des Stroms eine Potentialverteilung aufweist. Dementsprechend ist es durch Verbinden der Spannungserfassungsdrähte an einer Position, die weniger anfällig für den Einfluss des Stromwegs ist, d. h. auf der ersten Oberfläche S 1 in 1, möglich, eine Spannungserfassung in einer Weise, die weniger empfindlich für die Eigenschaften von Kupfer als Drahtmaterial ist, und mit einem verringerten Einfluss des TCR auszuführen.
Wie später beschrieben wird, kann der Einfluss des TCR ebenfalls dadurch unterdrückt werden, dass der Stromweg und die Spannungsverbindungskontakte 22a, 22b entweder auf der ersten Oberfläche S1 oder auf der zweiten Oberfläche S2 in einer geeigneten Anordnung vorgesehen sind.
(Beispiel des Herstellungsprozesses)
2A und 2B stellen anhand ihrer Querschnittsstruktur ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die in 1 dargestellte Stromerfassungsvorrichtung dar.
Wie in 2A(a) dargestellt ist, wird zunächst das isolierende Harzsubstrat 11 vorbereitet. Auf der ersten Oberfläche S1 und auf der zweiten Oberfläche S2 des isolierenden Harzsubstrats 11 werden z. B. die Cu-Folienschichten 13a, 13b zum Bilden eines Musters gebildet.
Wie in 2A(b) dargestellt ist, wird das Harzsubstrat 11 vorbereitet, auf dem auf seinen beiden Oberflächen die Cu-Folienschichten 13a, 13b gebildet sind. In dem Harzsubstrat 11 wird in einem vorgegebenen Bereich durch das isolierende Harzsubstrat 11 ein Aufnahmeabschnitt 11a zum Aufnehmen des Nebenschlusswiderstands 1 gebildet. Das Harzsubstrat 11 ist ein Substrat, das als eine Grundlage zum Bilden einer Mehrschichtstruktur dient. Das Harzsubstrat 11 weist eine ähnliche Dicke wie der Nebenschlusswiderstand 1 auf.
Der Nebenschlusswiderstand 1 wird in dem Aufnahmeabschnitt 11a bündig aufgenommen/vorübergehend befestigt. 2A(b) zeigt außerdem eine perspektivische Ansicht, die der Querschnittansicht entspricht.
Wie in 2A(c) dargestellt ist, kann der Nebenschlusswiderstand 1 mittels der Harzschicht 15, die durch Auftragen und Aushärten von Epoxidharz und dergleichen bei niedriger Temperatur gebildet wird, in dem Durchgangsloch 11a des isolierenden Harzsubstrats 11 aufgenommen/starr befestigt werden. Die Harzschicht 15 wird außerdem auf der ersten Oberfläche S1 und auf der zweiten Oberfläche S2 des isolierenden Harzsubstrats 11 gebildet.
Wie in 2B(d) dargestellt ist, wird in der Harzschicht 15, die auf der Seite der ersten Oberfläche S1 gebildet ist, an Positionen auf der Elektrode 5a und der Elektrode 5b näher an dem Widerstandskörper 3 unter Verwendung einer bekannten Strukturierungstechnik, die einen Laser und dergleichen nutzt, das Paar der Durchgangslöcher 21a, 21a (Kontaktlöcher: CH) gebildet, die die Oberflächen der Elektroden 5a, 5b freilegen.
Ähnlich werden in der Harzschicht 15 auf der Seite der zweiten Oberfläche S2 die Durchgangslöcher 21b, 21b, die z. B. die zweite Oberfläche S2 der Elektroden 5a, 5b freilegen, gebildet.
Wie in 2B(e) dargestellt ist, werden die Metallschichten 22, 23 auf der ersten Oberfläche S1 und auf der zweiten Oberfläche S2 z. B. durch Plattieren gebildet. Die Metallschichten 22, 23 werden ebenfalls in die Durchgangslöcher gefüllt.
Wie in 2C(f) dargestellt ist, werden z. B. durch einen Strukturierungsschritt in einem vorgegebenen Bereich, der das Innere der Verbindungskontakte 21a, 21a der ersten Oberfläche S1 enthält, die Drähte 23a, 23a gebildet.
Ferner werden auf der zweiten Oberfläche S2 ebenfalls die Verbindungskontakte 22b, 22b in der zweiten Oberfläche S2 gebildet und werden in einem vorgegebenen Bereich, der die Verbindungskontakte 22b, 22b enthält, z. B. durch einen Strukturierungsschritt, die Drähte 18, 18 gebildet.
Nachfolgend kann ein Schritt des Beschichtens einer Harzschicht (Schichten), der Laserverarbeitung und dergleichen nach Bedarf wiederholt werden, um eine dreidimensional verdrahtete Schichtstruktur zu bilden.
Somit ist es durch das aufeinanderfolgende Bilden eine Harzschicht (eines Zwischenschicht-Isolierfilms), eines Schaltungsmusters und dergleichen auf der ersten Oberfläche S1 und/oder auf der zweiten Oberfläche S2 des isolierenden Harzsubstrats 11 möglich, eine integrierte Mehrschichtstruktur zu bilden, die eine Stromerfassungsvorrichtung enthält.
3 ist ein Funktionsblockschaltplan, der ein Schaltungskonfigurationsbeispiel einer Stromerfassungsvorrichtung X, die eine Stromerfassungsschaltung 41 enthält, die ein Beispiel des Nebenschlusswiderstands 1 in einem montierten Zustand darstellt. Die Spannungsdrähte 27a, 27a sind jeweils mit den Elektroden 5a, 5b des Nebenschlusswiderstands 1 für die Spannungsmessung verbunden. Die Spannungsdrähte 27a, 27a sind über die Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a mit der IC 41 verbunden. Die Stromdrähte 18 sind außerhalb einer Spannungsmessungsposition der Elektroden 5a, 5b des Nebenschlusswiderstands 1 angeordnet.
Die integrierte Schaltung 41 kann auf der Stromerfassungsvorrichtung A, die den Schichtverbund enthält, montiert sein, in ihr enthalten oder getrennt von ihr sein und ist verdrahtet und verbunden. Als Ganzes ist das Stromerfassungsmodul X gebildet. Die IC weist eine A/D-Umsetzungsschaltung 63, eine Verstärkungsschaltung 65, einen Mikrocomputer 67 und dergleichen, die darin enthalten sind, auf und gibt an verschiedene Vorrichtungen Signale, die einem Spannungssignal entsprechen, aus. Mit dieser Struktur ist es möglich, das Stromerfassungsmodul X zu konfigurieren, das mittels des Nebenschlusswiderstands 1 in der Lage ist, einen zwischen den Drähten 18, 18 fließenden Strom zu messen.
(TCR-Berechnungsergebnisse)

4 zeigt schematische Darstellungen der Stromerfassungsvorrichtung A gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels und stellt ein für die TCR-Simulation verwendetes Grundmodell dar. Tabelle 1

Abschnitt	Material	Spezifischer Widerstand [µΩ·cm]	TCR [ppm/K]	Anmerkungen
Widerstandskörper	CuMn-Legierung	43	0	TCR als „0 ppm/K“ angenommen
Elektrode	Cu	1,7	4.000
Muster	Cu	1,7	4.000	Musterdicke 70 µm
Verbindungskontakt	Cu	1,7	4.000	Verbindungskontaktdurchmesser Φ 0,4 mm, Höhe 0,1 mm

Tab. 1 stellt Werte physikalischer Eigenschaften, die für die Simulation verwendet sind, dar.
Von dem Widerstandskörper 3 des Nebenschlusswiderstands 1 war das Material eine CuMn-Legierung, war der spezifische Widerstand 43 µΩ·cm und war der TCR 0 ppm/K. Die Dicke war 1,3 mm.
Von den Elektroden 5a, 5b des Nebenschlusswiderstands 1 war das Material Cu, war der spezifische Widerstand 1,7 µΩ·cm und war der TCR 4000 ppm/K. Die Dicke war 1,3 mm.
Von dem Verdrahtungsmuster war das Material Cu, war der spezifische Widerstand 1,7 µΩ·cm und war der TCR 4000 ppm/K. Die Dicke des Musters war 70 µm.
Von den Elektrodenverbindungskontakten war das Material Cu, war der spezifische Widerstand 1,7 µΩ·cm und war der TCR 4000 ppm/K. Der Verbindungskontaktdurchmesser Φ war 0,4 mm und die Höhe war 0,1 mm.
4(a) ist eine Querschnittsansicht, die ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer Stromerfassungsvorrichtung als ein Modell zum Bewerten der TCR-Eigenschaften der oben anhand von 1 bis 3 beschriebenen Stromerfassungsvorrichtung durch Simulation darstellt. 4(b) ist eine perspektivische Ansicht.
Wie in 4(a) und 4(b) dargestellt ist, ist die Länge der Cu-Elektroden 5a, 5b des Nebenschlusswiderstands 1 in der Richtung des Stromflusses 3,5 mm und ist die Länge des Widerstandskörpers 3 1,5 mm. Der Abstand der auf der ersten Oberfläche S1 der Elektroden 5a, 5b vorgesehenen Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a ist 29 mm. Der Abstand der auf der zweiten Oberfläche S2 vorgesehenen nächsten Stromverbindungskontakte 22b-1, 22b-1 ist ebenfalls 29 mm. Die Stromverbindungskontakte 22b-1 bis 3 auf der zweiten Oberfläche weisen eine 3x3-Anordnung auf.
Die Gesamtlänge des Nebenschlusswiderstands 1 ist 8,5 mm. Die Breite des Nebenschlusswiderstands ist 3 mm und die Dicke ist 1,3 mm. Genauer ist die Dicke des Nebenschlusswiderstands größer oder gleich 0,5 mm. Angesichts der Verarbeitbarkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und dergleichen kann der maximale Dickenwert in der Größenordnung von 3 mm liegen. Unter Berücksichtigung des Montierens des Nebenschlusswiderstands 1 in dem Harzsubstrats 11 kann die Dicke vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm betragen. Genauer kann gesagt werden, dass die Dicke die Dicke der Elektroden 5a, 5b ist. Wie in 4(a) dargestellt ist, fließt ein Strom Iin über die Stromdrähte 18, die Stromverbindungskontakte 22b-1 bis 22b-3, die Elektrode 5a, den Widerstandskörper 3, den Strom 5b, die Wärmeableitverbindungskontakte 22b (die mit dem Strom 5b verbundenen Verbindungskontakte), die Stromdrähte 18 und als ein Strom Iout heraus. Da der Hauptstromweg auf der Seite des zweiten Oberfläche S2 des Nebenschlusswiderstands 1 ist, ist es im Vergleich zu der Seite der zweiten Oberfläche S2 weniger wahrscheinlich, dass auf der Seite der ersten Oberfläche S1 des Nebenschlusswiderstands 1 eine Potentialverteilung auftritt. Dementsprechend wird es durch Verbinden der Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a mit der Oberfläche der ersten Oberfläche S 1 möglich, eine stabile Stromerfassung mit einem verringerten Einfluss einer Potentialverteilung auszuführen. Um eine derartige Wirkung zu erhalten, weist der Nebenschlusswiderstand (oder weisen die Elektroden, mit denen die Spannungsverbindungskontakte verbunden sind), wie oben beschrieben ist, vorzugsweise eine vorgegebene Dicke wie etwa größer oder gleich 0,5 mm auf.
5 stellt TCR-Werte dar, die beobachtet wurden, wenn die Anordnung der Stromverbindungskontakte auf der Grundlage der in 4 dargestellten Struktur geändert wurde. Unten in 5 sind die Verbindungskontaktanordnungen in dem Nebenschlusswiderstand in der Draufsicht dargestellt, wobei die TCR-Berechnungsergebnisse direkt darüber gezeigt sind.
Es ist zu sehen, dass der TCR für jedes der Beispiele mit den verschiedenen Anordnungen der Stromverbindungskontakte, wie in 5 dargestellt ist, kleiner oder gleich 200 ppm/K ist, was niedrige Werte in der Größenordnung von ungefähr 160 bis 170 ppm/K zeigt, wenn die in 4 dargestellten Spannungsverbindungskontakte und Stromverbindungskontakte auf der ersten Oberfläche und auf der zweiten Oberfläche des isolierenden Harzsubstrats 11 angeordnet sind. Das heißt, die Abhängigkeit in Bezug auf den TCR von der Verbindungskontaktanordnung und von der Anzahl der Verbindungskontakte (Verbindungskontaktdichte) ist ebenfalls klein.
Dadurch ist es durch Anordnen der Spannungsverbindungskontakte und der Stromverbindungskontakte an Positionen, die weniger empfindlich für den Einfluss des Stromwerts sind, wie etwa getrennt auf der ersten Oberfläche und auf der zweiten Oberfläche des isolierenden Harzsubstrats 11, möglich, eine Spannungserfassung, die weniger empfindlich für die Eigenschaften des Kupfers der Elektroden ist, und mit einem verringerten Einfluss des TCR auszuführen. Außerdem wird es möglich, die Verbindungskontaktanordnungsabhängigkeit zu verringern.
6 stellt die Beziehung zwischen dem Stromweg und der Spannungsverbindungskontakt-Position der in 4 dargestellten Stromerfassungsvorrichtung dar. 7 stellt die Abhängigkeit des TCR von verschiedenen Stromwegen und Spannungsverbindungskontakt-Positionen (siehe 6(b)) dar.
Wie in 6(a), (b) dargestellt ist, wurde der TCR sowohl für einen ersten Stromweg A (71-73), auf dem der Strom linear zwischen den Enden der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt; als auch für einen zweiten Stromweg B (75-77), auf dem der Strom in S-Form zwischen den Seitenflächen (unterschiedlichen Seitenflächen) der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt; und für einen dritten Stromweg C (75-79), auf dem der Strom in U-Form zwischen Seitenflächen (denselben Seitenflächen) der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt, berechnet.
7 stellt die Spannungsverbindungskontaktpositions-Abhängigkeit des TCR auf dem ersten bis dritten Stromweg A bis C dar.
Wie in 7 dargestellt ist, ist zu sehen, dass der TCR durch eine Änderung des Stromwegs beeinflusst wird. Auf den Stromwegen A, B ist zu sehen, dass es nicht viel Änderung des TCR wegen einer Spannungsverbindungskontakt-Position gibt und dass die Spannungsverbindungskontakt-Positionsabhängigkeit des TCR klein ist. Auf dem Stromweg C wird der TCR durch die Spannungsverbindungskontakt-Position beeinflusst. Allerdings ist der TCR allgemein unter 200 ppm/K.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Die 8(a), (b) zeigen eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht eines Strukturbeispiels, dessen Positionsbeziehungen zwischen dem Nebenschlusswiderstand, den Verbindungskontakten und den Drähten sich von 4 unterscheiden, wobei sie ein Konfigurationsbeispiel der Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellen. Genauer sind in dem Beispiel die Stromdrähte 18a, die Stromverbindungskontakte 22b-1 bis 22b-3 und die Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a auf der Seite der ersten Oberfläche S1 gebildet. Wie in 8(a) dargestellt ist, fließt der Strom Iin durch die Stromdrähte 18a, durch die Stromverbindungskontakte 22b-1 bis 22b-3, durch die Elektrode 5a, durch den Widerstandskörpers 3, durch den Strom 5b, durch die Wärmeableitverbindungskontakte 22b (die mit dem Strom 5b verbundenen Verbindungskontakte), durch die Stromdrähte 18 und als ein Strom Iout heraus. Die Spannungsverbindungskontakte 24a, die für die Spannungserfassung verwendet werden, und eine Vielzahl von Stromverbindungskontakten 22b-1 bis 22b-3, die zusammen damit vorgesehen sind, sind durch die Drähte 18a verbunden. Wie in 8(b) dargestellt ist, sind die Spannungsverbindungskontakte 24a jeweils direkt über dem zentralen der drei Stromverbindungskontakte 22b-1 mit den Drähten 18a dazwischen gebildet. 8(b) ist eine perspektivische Ansicht, die den mit der Elektrode 5a verbundenen Stromdraht 18a in der Durchsicht darstellt. Die Anordnung ermöglicht eine Verringerung des Einflusses des TCR der Drähte 18a.
9 stellt TCR-Werte dar, die beobachtet wurden, wenn die Verbindungskontaktanordnung in der Struktur aus 8 geändert wurde (das Beispiel, in dem die Stromdrähte 18a, die Stromverbindungskontakte 22b und die Spannungsverbindungskontakte 24a alle auf der Seite S1 gebildet sind). Unten in 9 sind die Verbindungskontakt-Anordnungen des Nebenschlusswiderstands in der Draufsicht dargestellt, wobei die TCR-Berechnungsergebnisse direkt darüber gezeigt sind. Wie in 9 dargestellt ist, ist zu sehen, dass die Abhängigkeit in Bezug auf den TCR von der Verbindungskontakt-Anordnung und von der Anzahl der Verbindungskontakte (Verbindungskontakt-Dichte) im Vergleich zu dem Beispiel aus 5, in dem die Spannungsverbindungskontakte und die Stromverbindungskontakte zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche getrennt sind, groß ist. Genauer ist der TCR näherungsweise 200 ppm/K, wenn die Stromverbindungskontakte, wie in dem ganz linken Beispiel und in dem dritten und vierten Beispiel von rechts, näherungsweise gleichförmig in Bezug auf die Hälfte oder mehr der Fläche der Elektroden 5a, 5b angeordnet sind. Wenn die Stromverbindungskontakte in einem Teil der Ebene der Elektroden 5a, 5b, wie in zweiten bis sechsten Beispiel von links, ungleichmäßig gebildet sind, neigt der TCR dazu, höher zu sein.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht, die eine Vielzahl von Beziehungen zwischen dem Stromweg und den Spannungsverbindungskontakten der Stromerfassungsvorrichtung aus 8 darstellt. 11 stellt die Abhängigkeit des TCR von der Spannungsverbindungskontakt-Position (siehe 10(b)) auf unterschiedlichen Stromwegen dar.
Die 10(a), (b) stellen einen ersten Stromweg A1 (71a-73a), auf dem Strom linear zwischen den Enden der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt; einen zweiten Stromweg B1 (75a-77a), auf dem Strom in S-Form zwischen den Seitenflächen (unterschiedlichen Seitenflächen) der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt; und einen dritten Stromweg C1 (75a-79a), auf dem Strom in U-Form zwischen den Seitenflächen (denselben Seitenflächen) der Anschlüsse der Stromerfassungsvorrichtung fließt, dar.
11 stellt die Abhängigkeit des TCR von der Spannungsverbindungskontakt-Position auf dem ersten bis dritten Stromweg A1 bis C1 dar.
Wie in 11 dargestellt ist, ist zu sehen, dass der Einfluss des TCR durch Ändern der Spannungsverbindungskontakt-Position in Bezug auf den Stromweg eingestellt werden kann. Es ist zu sehen, dass auf dem ersten Stromweg A1 der Wert des TCR klein ist und die Spannungsverbindungskontakt-Abhängigkeit klein ist. In Bezug auf den zweiten Stromweg B1 ist bevorzugt, die Spannungsverbindungskontakte bei Y = 0, d. h. in der Nähe des zentralen Abschnitts des Nebenschlusswiderstands 1, anzuordnen. In Bezug auf den dritten Stromweg C1 wird der TCR kleiner, während sich die Position von der Seitenfläche, von der der Strom herein- und herausfließt, wegbewegt und sich der Seitenfläche auf der gegenüberliegenden Seite annähert. Genauer kann die Position vorzugsweise um 0,5 mm oder mehr von der zentralen Position (Y = 0) beabstandet sein.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
12 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Stromerfassungsvorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß diesem Beispiel sind beide Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a, die Verbindungskontakte 22b-1 und die Stromverbindungskontakte 22b-2 bis 3 auf der ersten Oberfläche S1 gebildet. Allerdings wird angemerkt, dass, wie in 12 dargestellt ist, die Spannungsverbindungskontakte 24a, 24a und die Verbindungskontakte 22b-1 und die Stromverbindungskontakte 22b-2 bis 3 nicht durch die Drähte 18a verbunden sind und dass die Spannungsverbindungskontakte und die Stromverbindungskontakte stattdessen durch einen Zwischenraum 32a voneinander getrennt sind. In dem vorliegenden Konfigurationsbeispiel fungieren die Verbindungskontakte 22b-1 als Verbindungskontakte, die für die Spannungserfassung verwendet werden.
Auf diese Weise ist es möglich, den TCR im Vergleich dazu, wenn die Zwischenraumdrähte 18a verbunden sind, zu verringern. Genauer kann der TCR kleiner oder gleich 200 ppm/K, wie etwa in der Größenordnung von 165 ppm/K, gemacht werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, den Einfluss des TCR durch Durchtrennen eines Drahts zwischen den Spannungsverbindungskontakten und den Stromverbindungskontakten zu verringern, selbst wenn die Spannungsverbindungskontakte und die Stromverbindungskontakte auf der ersten Oberfläche des isolierenden Harzsubstrats vorgesehen sind.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind die Konfigurationen und dergleichen, die dargestellt worden sind, nicht einschränkend und können nach Bedarf innerhalb eines Bereichs derart, dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, geändert werden. Die Konfigurationen und dergleichen können ebenfalls nach Bedarf auf andere Weise geändert und implementiert werden, ohne von den Aufgaben der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Bestandteile der vorliegenden Erfindung können nach Bedarf gewählt werden und eine Erfindung mit einer ausgewählten Konfiguration ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für eine Stromerfassungsvorrichtung genutzt werden.
Bezugszeichenliste

A: Stromerfassungsvorrichtung
S1: erste Oberfläche
S2: zweite Oberfläche
1: Nebenschlusswiderstand
3: Widerstandskörper
5a, 5b: Elektrodenanschluss
11: isolierendes Harzsubstrat
11 a: Durchgangsloch (Aufnahmeabschnitt)
13a, 13b: Cu-Folienschicht
15: Harzschicht
17a: Harzschicht
18: Spannungserfassungsdraht
21a: Spannungsverbindungskontakt-Durchgangsloch
21b: Stromverbindungskontakt-Durchgangsloch
22a: Spannungsverbindungskontakt (Spannungserfassungs-Verbindungskontakt)
22b: Stromverbindungskontakt (Stromerfassungs-Verbindungskontakt)
23a: erster Stromerfassungsdraht
24a: Spannungsverbindungskontakt (Spannungserfassungs-Verbindungskontakt)
25a: Spannungsverbindungskontakt-Durchgangsloch
27a: zweiter Stromerfassungsdraht
32a: Zwischenraum
41: Stromerfassungsschaltung

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014239142 A [0005]
JP 2015002333 A [0005]
JP 2020041006 [0017]

Claims

Stromerfassungsvorrichtung, umfassend: ein isolierendes Harzsubstrat; ein Stromerfassungselement, das in dem Harzsubstrat angeordnet ist; einen Stromdraht, der durch eine Isolierschicht in Bezug auf das Stromerfassungselement vorgesehen ist, damit ein Strom durch das Stromerfassungselement fließt; eine Vielzahl von Stromverbindungskontakten, die das Stromerfassungselement und den Stromdraht durch die Isolierschicht verbinden; und einen Spannungserfassungs-Verbindungskontakt, der mit dem Stromerfassungselement verbunden ist, um einen Spannungsabfall zu messen.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Stromverbindungskontakte auf einer Seite einer ersten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen sind; und der Spannungsverbindungskontakt auf einer Seite einer zweiten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen ist.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Stromverbindungskontakte und der Spannungsverbindungskontakt auf einer Seite einer ersten Oberfläche oder auf einer Seite einer zweiten Oberfläche des Harzsubstrats vorgesehen sind; und ein Draht, der die Stromverbindungskontakte und den Spannungsverbindungskontakt verbindet, durchtrennt ist.
Stromerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das Stromerfassungselement ein Nebenschlusswiderstand ist; und der Nebenschlusswiderstand einen Widerstandskörper mit einer Dicke größer oder gleich 0,5 mm enthält.
Stromerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Harzsubstrats mit einer ersten Oberfläche bzw. mit einer zweiten Oberfläche des Stromerfassungselements bündig sind.
Stromerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Harzsubstrat und das Stromerfassungselement mit einer Harzschicht beschichtet sind.