JP2004516686A - 好適には高周波交流を測定するための電気抵抗器 - Google Patents

Abstract

本発明は、測定対象電流を供給する各コネクタ（２、３）および測定対象電圧を取出す各コネクタ（４、５）を備えると共に、少なくとも一層の抵抗層（１０）と、戻り導電層（１１）と、可能的に配備される一切の絶縁層（７、１２、２１、２２、２４）とを有する、特に高周波交流を測定する測定用抵抗器（１）に関する。本発明に依れば、上記抵抗層（１０）は上記戻り導電層（１１）および可能的絶縁層（７、１２、２１、２２、２４）と共に多層式プリント配線基板の一部であり、且つ、該抵抗層（１０）の中央領域から外側に向けて延在する複数の導電経路（１４）を備えることから、特に良好な周波数応答、高い長期的安定性、効率的冷却、更には安価に作製される測定用抵抗器が達成され得る。戻り導電層（１１）は好適には、抵抗層（１０）に対する導電経路と同一の幾何形状の導電経路（１５）を有する。

Description

【０００１】
本発明は、測定対象電流を供給する各コネクタおよび測定対象電圧を取出す各コネクタを備える電気抵抗器であって、戻り導電層の少なくとも一個の抵抗層と、可能的に配備される任意の絶縁層とを備えた層構造を備えて好適には高周波交流を測定する電気抵抗器に関する。
【０００２】
電流の測定が企図された抵抗器は、分路抵抗器または分流器と称される。それらはまさに変流器と同様に単純な受動型電流センサであるが、幾分か異なる特性を有する。一方では直流を測定し、他方ではギガヘルツ範囲までの周波数を有する電流を測定し得る極めて広帯域型の構造が広く使用される。特に高周波の交流を測定する測定用抵抗器においては、分流器の誘導性が低く、かつ、測定対象電流に関して不可避の残留磁界が可及的に影響しないことに注意を払わねばならない。この目的のために、電圧の誘導分が測定タップにて相殺される如く、残留磁界を測定対象電流に対してだけでなく、測定回路にもリンクする試みが行われる。交流を測定する上で単純なワイヤ巻回抵抗器は、コイル巻線の誘導性が高いが故に適切でない。
【０００３】
測定用抵抗器の誘導性を減少すべく２本巻き構造の測定用抵抗器も公知であるが、該抵抗器においては該測定用抵抗器および測定用リード線により形成されるループが依然として、測定対象電流とリンクされる磁束の一定部分を含んでいる。
【０００４】
二本巻線を有する測定用抵抗器に見られる問題を克服すべく、薄寸の抵抗物質製の内側円筒と通常的に導電性の外側円筒とからなる共軸的配置が顧みられており、測定対象電流は内側リード線を介して供給されて外側リード線を介して戻されると共に、所謂るケルビン・タップである電圧タップは上記内側円筒内における無電界空間内に配備されることから、測定対象電流による電圧の誘起は無い。斯かる共軸的抵抗器は、高電流およびギガヘルツ範囲までの周波数に適している。共軸的分流器は良好な周波数応答を有するが、依然として相当の製造コストが掛かることから、多くの用途に対しては高価すぎる。測定用の共軸的抵抗器の帯域幅に関する実際の制限は、測定ループ内のレイリー散乱束により誘起された電圧により引き起こされるのではなく、抵抗器円筒の内部における電流変位現象により引き起こされる。
【０００５】
たとえば米国特許第５，５９６，３０９号（ＵＳ５，５９６，３０９Ａ）は測定用の共軸的抵抗器を記述しており、内側円筒抵抗器と外側円筒との間にはこれもまた円筒状である絶縁体が配置されることから、外側導体と内側抵抗器との間の距離は減少されて散乱磁束は減少され得る。低減された誘導性の他に、この様にして構築された同軸的分流器は、適切な抵抗器物質が用いられるならば高い安定性を有する。
【０００６】
上述の測定用共軸的抵抗器の他に、良好な導電性を有する物質のディスクが抵抗物質製のディスクの上方に配置されるという所謂るディスク抵抗器も公知である。電流供給および電圧タップを共軸的に配置することにより誘導性は減少され得るが、一定の残留誘導性は未だ常に残る。斯かるディスク抵抗器は上記測定用共軸的抵抗器と比較すれば更に簡素な構成を有するが、その作製および電気的特性に関しては依然として不都合が在る。
【０００７】
更に、上述の各構成と比較して作製が相当に容易であることから更に安価である層状配置の測定用抵抗器が公知である。
【０００８】
斯かる抵抗器はたとえばカナダ国特許第１，２５３，５７０号（ＣＡ １，２５３，５７０Ａ）に記述されており、各導電層はプリント配線基板の外側に配置されると共に、適切なフィードスルーにより２つの導電層間で交互となる電流が生じている。この様にして、良好な電気的特性を有すると同時に安価に作製されて簡素な構成を有する構造が提供される。しかし測定対象電流の経路中に配置されたフィードスルーは、温度係数の低下を引き起こす。測定対象電圧の誘導部分の減少は、磁界の拡散を制限することなく個々の導体片の磁界が電位タップの領域において相互に相殺されるという配置により行われる。
【０００９】
ドイツ国特許第３６ １１ ５９５号（ＤＥ ３６ １１ ５９５ Ａ１）には、特にミリオーム範囲の抵抗値により高周波交流を測定すべく各層の組立てにより形成される別の電気抵抗器が記述される。この測定用抵抗器は２枚の抵抗膜と外側金属プレートとから形成され、それらの間に絶縁接着剤膜が介設される。上記接着剤膜の縁部に配備された細片形状の接続層は、上記各抵抗膜を相互に対し又は上記金属プレートに対して電気的に接続する役割を果たす。この様に組立てられた測定用抵抗器は作製するのが比較的に容易であることから、共軸的抵抗器と比較して相当に安価である。故に斯かる測定用抵抗器の応用分野は、１００ＭＨｚまでの周波数を有する数百アンペアまでの交流が生じ得るという例えば高速電流源もしくは電流シンク、ＨＦ送信器、可変周波数インバータ又はクロック化電源ユニットへと拡張され得る。上記抵抗膜および導電性金属プレートにおける電流は逆方向に向けられると共に、ほぼ同一の部位にて形成されるそれらの磁界が相互に相殺されるという事実に依り、斯かる抵抗器が生成する全磁界は対応して小さい。しかし上記接着剤箔の縁部上の接続層にては依然として磁界が生じることで上記測定用抵抗器の僅かな誘導性を引き起こすことから、測定の精度および抵抗器の帯域幅が夫々制限される。重ねられた抵抗層を接続する細片形状の接続層は、温度係数の低下を引き起こす。
【００１０】
上記の既存形式の測定用抵抗器は欧州特許第５００ ９７５号（ＥＰ ５００ ９７５）からも公知であり、この場合、抵抗層および戻り導電層はフィードスルーにより一端にて相互接続されると共に、他端領域には電位コネクタが配備される。この実施例は共軸的配置と比較すれば相当に作製が容易であるが、特に測定用抵抗器の縁部領域において、測定結果に影響する不都合な磁界が生じ得る。
【００１１】
故に本発明の目的は、上述の形式の電気的測定用抵抗器であって、可及的に大きな帯域幅ならびに高い長期的安定性に対して低誘導性、一定の周波数応答および位相角などの可及的に良好な電気的特性を有すると共に可及的に作製が容易な電気的測定用抵抗器を提供するに在る。
【００１２】
本発明に係る上記目的は、抵抗層が戻り導電層および可能的絶縁層と共に多層式プリント配線基板の一部であり、且つ、該抵抗層の中央領域から外側に向けて延在する複数の導電経路を備えることで達成される。斯かるコンパクトなアセンブリに依れば、プリント配線基板の作製において一般的である多層化技術であって容易に自動化され得る多層化技術による容易な生産が可能となる。更に上記のコンパクトな多層配置は高い長期的安定性を与えることが期待される、と言うのも、外部の影響による腐食が殆ど完全に回避されるからである。また内側から外側へと通ずる上記導電経路は均一な電流密度分布を引き起こすことから、均一な加熱を引き起こす。最も単純な場合、上記戻り導電層は連続的な銅層から作成され得る。更に、上記戻り導電層にも導電経路が配備され得る。
【００１３】
好適には、上記戻り導電層は上記抵抗層の導電経路と同一の幾何形状の導電経路を備える。この様にして、不都合な磁界を極めて低くすることが可能となる、と言うのも、上記抵抗層の電流経路上の電流は上記戻り導電層の導電経路上の電流と逆方向に向けられると共にほぼ同一の箇所で形成されるそれらの磁界は相互にほぼ相殺されるからである。上記抵抗層上および上記戻り導電層上の対応するたとえば渦巻形状の各導電経路は、プリント配線基板の作製において一般的に用いられる方法により単純で低コストな様式で作られ得る。
【００１４】
好適には、上記抵抗層および戻り導電層は平面視において実質的に円形である。この様にして、円対称状態が達成される。
【００１５】
本発明の更なる特徴に依れば、上記抵抗層および上記戻り導電層の夫々の導電経路は実質的に一定の幅と相互からの実質的に一定の距離とを有する。斯かる幾何形状に依れば、上記抵抗層に亙る一様な電流密度分布の故に一様な加熱という技術的効果が強化される。
【００１６】
これは特に、実質的に円形の抵抗層において、上記中央領域から渦巻状に外方に延在する導電経路により達成される。上記抵抗層および上記戻り導電層の中央から外方に延在する導電経路の本数に依存し、夫々の数学的方法により適切な形式の渦巻形状が計算され得る。
【００１７】
本発明の更なる特徴に依れば、測定対象電流を供給する上記コネクタおよび／または測定対象電圧を取出す上記コネクタは、所謂る通路である夫々のフィードスルーを通り所望の層へと導かれる。この様にして、測定対象電流を誤り伝えるであろう不都合な電圧が誘起され得る給電ラインは回避される。上記抵抗層と上記戻り導電層との間に残存する磁束は上記ケルビン・タップを介して測定される電流とリンクされないことから、測定信号に対して寄与しない。
【００１８】
有利には、少なくともひとつの絶縁層は好適には０．１ｍｍ未満の厚みを有する一層以上のプリプレグ層から成る。
【００１９】
上記抵抗層が、上記戻り導電層と、測定対象電圧を取出す上記コネクタを備えるコネクタ層との間に配置されるなら、測定対象電流の磁束が上記ケルビン・タップの導体にリンクされることが殆ど防止され得る。
【００２０】
損失熱の良好な消散が提供される、と言うのも、上記戻り導電層と上記可能的冷却体との間に配備された上記絶縁層は半田レジストもしくは半田停止膜から作成されるので極めて薄寸だからである。
【００２１】
本発明は、本発明の代表的実施例を示す図面により更に詳細に説明される。
【００２２】
図１は、各コネクタの図を含む測定用抵抗器１の代替的回路図である。測定対象電流はコネクタ２、３を介して測定用抵抗器１を通るべく導通されると共に、測定対象電圧はコネクタ４、５（ケルビン・コネクタ）を介して取出される。コネクタ６は、ケルビン・タップに対する遮壁（スクリーン）を接続する役割を果たす。
【００２３】
図２には、本発明に従い積層構造で作製された上記測定用抵抗器１が示される。各層は、抵抗層１０、戻り導電層１１、相互接続層９およびコネクタ層８ならびに半田停止層７および１２である。個々の層７、８、９、１０、１１および１２は、明示を容易とすべく部分的に断面とされた分解図で示される。測定対象電流はコネクタ２および３を介して測定用抵抗器１に導入され、其処から再び戻し導通される。コネクタ２および３は、測定用抵抗器１の中央に配置されると共に、対応して夫々、戻り導電層１１および抵抗層１０まで貫通される。好適には戻り導電層１１の下方には例えば該層に対して接着もしくはネジ止めされた冷却体１３が配置され、可能的には、戻り導電層１１に貼付された半田レジストから成る絶縁層１２により好適に形成される絶縁体が配備される。抵抗層１０内において電流は渦巻形状の導電経路１４に沿い内側から外側へと流れると共に、戻り導電層１１においては同様に設計された導電経路１５に沿い測定用抵抗器１のコネクタ３へ向かって外側から内側へと戻るべく流れる。対応する各フィードスルー１８は、抵抗層１０の外側から戻り導電層１１の外側へと通ずる。上記プリント配線基板において全てのコネクタ２、３、４、５、６は、金属化ボアから成る。まさにコネクタ層８および戻り導電層１１と同様に好適には銅から成る接続層９において、測定対象電流の一部は、抵抗層１０に対して電流密度が進入する際の該電流密度を制限すべく各フィードスルー１６に分配される。コネクタ４に対する接続は、コネクタ層８におけるフィードスルー１７および導電経路から成る。またケルビン・コネクタ５に対する抵抗層１０の接続は、コネクタ層８のフィードスルー１９および外側導通表面により行われる。測定対象電流はフィードスルー１８を介し、戻り導電層１１における導電経路１５の外端部に至る。同様にコネクタ６に通ずる接続層９に対する抵抗層１０の接続は、フィードスルー１８を介して行われる。この銅層９はまた、プリント配線基板上におけるケルビン・タップの行程における該ケルビン・タップに対する遮壁としても機能する。
【００２４】
図３ａは、図２において透過的に示された測定用抵抗器１の最上位の絶縁層７であって、半田停止マスクを示す絶縁層７を示す。測定対象電流に対するコネクタ２、３および電圧タップに対するコネクタ４、５ならびに遮壁に対するコネクタ６の部位にて、および、各要素を固定すべく可能的に配備される任意のボア２０の部位にて、該絶縁層７（半田レジスト）は適用されない。
【００２５】
図３ｂはケルビン・コネクタ４からコネクタ層８の中央に対する接続を構成する該コネクタ層８を示し、この場合に抵抗層１０に対する接続は図３ｄに依るフィードスルー１７を介して行なわれる。
【００２６】
図３ｃは、たとえば銅から作成される接続層９であって、フィードスルー１６を介してコネクタ２を下側の抵抗層１０に接続する接続層９を示している。
【００２７】
図３ｄは、測定用抵抗器１の抵抗層１０であって、好適には低い温度係数を有する合金により形成される抵抗層１０を示している。この図は、相互から実質的に一定の距離を有すると共に実質的に一定の幅を有する渦巻形状の導電経路１４を明示している。示された例において抵抗層１０は、渦巻状に外方に延在する合計で２４本の導電経路１４を備える。この本数は適宜に変更され得るが、対称条件を達成するには一定の最少本数が必要とされる。導電経路１４の実質的に一定の幅により、抵抗層１０に亙る一様な電流密度分布が達成され、故に一様な加熱が達成される。
【００２８】
図３ｅは、抵抗層１０の下方に配置された戻り導電層１１であって抵抗層１０と同一の幾何形状を有することから抵抗層１０および該戻り導電層１１において流れる電流により引き起こされる各磁界が相互に対し殆ど相殺されるという戻り導電層１１を示している。
【００２９】
図３ｆは、好適には半田レジストから成ると共に絶縁層７（図３ａ参照）と同一の幾何形状を有し、冷却体１３から戻り導電層１１を絶縁する絶縁層１２を示している。
【００３０】
最後に図４は、寸法的関係を明示すべく本発明に係る測定用抵抗器１の断面図を示す。冷却体１３の上方にて、半田レジストから成る絶縁層１２は戻り導電層１１の下側に配備される。絶縁層１２はたとえば５０μｍの厚みを有するが、戻り導電層１１は６０μｍの銅から作成され得る。抵抗層１０および戻り導電層１１の間において、たとえば各々が５０μｍの厚みを有する１層もしくは２層のプリプレグから作成される絶縁層２１が配置される。抵抗層１０は、たとえば５０μｍのゼラニン（Ｚｅｒａｎｉｎ）から作成され得る。１層以上のプリプレグ層から成る絶縁層２２の支援により抵抗層１０は、絶縁層２３および接続層９から成る単一層のプリント配線基板の母材片へと積層され、その場合に絶縁層２３はたとえば１ｍｍの厚みを有し得ると共に接続層９はたとえば３０μｍの厚みを有し得る。またコネクタ層８と接続層９との間であって、該コネクタ層はたとえば６０μｍの銅から成り得る該両層の間には、たとえば１００μｍの厚みを有するやはり１層以上のプリプレグ層が配置されて絶縁層２４を形成する。最後にコネクタ層８の頂部には、たとえば５０μｍの半田レジストから成る更なる絶縁層７（図３ａ参照）が配備される。
【００３１】
図示された代表的実施例の代わりに、本発明の範囲内で改変された更なる変更例も提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、測定用抵抗器のコネクタを示す概略的回路図である。
【図２】
図２は、本発明に係る測定用抵抗器の分解斜視図である。
【図３ａ】
図３ａは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図３ｂ】
図３ｂは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図３ｃ】
図３ｃは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図３ｄ】
図３ｄは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図３ｅ】
図３ｅは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図３ｆ】
図３ｆは、図２に係る測定用抵抗器の一つの層の平面図である。
【図４】
図４は、厚みの比率を示す本発明の測定用抵抗器の積層構造の概略的断面図である。

Claims (9)

1. 測定対象電流を供給する各コネクタ（２、３）および測定対象電圧を取出す各コネクタ（４、５）を備えると共に、少なくとも一層の抵抗層（１０）と、戻り導電層（１１）と、可能的に配備される任意の絶縁層（７、１２、２１、２２、２３、２４）とを含む層構造を有する、特に高周波交流を測定する電気的測定用抵抗器（１）において、
   上記抵抗層（１０）は、上記戻り導電層（１１）および可能的絶縁層（７、１２、２１、２２、２３、２４）と共に多層式プリント配線基板の一部であり、且つ、該抵抗層（１０）の中央領域から外側に向けて延在する複数の導電経路（１４）を備えることを特徴とする、測定用抵抗器（１）。
2. 前記戻り導電層（１１）は前記抵抗層（１０）の前記導電経路（１４）と同一の幾何形状の導電経路（１５）を備えることを特徴とする、請求項１記載の測定用抵抗器。
3. 前記抵抗層（１０）および戻り導電層（１１）は平面視において実質的に円形であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。
4. 前記抵抗層（１０）および戻り導電層（１１）の夫々の前記導電経路（１４、１５）は実質的に一定の幅と相互からの実質的に一定の距離とを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。
5. 前記抵抗層（１０）および戻り導電層（１１）の夫々の前記導電経路（１４、１５）は前記中央領域から外方に渦巻状に延在することを特徴とする、請求項４記載の測定用抵抗器。
6. 測定対象電流を供給する前記各コネクタ（２、３）および測定対象電圧を取出す前記各コネクタ（４、５）、もしくは、測定対象電流を供給する前記各コネクタ（２、３）または測定対象電圧を取出す前記各コネクタ（４、５）は、夫々のフィードスルー（１６、１７、１８、１９）を介して所望の層（８、１０、１１）へと導かれることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。
7. 少なくともひとつの絶縁層（２１、２２、２３、２４）は好適には０．１ｍｍ未満の厚みを有する一層以上のプリプレグ層から成ることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。
8. 前記抵抗層（１０）は、前記戻り導電層（１１）と、測定対象電圧を取出す前記コネクタ（４、５）を含むコネクタ層（８）との間に配置されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。
9. 前記戻り導電層（１１）と可能的に存在する冷却体（１３）との間に配備される前記絶縁層（１２）は半田レジストもしくは半田停止膜から作成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の測定用抵抗器。