JP2008235578A

JP2008235578A - 導線のシールド構造およびシールド方法

Info

Publication number: JP2008235578A
Application number: JP2007073115A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kasashima; 吉亮笠島; Shinji Fujii; 眞治藤井
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】導線のシールドに関し、少ない工程（手間）で十分なシールド効果を得る。
【解決手段】本導線のシールド構造は、基板上に平行に配置された１対の導線３と、１対の導線３の外周部分に、１対の導線３を挟むように配置された１対のシールド用導線５と、１対のシールド用導線５の一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とを結ぶワイヤー４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上の導線のシールド構造およびシールド方法、特にインバータ機器等に必要な高精度電流検出に用いる導線のシールド構造およびシールド方法に関する。

周知のインバータ機器においては、モータ等の出力制御を行う場合、モータに供給する電流を抵抗に流して電圧に変換し検出する方法が用いられている。つまり、モータに供給される電流を検出する手段として、モータに供給される電流経路に、電力損失が無視できる程度の低い抵抗値であるシャント抵抗を挿入し、両端に発生した電圧を増幅、ＡＤ変換等を行い、制御に利用する。
前記シャント抵抗の両端に発生した微弱な電圧は、２本の平行導線によって増幅部まで伝達される。

また、周知のインバータ機器は、商用電源を用いることから、力率改善回路を内蔵しており、そこから発生するスイッチングノイズが上記電流経路に重畳する。

加えて、複数のインバータを搭載しているモジュール等では、上記と同等の現象が複数のインバータ間で相互に発生する。

従来、電流検出から電流検出アンプまでの１対の平行導線（引き出し線パターン）が引かれている。この場合、上記１対の平行導線の近傍にノイズ源があれば、ノイズが重畳して回路誤動作を起こし、極端な場合には機能停止状態になる。

このようなノイズ対策として、上記１対の平行導線同士を近接配置することによって、上記ノイズを近接配線間で相殺することが知られている。

また、引き出し線パターンに金属板や金属ケースを用いてシールドを施すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に係る導線のシールド構造では、図６に示すように、金属筐体８の中に、上記１対の平行導線を備えることによって、ノイズによる影響を低減させることができる。なお、図中、６は基板、７は端子である。

かかる金属筐体を利用した導線のシールド方法は、図７に示すように、１対の電流検出用の導線を形成する（ステップＳ１１）。次に、金属の切り出し・加工を行い、金属筐体を作製する（ステップＳ１２およびＳ１３）。最後に、金属筐体を取り付ける（ステップＳ１４）。

さらに、引き出しパターン上部にシールド用導電パターンを形成することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、近年、インバータ機器等であるパワーモジュールの制御の高精度化が要求されている。また、パワーモジュールの電力損失を減らす目的で、電流検出部に用いるシャント抵抗値は低くなり、発生する電圧も微弱になっている。以上のことから、電流検出に関して、更なる耐ノイズ性の向上が要求されている。

特開平６−１２５１９１号公報特開平６−１３７２０号公報

しかしながら、金属筐体（金属ケース）を用いたシールド方法（特許文献１）では、任意の形の金属ケースを成形する際にケースの加工に多くの工程（手間）を要し、また基板への金属ケースの接続にも工程（手間）を要するという問題があった。

また、シールドを有するプリント配線板（特許文献２）では、絶縁層を別途必要とし、基板への接続も手間を要するという問題があった。

本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、少ない工程（手間）で十分なシールド効果を得ることができる導線のシールド構造およびシールド方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る導線のシールド構造は、基板上に平行に配置された１対の導線と、前記１対の導線の外周部分に、前記１対の導線を挟むように配置された１対のシールド用導線と、前記１対のシールド用導線の一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とを結ぶワイヤーとを備えている。

また、本導線のシールド構造では、前記１対のシールド用導線の少なくとも１本が接地されていることが好ましい。

さらに、本導線のシールド構造では、前記第１のボンディング点、第２のボンディング点およびワイヤーを、それぞれ、少なくとも２個備えていることが好ましい。

さらに、本導線のシールド構造では、前記ワイヤーは、アルミニウム製であることが好ましい。

また、本発明に係る導線のシールド方法は、基板上に平行に配置された１対の導線を形成する工程と、前記１対の導線の外周部分に、前記１対の導線を挟むように配置された１対のシールド用導線を形成する工程と、前記１対のシールド用導線のうちの一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とをワイヤーで結ぶ工程とを含む。

本発明によれば、加工、基板との接続に手間を要する金属筐体（金属ケース）、またはシールド構造を要するプリント基板を追加することなく、通常の回路モジュール製造工程で広く用いられているボンディング工程によって、シールド構造を形成することができるので、従来と比較して、少ない工程（手間）で、十分なシールド効果が達成できる。

また、本発明を用いることによって、インバータ機器等のノイズ耐性が向上して、より高精度な制御が行えるために、インバータ機器等の電子機器の電力効率を上げることが、少ない工程（手間）で可能となる。

言い換えると、本発明では、工程数（手間）が低減でき、また、金属筐体をボンディングに置き換えることによるコスト削減、小型化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１〜３は本発明の実施の形態に係る導線のシールド構造の構成を示しており、図１は平面図、図２は部品実装後ワイヤーボンディング前の平面図、図３は斜視図である。

図１〜３を参照して説明する。本実施の形態に係る導線のシールド構造では、金属基板上に形成された絶縁層に、導線である所定の電流検出ラインが形成され、電流検出部１および電流分岐線２を有しており、（１）基板上に平行に配置された１対の電流検出用導線３と、（２）１対の電流検出用導線３の外周部分に、当該１対の電流検出用導線３を挟むように配置された１対のシールド用導線５と、（３）１対のシールド用導線５のうちの一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とを結ぶアルミニウム製ワイヤー４が備えられている。

電流検出部１は、０．０１Ωのシャント抵抗である。他方、電流分岐線２の幅は、１〜１０ｍｍであって、そのパターン厚さは３０μｍである。ここに、電流分岐とは、例えば、モータの供給線から分岐していることを示すものである。

十分なシールド効果を得るには、ワイヤー４のワイヤー径は太いことが好ましいが、生産性を考慮し、一般的に回路モジュール製造工程で用いられる１００〜４００μｍのものが用いられている。本実施例では１００μｍの径とした。また、ワイヤー４もピッチは可能な限り狭ピッチが望ましいが、生産性を考慮し、ワイヤー間隔を２００μｍとしている。

なお、上記１対のシールド用導線５の少なくとも１本は、接地されている。

図４は本導線のシールド構造を採用することによってシールド特性（モータへの供給電流を分岐して０．１Ａ、シャント抵抗０．０１Ωの両端の電圧）を示すグラフである。なお、各グラフは縦方向に適宜ずらしてある。

図４によれば、本導線のシールド構造の場合は、従来例１（特許文献１）と同等に、ノイズ分が減少しており、従来例１のような作製に工程（手間）を要する金属筐体（金属ケース）を用いた場合と同等のシールド効果を、本導線のシールド構造では、簡便なワイヤーボンディングによって実現できることができた。

ところで、本発明の１つの狙いは、電流検出用導線３に流れる微弱な電気信号を乱すノイズを、電流検出用導線３に到達させない点にある。

そこで、上述したように、電流検出用導線３をシールド用導線５およびワイヤー４で囲むことにより、電磁波であるノイズがシールド用導線５およびワイヤー４の表面に達すると、シールド用導線５およびワイヤー４は導体であるために、表面の自由電子は、上記電磁波（ノイズ）の電磁力によって動く（これを「表皮効果」という）。そうすると、上記電磁波（ノイズ）を打ち消すように起電力が発生するため、導体内部、つまり、導体を透過して、電磁波が伝わることが抑制できる。

上記の簡便なワイヤーボンディングによって、従来の金属筐体と同様なシールド効果が得られるのは、本導線のシールド構造では、２００μｍ程度の間隔のワイヤー４でシールドするとしており、このワイヤー４は、小さな開口が並んだことと同じで、後述する効果を有するからである。

電磁波波長の１／２以下の開口部がある場合は、全面金属覆いと同様のシールド効果があることは、当業者間では経験的に知られている。ここでの電磁波ノイズはいかに波長が短くとも、１ｍであり、波長の１／２（５０ｃｍ）以下の開口では、電磁波が通過しないのは、電磁波波長と比べてワイヤー間隔が非常に狭いため、電磁波の理論に基づき、距離の６乗に比例して電磁波が減衰するからである。つまり、電磁波は通過しないということである。

図５は本発明の実施の形態に係る導線のシールド方法を工程順に示すフローチャートである。

従来の例（特許文献1）では、図７に示すように、２本の導線を形成（ステップＳ１１）後、金属板を切り出し、加工することによって、金属筐体を形成（ステップＳ１２およびＳ１３）後、金属筐体によって、２本の導線上を覆っていた（ステップＳ１４）。

これに対して、本導線のシールド方法では、図５に示すように、上記１対の電流検出用導線３を形成し（ステップＳ１）、次に上記１対の電流検出用導線３の外周部分に、当該１対の電流検出用銅線３を挟み込むように上記１対のシールド用導線５を形成し（ステップＳ２）、その後に上記第１のボンディング点および第２のボンディング点をワイヤー４で結ぶことによって、ワイヤーボンディングによるシールド構造を形成する（ステップＳ３）。

このように、一般に用いられているワイヤーボンディング法によって導線のシールド実施されるため、その工程数が、従来の例の４工程から本発明の３工程に削減される。一般に金属筐体加工は、電子部品実装の現場から離れた別の場で行われていたが、本導線のシールド方法によれば、電子部品実装の現場において一連のシールド作業が実施可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本明細書および特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。

本発明では、少ない工程（手間）で十分なシールド効果を得ることができるため、回路基板上の導線のシールド構造およびシールド方法、特にインバータ機器等に必要な高精度電流検出に用いる導線のシールド構造およびシールド方法として有用である。

本発明の実施の形態に係る導線のシールド構造を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る導線のシールド構造を示す、部品実装後、ワイヤーボンディング前の平面図である。本発明の実施の形態に係る導線のシールド構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る導線のシールド構造によるノイズ低減効果をグラフ化して示す図である。本発明の実施の形態に係る導線のシールド方法を工程順に示すフローチャートである。従来のシールド部品の外観構成を示す斜視図である。従来の導線のシールド方法を工程順に示すフローチャートである。

符号の説明

１電流検出部
２電流分岐線
３電流用検導線
４ワイヤー
５シールド用導線

Claims

基板上に平行に配置された１対の導線と、
前記１対の導線の外周部分に、前記１対の導線を挟むように配置された１対のシールド用導線と、
前記１対のシールド用導線の一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とを結ぶワイヤーとを備えていることを特徴とする導線のシールド構造。
前記１対のシールド用導線の少なくとも１本が接地されていることを特徴とする請求項１記載の導線のシールド構造。
前記第１のボンディング点、第２のボンディング点およびワイヤーを、それぞれ、少なくとも２個備えていることを特徴とする請求項１および２に記載の導線のシールド構造。
前記ワイヤーは、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の導線のシールド構造。
基板上に平行に配置された１対の導線を形成する工程と、
前記１対の導線の外周部分に、前記１対の導線を挟むように配置された１対のシールド用導線を形成する工程と、
前記１対のシールド用導線の一方の導線上に配置された第１のボンディング点と、他方のシールド用導線上に配置された第２のボンディング点と、前記第１のボンディング点と前記第２のボンディング点とをワイヤーで結ぶ工程とを含むことを特徴とする導線のシールド方法。