JP2008235578A - 導線のシールド構造およびシールド方法 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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
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 (5)
- 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。
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2007
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