JP2018132386A - 電流測定装置および電流検出用抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】シャント抵抗器の電極部分におけるＴＣＲの影響を抑制する。【解決手段】抵抗材からなる板状の抵抗体と、その両側部に接合された電極材からなる板状の電極とから構成され、前記電極は、前記抵抗体と略同一平面となる上電極部と、配線パターンに実装される下電極部と、前記上電極部と下電極部の間の段部とから構成され、前記上電極部は、前記電極の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体および前記下電極部よりも幅広である電流検出用抵抗器。【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出技術に関する。

電流の検出用にミリオーム程度の極めて抵抗値が小さいチップ抵抗器を用いることは良く知られている。チップ抵抗器は、例えば、貴金属合金あるいは金属合金から作製される抵抗体および高伝導性の電極および溶融はんだ材から構成されている。
下記特許文献１には、電流検出用抵抗器の実装構造が開示されている。

国際公開２０１６／０６３９２８号公報

上記特許文献１に開示された技術によれば、小型のシャント抵抗器を配線パターンに実装して、電流検出をするにあたり、エレクトロマイグレーションの発生等による電流検出精度への影響を抑えることができる。

ところで、ワイヤーボンディングによりシャント抵抗器から電圧検出する場合、シャント抵抗器にボンディングワイヤーを溶接する。この溶接位置によっては電極（例えばＣｕ）のＴＣＲの影響により、温度特性が悪くなる傾向があった。

Ｃｕ電極のＴＣＲの影響をできるだけ小さくするためには、可能な限り電極における抵抗体近傍にボンディングワイヤーを固定することが必要である。

しかしながら、抵抗体と電極との溶接部分は、溶接痕の影響によりワイヤーボンディングに適さない表面状態である等の問題があった。

本発明は、シャント抵抗器の電極部分におけるＴＣＲの影響を抑制することを目的とする。また、ワイヤーボンディングにおける溶接痕の影響を抑制することを目的とする。

本発明の一観点によれば、抵抗材からなる板状の抵抗体と、その両側部に接合された電極材からなる板状の電極とから構成され、前記電極は、前記抵抗体と略同一平面となる上電極部と、配線パターンに実装される下電極部と、前記上電極部と下電極部の間の段部とから構成され、前記上電極部は、前記電極の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体および前記下電極部よりも幅広である電流検出用抵抗器が提供される。

抵抗体に近い電極領域の幅を広くすることで、ワイヤーボンディング予定位置における電極の抵抗を低くすることができる。従って、シャント抵抗器の電極部分における寄与率を下げてＴＣＲの影響を抑制することができる。

前記上電極部の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体の幅は前記下電極部の幅以上であることが好ましい。

前記電流検出用抵抗器の側部には、前記抵抗体を少なくとも含む凹部が形成され、前記凹部の深さは、前記下電極部の両側面をつなぐ線上に及んでいないようにすると良い。

本発明は、抵抗材からなる板状の抵抗体と、その両側部に接合された電極材からなる板状の電極とから構成され、前記電極は、前記抵抗体と略同一平面となる上電極部と、配線パターンに実装される下電極部と、前記上電極部と下電極部の間の段部とから構成され、前記上電極部は、前記電極の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体および前記下電極部よりも幅広である電流検出用抵抗器と、前記下電極部が実装固定され、検出対象の電流が流れる配線パターンと、前記上電極部であって抵抗体の近傍に固定されたボンディングワイヤーとからなり、前記上電極部は、前記ボンディングワイヤーが固定されるボンディング部から前記段部に至る部位が幅広である電流測定装置である。

本発明によれば、シャント抵抗器の電極部分におけるＴＣＲの影響を抑制することができる。また、ワイヤーボンディングにおける溶接痕の影響を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態による電流検出装置の一構成例を示す斜視図である。 図１に対応する電流検出装置の平面図である。 図１、図２に示す、本実施の形態による電流検出装置用のシャント抵抗器の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第５の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第６の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。 本発明の第１から第６までの各実施の形態によるシャント抵抗器の実装構造の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による電流検出装置の一構成例を示す斜視図であり、図２は、図１に対応する電流検出装置の平面図である。図に示した寸法は一例であり、この値に限定されない。尚、図に記載したサイズは例示である。

本実施の形態による電流検出用のシャント抵抗器１は、Ｃｕ−Ｎｉ系等の板状の抵抗体３と、抵抗体３を有する電流検出用の抵抗器の両端間に電流を流すための、Ｃｕなどからなる第１及び第２の電極５ａ、５ｂを備える。ここで例示するシャント抵抗器１は、抵抗体と電極とが接合面３ａ、３ｂにおいて突き合わされた、いわゆる突き合わせ構造の抵抗器であるが、突き合わせ構造の抵抗器に限定されるものではない。

第１及び第２の電極５ａ、５ｂは、それぞれ、第１および第２の段（差）部５ａ−３、５ｂ−３を有している。第１および第２の段差部５ａ−３、５ｂ−３よりも端部側に、第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１が設けられている。第１および第２の段差部５ａ−３、５ｂ−３よりも抵抗体３側に、第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２が設けられている。Ｐ１、Ｐ２は、例示的に示したワイヤーボンディング位置である。

第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２は、電極の配置方向と直交する方向において、抵抗体３および第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１よりも幅広となっている（Ｗ_２＞Ｗ_１）。

抵抗体３に近い第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２の電極領域の幅を広くすることで、ワイヤーボンディング予定位置における電極の抵抗を低くすることができる。従って、シャント抵抗器の電極部分における寄与率を下げてＴＣＲの影響を抑制することができる。

以上のように、抵抗体３に接する電極部分５ａ−２、５ｂ−２の幅を、突出部５ａ−４、５ｂ−４、突出部５ａ−７、５ｂ−７を形成することで抵抗体３の幅よりも広くしたため、この部分の抵抗値を下げることができる。このため、電流測定における電極部分の抵抗値への寄与割合が低下する。よって、電極部分のＴＣＲの影響を抑えることができ、温度特性が改善する。

尚、電極の厚みを厚くしても同様の効果が得られる。但し、電極の曲げ加工が困難になる等の課題がある。

第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２を幅広にし、また図示しない基板からは浮かせた部分であるため、第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１を従来のものから変更する必要がなく、実装ランドの変更を必要としない。また、第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２、すなわち、上電極部分を幅広にしたので、実装パターンへの影響はない。

抵抗体３に、その内方に向けた切り欠け部３ｃが形成されている。切り欠け部３ｃは、抵抗体３の電極間方向の全域と、電極５ａ，５ｂの一部に及んでいる。切り欠け部３ｃを設けることにより、抵抗値を微調整することができる。この際、上電極部分の突出部５ａ−４、５ｂ−４の突出の範囲内で抵抗値調整のプレス加工を行って切り欠け部３ｃを形成することにより、ボンディングエリアを狭めずに済む。従って、ワイヤーボンディングがしやすい。図２において、第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１から突出する寸法を、突出部５ａ−４、５ｂ−４においてΔＷ_２で表す。切り欠け部３ｃにおいて切り欠け深さをΔＷ_３で表す。切り欠け部３ｃにおける深さ寸法ΔＷ_３は、ΔＷ_２以下である。すなわち、突出部５ａ−４、５ｂ−４における突出範囲内で、切り欠け部３ｃを形成する。これにより、小型の抵抗器においてもワイヤーボンディングエリアを確保することができる。また、表面にメッキを施した後に切り欠け部３ｃを打ち抜く場合におけるメッキのひび割れがワイヤーボンディングの領域に及ばないようにしている。例えば、ΔＷ_２は、全幅を５ｍｍとした場合に例えば０．５ｍｍ程度である。

また、切り欠き（凹部）３ｃの深さは、第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１の両側面をつなぐ線上に及んでいない。

突出部５ａ−４、５ｂ−４の反対側、すなわち、突出部５ａ−７、５ｂ−７においては、抵抗体３と第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２、５ｂ−２とは面一であるが、第１および第２の端部側電極（下電極部）５ａ−１、５ｂ−１よりは、ΔＷ_１だけ突出させても良い。突出部は、少なくとも一方に設けることが好ましい。

このような構成により、突出部５ａ−４、５ｂ−４の反対側、すなわち、突出部５ａ−７、５ｂ−７においても、突出部５ａ−４、５ｂ−４側と同様にＴＣＲの影響を抑制することができる。

例えば、突出部５ａ−４から突出部５ｂ−４に至る突出部全体の幅を５ｍｍとし、ΔＷ_２を０．５ｍｍとした場合のＴＣＲの変化量ΔＴＣＲは−８ｐｐｍ／Ｋ程度である。すなわち、突出部を設けることでＴＣＲはマイナスの方向に変化する。

尚、後述のように表面めっきした場合は、切り欠き３ｃを形成するときのプレスによりめっきにひび割れが生じることがあるが、切り欠き３ｃの深さを突出部の突出範囲内とすることで、そのひび割れが、ボンディングエリアに及ばないようにしている。これにより、抵抗体３に接する電極部分の幅を確保することができる。

図３は、図１、図２に示すような、本実施の形態による電流検出装置用のシャント抵抗器の製造工程を示す図である。

図３（ａ）に示すように、まず、長尺の抵抗材３と、その両側に配置される長尺の第１及び第２の電極材５ａ、５ｂとを、側面が接触するように配置し、レーザなどによる溶接工程により抵抗材と電極材とを接続したフープ材Ａを準備する。

図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の電極材５ａ、５ｂの一部を所定の形状に打ち抜く。打ち抜く形状は、第１及び第２の電極材５ａ、５ｂの外側の端部からＬ１の幅、抵抗体３に近い位置では、Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）の幅である。これにより、第１及び第２の電極材５ａ、５ｂの両側に、第１の切り欠け１１ａとそれに続く第２の切り欠け１１ｂとからなる切り欠け部を形成する。

図３（ｃ）に示すように、切り欠け部によって形成された第１および第２電極に相当する電極部分の両側の領域を、下方に向けて曲げ加工する。加工により形成する電極の段差はΔｔ_１である。

第１の切り欠け１１ａの内側面に沿って、第１及び第２の電極材５ａ、５ｂ及び抵抗材３を所望の位置で切断することで、図３（ｄ）に示すように、個片化する。

図３（ｅ）に示すように、個片化したシャント抵抗器において、抵抗値調整用のトリミングのための切り欠け部３ｃなどを形成する。

以上の工程により、図１、図２に示すようなシャント抵抗器を効率的に形成することができる。

以上に説明したように、本実施の形態によるシャント抵抗器によれば、電極部分のＴＣＲの影響を抑えることができ、温度特性が改善する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。尚、図４から図８まででは、ワイヤーボンディング位置を示していないが、図２の位置と同様で良い。

図４は、本実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。図４に示すシャント抵抗器１は、図１に示したシャント抵抗器と比べて、抵抗体３の両側に、突出部５ａ−４、５ａ−７、５ｂ−４、５ｂ−７、及び、切り欠け部３ｃ−１、３ｃ−２を有している点で異なる。すなわち、上電極部は、電極の配置方向と直交する方向において、抵抗体および下電極部よりも幅広であり、また両方に突出部を有する。また、抵抗体を含む領域の幅Ｗ_３は、上電極部を含んで形成された切り欠け部３ｃ−１、３ｃ−２の幅Ｗ_４よりも狭くなっている。

本実施の形態によれば、切り欠け部３ｃ−１、３ｃ−２のように抵抗体３の両側からトリミングを行うことで抵抗値を調整することができるため、抵抗値の調整量を大きくすることが可能である。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図５は、本実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。図５に示すシャント抵抗器１は、図１に示したシャント抵抗器と比べて、一方の突出部５ａ−４−１の突出量（ΔＷ_１１）と、他方の突出部５ｂ−４−１との突出量（ΔＷ_１２）とが異なる点を特徴とする。これにより、シャント抵抗器の左右を見分けやすいという利点がある。図６に示す例は、一方の電極５ａは突出部を備えていないが、もう一方の電極５ｂは突出部を備えた構造の例である。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図７は、本実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。図７に示すシャント抵抗器１は、図１に示したシャント抵抗器と比べて、抵抗体３の部分のみを切り欠くことで、第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２，５ｂ−２に実質的な突出部５ａ−４、５ｂ−４が形成されている点で異なる。この例では、切り欠きの幅Ｗ_５は、抵抗体の幅Ｗ_３と同じである。

本実施の形態によれば、抵抗体３のみを切り欠くことで、両側の電極に実質的な突出部を形成すること、その際に第１および第２の抵抗体側電極（上電極部）５ａ−２，５ｂ−２の幅を狭くしないことで電極の抵抗を小さくしないことが可能である。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
図８は、本実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。図８に示すシャント抵抗器１は、図７に示したシャント抵抗器と比べて、抵抗体３の部分のうち切り欠き部分の幅Ｗ_６が、抵抗体の幅Ｗ_３よりも小さい点で異なる。

本実施の形態によれば、抵抗体３を切り欠くことで、実質的に電極のみで構成された突出部を形成することが可能である。

（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
図９は、本実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。図９に示すシャント抵抗器１は、図１に示したシャント抵抗器と比べて、無電界メッキ法により略全面に例えばＮｉ−Ｐメッキを施している点で異なる。工程としては、図３（ｃ）の状態でメッキを施すことができる。

メッキ膜を形成した後に個片化の切断をするため、斜線を施した領域には、メッキ膜が形成されていない。よって、斜線部分、即ち、シャント抵抗器の側面の一部において電極と抵抗体が露出している。なお、斜線部の反対側の側面の領域も同様である。
尚、個片化を行った後にメッキを施しても良い。

この構造では、突き合せ構造である上に、メッキ膜で全体が覆われているため、抵抗体３と電極５ａ−２、５ｂ−２との境界がわかりにくくなっているが、本実施の形態では、抵抗体３の表面と電極５ａ，５ｂの抵抗体３側の領域（上段部）５ａ−２、５ｂ−２との間に境界の目印となるように段差を設けているため、もしくは、突出部５ａ−４、５ｂ−４を画像認識することによって、ワイヤーボンディングの位置合わせ（Ｐ１，Ｐ２）を行い、ボンディングすることができるという利点がある。なお、突出部によるボンディング位置合わせは他の実施例に係るシャント抵抗器でも同様に行うことができる。

なお、被覆４１は、部分的に形成してもよい。例えば、電極５ａ、５ｂの配線パターンとの接続部に形成してもよく、また、符号５ａ−２、５ｂ−２に示す、ボンディングワイヤーの接続位置に形成してもよい。

（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
図１０は、第１から第６までの各実施の形態によるシャント抵抗器の実装構造を示す図である。抵抗体３よりの電極５ａ−２、５ｂ−２の領域から、ランド５１ａ、５１ｂにワイヤーボンディングを行う（６１ａ、６１ｂ）ことで、シャント抵抗器を実装基板等に実装することができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、電流検出装置に利用可能である。

Ｐ１、Ｐ２…ワイヤーボンディング位置
１…シャント抵抗器
３…抵抗体
３ｃ…切り欠け部
５ａ、５ｂ…電極
５ａ−３…第１の段（差）部
５ｂ−３…第２の段（差）部
５ａ−１…第１の端部側電極（下電極部）
５ｂ−１…第２の端部側電極（下電極部）
５ａ−２…第１の抵抗体側電極（上電極部）
５ｂ−２…第２の抵抗体側電極（上電極部）
５ａ−４、５ｂ−４、５ａ−７、５ｂ−７…突出部

Claims (4)

1. 抵抗材からなる板状の抵抗体と、その両側部に接合された電極材からなる板状の電極とから構成され、
   前記電極は、前記抵抗体と略同一平面となる上電極部と、配線パターンに実装される下電極部と、前記上電極部と下電極部の間の段部とから構成され、
   前記上電極部は、前記電極の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体および前記下電極部よりも幅広である
   電流検出用抵抗器。
2. 前記上電極部の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体の幅は前記下電極部の幅以上である請求項１に記載の電流検出用抵抗器。
3. 前記電流検出用抵抗器の側部には、前記抵抗体を少なくとも含む凹部が形成され、
   前記凹部の深さは、前記下電極部の両側面をつなぐ線上に及んでいない
   請求項１又は２に記載の電流検出用抵抗器。
4. 抵抗材からなる板状の抵抗体と、その両側部に接合された電極材からなる板状の電極とから構成され、
   前記電極は、前記抵抗体と略同一平面となる上電極部と、配線パターンに実装される下電極部と、前記上電極部と下電極部の間の段部とから構成され、
   前記上電極部は、前記電極の配置方向と直交する方向において、前記抵抗体および前記下電極部よりも幅広である電流検出用抵抗器と、
   前記下電極部が実装固定され、検出対象の電流が流れる配線パターンと、
   前記上電極部であって抵抗体の近傍に固定されたボンディングワイヤーとからなり、
   前記上電極部は、前記ボンディングワイヤーが固定されるボンディング部から前記段部にかけて幅広である
   電流測定装置。

Images