JP3173614B2

JP3173614B2 - 回路基板に対する電気部品の実装構造

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Publication number: JP3173614B2
Application number: JP53944198A
Authority: JP
Inventors: マークラフォレ; 道也橋爪; 輝明川合
Original assignee: Microjenics Inc
Current assignee: Microjenics Inc
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2001-06-04
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: WO1998040754A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、例えば、電流センサ、電圧測定モジュー
ル、電流制御モジュール等、一次回路を構成する電気部
品とは電気的に絶縁された独立の二次回路を有する回路
基板に対する電気部品の実装構造に関するものである。

背景技術従来、この種の回路基板に対する電気部品の実装構造
としては、例えば特開平８−2620674号公報に記載の電
流センサが知られている。同公報によれば、一次回路を
構成する電気部品であるコイルに流れる電流によりコア
に発生する磁界を二次回路のホール素子で検出し、コイ
ルに流れる電流を検出している。

同センサでは、実装対象基板における占有面積を小さ
くするために、コイルの脚部と二次回路とをできるだけ
近接させることが望ましい。一般に、この種センサのコ
イルの脚部は高電圧の電源に接続される。これに対し、
二次回路は測定を行うものであるから一次回路とは独立
の低電圧電源に接続されるので、一次回路、二次回路間
の絶縁性を確保するために、一次回路と二次回路との沿
面距離を十分にとる必要がある。

しかし、同公報によれば、コイルの脚部が回路基板に
直接固定されているので、一次、二次回路間の沿面距離
を確保するために、コイルの脚部を二次回路から遠ざけ
る必要があった。その結果、コイルの脚部に掛かる電圧
が高い場合には、回路基板が大きくならざるを得ず、同
センサの実装面積が増大する不都合があった。

かかる従来の実状に鑑みて、本発明は、一次回路側の
電気部品を独立の二次回路に対する電位差の大きな又は
大きくなりうる電源に接続する場合において、一次回路
と二次回路との絶縁性を十分に確保しつつ、本実装構造
を小さくすることにある。

発明の開示本発明に係る回路基板に対する電気部品の実装構造の
特徴は、回路基板と脚部を有する電気部品とを備え、前
記回路基板は前記電気部品とは電気的に絶縁された独立
の回路を有しており、前記電気部品が前記独立の回路に
対して電位差の大きな又は電位差の大きくなりうる電源
に接続される構成において、前記電気部品の少なくとも
一部を取り付けて前記各脚部を前記回路基板から離隔さ
せて固定する絶縁台を設け、この絶縁台の端部のうち前
記独立の回路に対向する側から前記回路基板に沿ってス
リットを形成したことにある。

同構成によれば、スリットを絶縁台の端部のうち独立
の回路に対向する側から形成してあるので、この絶縁台
上に固定された電気部品の脚部と独立の回路との沿面距
離は、少なくともスリットの表面に沿った距離、すなわ
ち、スリットの深さに相当する絶縁台の裏面と回路基板
の表面とにおける合計距離となる。したがって、電気部
品と独立の回路との直線距離が短くてもこれらの間の沿
面距離を十分に確保できる。

また、前記各脚部と前記独立の回路との間に位置する
前記絶縁台から前記回路基板とは反対側に向かって鍔部
を突出させることで、さらに電気部品と独立の回路との
沿面距離を増大させることができる。しかも、脚部を接
着剤等で絶縁台に固定する場合には、接着剤のたれ落ち
によるスリットの短絡を防止できる。

さらに、真空充填又は真空脱泡により前記スリットに
絶縁樹脂を侵入させると共に全体をこの絶縁樹脂により
覆うことで、スリットの短絡を防止できる。

加えて、前記各脚部の長手方向に対する前記絶縁台の
端部から、前記スリットをさらに形成することで、沿面
距離の減少し易いこれらの端部においても、空間的に沿
面距離を確保することができる。

本発明は、前記電気部品側の一次回路と前記独立の回
路である二次回路との間に磁気又は光による信号を伝達
させる素子を設けた構成として実施することが望まし
い。この種の構成にあっては、一次回路と二次回路とを
同一の回路基板上に設ける必要性が高いからである。そ
の一例として、前記電気部品が前記脚部に高電圧の掛か
るコイルであり、前記独立の回路が前記コイルにより発
生する磁界を介してこのコイルを流れる電流を検出する
ものであり、前記脚部がほぼ平行で互いに離隔している
構成が考えられる。また、前記電気部品を、シャント抵
抗器、電界効果トランジスタ、パワートランジスタ、サ
イリスタ又はトライアック等の耐高電圧部品としてもよ
い。

このように、上記本発明に係る回路基板に対する電気
部品の実装構造の特徴にによれば、電気部品と独立の回
路との直線距離が短くてもこれらの間の沿面距離を十分
に確保できるので、コイル等の電気部品と独立の回路と
の絶縁性を維持しつつこれらを比較的近づけて配置で
き、小さな回路基板を用いて本実装構造に係る部品全体
をコンパクト化し得るに至った。その結果、本実装構造
に係る部品を実装対象基板に取り付ける際の実装面積を
小さくすることが可能となった。

また、上述の如く鍔部を絶縁台に設けることで上記沿
面距離をより増大させ、本実装構造に係る部品を一層コ
ンパクトに構成できるようになった。同時に、接着剤等
のたれ落ちによる沿面距離の減少を防ぎ、製造の簡易化
を促進できるようになった。

さらに、上述の真空充填等による絶縁樹脂の充填で、
スリットや絶縁台の厚みを大きくせずとも、絶縁台の変
形による上記沿面距離の減少を防ぐことができる。した
がって、コイル等の電気部品の脚部に外力が作用して
も、独立の回路との絶縁性は十分に確保でき、本実装構
造に係る部品の信頼性を高め得るに至った。

加えて、各脚部の長手方向に対する絶縁台の端部か
ら、前記スリットをさらに形成することで、同端部に相
当する脚部の部分と独立の回路との沿面距離をも確保で
きる。その結果、同端部近傍にも独立の回路を近接させ
ることができ、本実装構造に係る部品のコンパクト化を
より一層実現することが可能となった。

図面の簡単な説明図１は、本発明の第一実施形態に係る電流センサの正
面図である。

図２は、図１の裏面図である。

図３は、図１の一部を拡大した側面図である。

図４は、絶縁台を裏面側から見た斜視図である。

図５は、図１の電流センサに係る回路図である。

図６は、本発明の第二実施形態を示す電流センサの正
面図である。

図７は、図６の一部を示す側面図である。

図８は、本発明の第三実施形態を示す図７相当図であ
る。

図９は、本発明の第四実施形態に係る電流測定モジュ
ールを示す正面図である。

図10は、本発明の第五実施形態に係る電流制御モジュ
ールの正面図である。

図11は、（ａ）は図９に係る電流測定モジュールの回
路図、（ｂ）は図10の電流制御モジュールに係る回路図
である。

発明を実施するための最良の形態次に、図１〜図５を参照しながら、回路基盤に対する
電気部品の実装構造の第一実施形態を示す電流センサ１
について説明する。この電流センサ１は、大略、導電パ
ターン3aを有するセラミックス基板２とこの導電パター
ン3aに実装された電子部品４と二次側端子５と一次回路
Ｘを構成するコイル６とコア７と絶縁台８とを有してい
る。

図１及び５に示すように、コイル６の一対の脚6b,6b
は、商用又は産業用の100〜300V程度の電源に接続さ
れ、コア７の環状経路に磁界Ｈを発生させる。そして、
コア７のギャップ7a間に配置した電子部品４のホール素
子4aは、上記磁界Ｈに応じた電圧を生じ、この磁界Ｈに
よる端子間電圧を第一オペアンプ4bにより補正すると共
に第二オペアンプ4cにより増幅し、一次回路Ｘに流れる
入力電流Iiを示す指標として二次側端子５のうち一本の
OUT端子に電圧として出力する。コイル６よりなる一次
回路Ｘと部品4a〜4c等よりなる二次回路Ｙとは、互いに
電気的に絶縁されている。他の３本の二次側端子５は、
＋15V、−15V、GNDよりなる低電圧電源に接続するため
のものである。従って、一次回路Ｘは二次回路Ｙに対し
て大きな電位差を有する電源に接続されることとなる。

図１〜図３に示すように、セラミックス基板２上にお
いて一部を省略して描かれた導電パターン3aには、複数
の電子部品４や二次側端子５が接続されている。特に、
導電パターン3aのうちのアースパターン3bは、二次回路
Ｙにおけるノイズ防止のために、ホール素子4aとコイル
６の巻回部6aとの間に設けられている。コア７には、ギ
ャップ7aを介して絶縁チューブ7bとコイルの巻回部6aと
を挿入してある。このコア７は、薄板を多数重ねてな
り、左右二カ所の切欠7c,7cに固定ピン7d,7dをそれぞれ
押し込んで、セラミックス基板２の裏面ではんだ付けす
る事により、セラミックス基板２上に固定してある。特
に、固定ピン7dの一方は、アースパターン3bとはんだ付
けされており、コア７は左右の固定ピン7dと共に二次回
路Ｙの一部を構成する。なお、セラミックス基板２の上
角には、巻回路6aを受け入れるための切欠2aを形成して
ある。

コイル６の一部である脚6b,6bをセラミックス基板２
に取り付け固定するための絶縁台８は、図１〜図４に示
すように、セラミックス基板２に対する取り付け用の支
持部8a、位置決突起8b、左右一対の横張出部8d及び上端
側に設けた上は張出部8fを有している。この絶縁台８
は、絶縁性を有する硬質のプラスチックス等により形成
されている。そして、支持部8aの下面をセラミックス基
板２上に接触させると共に位置決突起8bをセラミックス
基板２の下端に当て付けて、図示省略する接着部材を長
孔8cに流し込み、絶縁台８をセラミックス基板２に固定
してある。すなわち、支持部8aと左右の横張出部8d,8d
とにより、絶縁台８の端部のうち二次回路Ｙである固定
ピン7d,7dに対向する左右からそれぞれセラミックス基
板２の平面に平行な左右のスリットS,Sが形成されてい
る。また、支持部8aと上張出部8fとにより脚6b,6bの長
手方向に対する絶縁台８の端部からセラミックス基板２
の平面に沿う上側のスリットＳをさらに形成してある。

各脚6bと固定ピン7dとの間に位置することとなる絶縁
台８の左右両端には、基板２とは反対側に向かって突出
する鍔部8e,8eを脚6b,6bの長手方向に沿って設けてあ
る。各脚6bは、支持部8aに沿わせた姿勢で接着剤９によ
り固定してある。左右それぞれにおける脚6b（一次回路
Ｘ）と固定ピン7d（二次回路Ｙ）との沿面距離は、鍔部
8e及びスリットＳを設けたことで、セラミックス基板２
上に脚6bを直接設ける場合に比較して増大する。ここ
で、沿面距離とは、絶縁物上に配置された２つの導電部
分の絶縁物表面に沿った距離をいう。よって、脚6bと固
定ピン7dとの第一の沿面距離は、横張出部8dの表面、長
孔8cの高さ及びセラミックス基板２の表面の合計とな
り、第二の沿面距離は、鍔部8eの上面、側面、横張出部
8dの裏面、支持部8aの高さ及びセラミックス基板２の表
面の合計となる。これらの内、脚6bと固定ピン7dとの最
短の沿面距離は第一の沿面距離である。なお、後述の第
二以下の実施形態の如く、絶縁台８の長孔8cを上面の閉
塞した凹部8c′に改変すると、第二の沿面距離を最短沿
面距離とすることができる。この場合、上張出部8fによ
り絶縁台８の上端にスリットＳを形成することで、脚6b
のうち絶縁台８の上端位置とホール素子4a近傍のアース
パターン3bとの沿面距離をも増大させてある。鍔部8e
は、接着剤９のたれ落ちによる沿面距離の短縮をも防止
することができる。

本実施形態では、脚6b,6bを高電圧の電源に接続して
あることから、これら同士をも互いに離間させる必要が
ある。そこで、脚6b,6bを平行かつ絶縁台８の両端部近
傍に設けることで、それぞれ左右の固定ピン7d,7dから
の沿面距離を十分に確保すると共に、これら脚6b,6b間
の絶縁性をも十分確保している。

図２の一点鎖線に示すように、電流センサ１の全体を
樹脂モールドＭにより覆ってある。この樹脂モールドＭ
の樹脂には、絶縁性の高いポリウレタン樹脂やエポキシ
樹脂等を用いてある。そして、電流センサ１を樹脂に浸
漬させると共に真空充填又は真空脱法を行うことで、ス
リットＳの奥までこれらの樹脂を十分に充填させ、充填
不足による沿面距離の減少を防止すると共に、各張出部
8d、8fとセラミック基板２とが短絡することによる沿面
距離の減少をも防いでいる。

ところで、回路基板としてガラスエポキシ基板等を用
いずに上記各実施形態に示すセラミックス基板２を用い
ると、回路基板上の絶縁性は良好となる反面、コイル６
から二次回路Ｙに対する伝熱量も大きくなる。そして、
コイル６が高電圧の電源に接続されて電気部品の発熱が
大きくなると、二次回路にドリフト発生のおそれが生じ
る。しかし、絶縁台８の張出部8dに脚6bを固定すること
で、コイル６から二次回路Ｙに対する伝熱が緩和され、
二次回路Ｙのドリフト防止という副次的効果を有してい
る。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。な
お、以下の各実施形態において、第一の実施形態と同様
の部材には同様の符号を付してある。

図６及び図７に示す電流センサ１では、セラミックス
基板12、コイル16及びコア17の構成が第一の実施形態と
異なっている。コア17は、セラミックス基板12の切欠12
aに差し込まれると共に、ホール素子4aがセラミックス
基板12と共にギャップ17aの間に位置している。本例の
絶縁台８は、以下の第三、第四実施形態と同様に、上面
の閉塞した凹部8c′に流し込んだ接着剤を介して、セラ
ミックス基盤12上に固定してある。これにより、上記第
二の沿面距離が最短沿面距離となり、鍔部（ｅ）により
沿面距離を増大しうる。コイル16は、その巻回部16aに
おける巻回の中心がセラミックス基板12の平面と直交す
るように配置されており、コイル16の脚16b,16bが絶縁
台８の上に載置・固定されている。図示省略するが、コ
ア17はアースパターン3bと接続され、二次回路Ｙに属し
ている。従って、コイル16は、横張出部8dのうち図７に
おいて右側のもの、図６に示す上張出部8f及び支持部8a
により形成されるスリットＳをもって、二次回路Ｙであ
るコア17及びアースパターン3bからの沿面距離を増大で
きればよい。本例では左側の脚16b近傍に二次回路Ｙが
存在しない。そこで、この様な場合は図８に示す第三実
施形態の如く、絶縁台８の同図左側の位置に支持部8aを
設け、横張出部8d2よりも横張出部8d1を長くすること
で、右側のスリットＳを大きくすればよい。

図９及び図11（ａ）に示す本発明の第四実施形態で
は、一次回路Ｘの電流を測定するための電流測定モジュ
ール21として本実装構造が構成されている。この電流測
定モジュール21における一次回路Ｘは、二次回路Ｙに対
して高電圧の電源に接続され、一対の測定リード端子26
b,26b間に接続されるシャント抵抗器26に流れる人力電
流Iiを二次回路Ｙにより測定する。

図11（ａ）の一次回路Ｘにおける最も下の側定リード
端子26bはGNDに、中央の測定リード端子26bは入力電流I
iに、最も上の電源リード端子26cは一次回路Ｘを駆動さ
せるための電源にそれぞれ接続される。ツェナーダイオ
ード25aの両端に発生した基準電圧の抵抗分割電圧に対
し、シャント抵抗器26の両端に発生する電圧を比較す
る。シャント抵抗器26の抵抗値は既知でるので、この電
圧がわかれば入力電流Iiを求めることができるからであ
る。この比較結果が第一オペアンプ25b及びトランジス
タ25cにより増幅され、トランス24の一次側に入力され
る。

二次回路Ｙにおいては、トランス24の二次側に発生し
た電圧がダイオード25dにより整流され、第二オペアン
プ25eに増幅されて、二次側端子５のうち中央の端子に
入力電流Iiを代表する値として出力電圧Voが出力され
る。二次側端子５の他の端子は、GND及び第二オペアン
プ25e駆動用の電源に接続される。二次回路Ｙに対し高
電圧となる一次回路Ｘの端子は、一対の測定リード端子
26b,26b及び電源リード端子26cの計３本であり、これら
を絶縁台28の上に互いに平行に間隔を空けて載置すると
共に、先の接着剤９により固定してある。

本実施形態の絶縁台28は、支持部8aが上方に偏ってい
る。支持部8aと共にスリットＳを形成する張り出し部と
しては、左右の張出部8d,8dと下張出部8gとがある。こ
の下張出部8gは、測定リード端子26bのうちその長手方
向に沿う絶縁台28の下端部と二次回路Ｙとの間の沿面距
離を増大させている。

図10及び図11（ｂ）に示す本発明の第五実施形態で
は、二次回路Ｙの入力電圧Viにより、一次回路Ｘである
電界効果型トランジスタ36のドレイン・ソース間の電流
Ioを制御する電流制御モジュール31として本発明を構成
してある。図11（ｂ）に示すように一次回路Ｘのうち電
界効果型トランジスタ36のドレイン・ソースである一対
の脚36b,36b及び一次回路Ｘのフォトカプラ34、トラン
ジスタ群35c駆動用の端子電源リード端子36cは、100V程
度の商用電源に接続されている。二次側端子５は、フォ
トカプラ34、コントロール回路35a、トランジスタ35b駆
動用の数ボルト〜数十ボルトの低電圧電源と低電圧の入
力電圧Viに接続されている。

入力電圧Viからの入力によりコントロール回路35a及
びトランジスタ35bを介してフォトカプラ34の発光ダイ
オードを発光させる。発光ダイオードの光は、フォトカ
プラ34のフォトトランジスタにより受光され、トランジ
スタ群35cを介して電界効果型トランジスタ36のゲート
電圧を調整し、脚36b,36b間の電流Ioを制御する。絶縁
台38は、絶縁台28とほぼ同様に構成してあるが、右側に
は鍔部8eがない。また、電源リード端子36cは、接着剤
９により電源リード端子26cと同様に固定してある。脚3
6b,36bは、電界効果型トランジスタ36を裏面で絶縁台38
上に接着することで、絶縁台38に対し間接的に固定して
ある。電界効果型トランジスタ36のゲート端子36dは、
一次回路Ｘに接続してある。

最後に、本発明のさらに他の実施形態について列挙す
る。

上記実施形態では、電気部品の一次回路Ｘと二次回路
Ｙとを電気的に絶縁すると共に、これら一次回路Ｘと二
次回路Ｙとの間に磁気、または、光により信号を伝達さ
せる素子としてホール素子4a、トランス24または発光ダ
イオードを有するフォトカプラ34を用いた。しかし、こ
れらの素子は、他の種のものを用いても構わず、例え
ば、電球とCdSを使用したフォトカプラーやアイソレー
ションアンプを用いても構わない。

上記実施形態では、耐高電圧部品としてコイル６、シ
ャント抵抗器26や電界効果型トランジスタ36を用いた
が、これらの代わりにパワートランジスター、サイリス
ター、トライアックなどを用いても構わない。なお、一
次回路Ｘと二次回路Ｙとはそれらの間の電位差が大きけ
れば足り、一次回路Ｘ内におけるGNDから電気部品に加
わる端子電圧は必ずしも高電圧である必要はない。ま
た、一次回路Ｘと二次回路との電位差は、当初から大き
い場合のみならず、通常は小さいにも拘らず、一次回路
を含む電源がショート・破損したり、モーターからの逆
サージが掛かった場合にのみ大きくなりうる場合にも本
発明は有益である。例えば、上記第一の実施形態では、
コイル６に掛かる電圧が通常低く、問題発生時に高くな
る場合にも適用しうる。

上記実施形態では、スリットＳを絶縁台８の端部から
１本のみ設けたが、横張出部8d及び上張出部8f又は下張
出部8gをそれぞれ複数枚セラミックス基板２の平面に直
交する高さ方向に重ね合わせ、これらスリットを複数形
成してもよい。また、鍔部8eの端部に脚6bに沿ってスリ
ットを複数形成してもよい。

本発明にいう「脚部」とは第一の実施形態に係るコイ
ル６を用いた例や、第五の実施形態に係る電界効果型ト
ランジスタ36を用いた例など、電気部品そのものの
「脚」に限定されるものではない。本発明の「脚部」に
は、第四の実施形態におけるシャント抵抗器26に対する
「測定リード端子26b」や、第四、第五の実施形態にお
ける一次回路Ｘの他の部品に対する「電源リード端子26
c,36c」も含まれる。

産業状の利用可能性以上のように、本発明にかかる実装構造は、例えば、
一次回路側の部品にコイル、シャント抵抗器又は電界効
果型トランジスタを用いた電流センサ、電流測定モジュ
ール又は電流制御モジュールに用いることができる。ま
た、一次回路側の部品としてこれに限らずパワートラン
ジスタ、サイリスタ又はトライアック等を用いた構成に
適用することも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−134146（ＪＰ，Ａ) 特開平８−194015（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 15/20 G01R 19/00 H01L 23/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板（2,12,22,32）と脚部（6b,16b,2
6b,26c,36b,36c）を有する電気部品（6,16,26,36）とを
備え、前記回路基板（2,12,22,32）は前記電気部品（6,
16,26,36）とは電気的に絶縁された独立の回路（Ｙ）を
有しており、前記電気部品（6,16,26,36）が前記独立の
回路（Ｙ）に対して電位差の大きな又は電位差の大きく
なりうる電源に接続される回路基板に対する電気部品の
実装構造であって、前記電気部品（6,16,26,36）の少な
くとも一部を取り付けて前記各脚部（6b,16b,26b,26c,3
6b,36c）を前記回路基板（2,12,22,32）から離隔させて
固定する絶縁台（8,28,38）を前記回路基板（2,12,22,3
2）上に設け、この絶縁台（8,28,38）の端部のうち前記
独立の回路（Ｙ）に対向する側から前記回路基板（2,1
2,22,32）に沿ってスリット（Ｓ）を形成してある回路
基板に対する電気部品の実装構造。
【請求項２】前記電気部品（6,16,26,36）側の一次回路
（Ｘ）と前記独立の回路である二次回路（Ｙ）との間に
磁気又は光による信号を伝達させる素子（4a,24,34）を
設けてある請求の範囲第１項に記載の回路基板に対する
電気部品の実装構造。
【請求項３】前記各脚部（6b,16b,26b,26c）と前記独立
の回路（Ｙ）との間に位置する前記絶縁台（8,28）から
前記回路基板（2,12,22,32）とは反対側に向かって鍔部
（8e）を突出させてある請求の範囲第１項に記載の回路
基板に対する電気部品の実装構造。
【請求項４】真空充填又は真空脱泡により前記スリット
（Ｓ）に絶縁樹脂を侵入させると共に全体をこの絶縁樹
脂により覆ってある請求の範囲第１項に記載の回路基板
に対する電気部品の実装構造。
【請求項５】前記各脚部（6b,16b,26b,26c,36b,36c）の
長手方向に対する前記絶縁台（8,28,38）の端部から、
前記スリット（Ｓ）をさらに形成してある請求の範囲第
１項に記載の回路基板に対する電気部品の実装構造。
【請求項６】前記電気部品が前記脚部（6b,16b）に高電
圧の掛かるコイル（6,16）であり、前記独立の回路
（Ｙ）が前記コイル（6,16）により発生する磁界を介し
てこのコイル（6,16）を流れる電流を検出するものであ
り、前記脚部（6b,6b,16b,16b）がほぼ平行で互いに離
隔している請求の範囲第１項に記載の回路基板に対する
電気部品の実装構造。
【請求項７】前記電気部品がシャント抵抗器、電界効果
トランジスタ、パワートランジスタ、サイリスタ又はト
ライアック（26,36）等の耐高電圧部品である請求の範
囲第１項に記載の回路基板に対する電気部品の実装構
造。