JP6519630B1 - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流の検出精度を向上できる電流検出装置を提供する。【解決手段】電流検出装置100は多層基板1と電流検出部CD1と制御部CNT1と検出用配線SL1と導体GND1とを備えている。多層基板1の表面1aは、スイッチング素子を有するパワーモジュールIPM1の実装に供される。電流検出部CD1は表面1aに実装され、パワーモジュールIPM1を流れる電流を検出して検出信号を出力する。制御部CNT1は表面1aに実装され、検出信号が入力される。検出用配線SL1は電流検出部CD1から制御部CNT1へと検出信号を伝達する配線であって、配線部51〜53を有する。配線部51は電流検出部CD1から配線層22bへ延在する。配線部52は配線部51に接続し配線層22bに形成される。配線部53は配線部52に接続し配線層22bから制御部CNT1へ延在する。導体GND1は配線層22aにおいて、配線部52とパワーモジュールIPM1との間に配置され、固定電位が印加される。【選択図】図２

Description

本開示は、電流検出装置に関する。

特許文献１には、車両用警告灯制御回路が記載されている。この回路は、警告灯と、この警告灯に直列に接続される１次側コイルと、１次側コイルとともにトランスを構成する２次側コイルと、２次側コイルに流れる電流を検出する電流検出部とを備えている。

特開２０１６−８８２９号公報

電流の検出精度を向上できることが望まれている。

本開示は、電流の検出精度を向上できる電流検出装置を提供する。

本開示にかかる電流検出装置の第１の態様は、スイッチング素子(S1〜S6)を有するパワーモジュール(IPM1)の実装に供される面である第１表面(1a)と、前記第１表面とは反対側の第２表面(1b)と、前記第１表面における第１配線層(21a)と、前記第１配線層よりも前記第２表面側に配置された第２配線層(22a)と、前記第２配線層よりも前記第２表面側に配置された第３配線層(22b)とを有する多層基板(1)と、前記第１表面に実装され、スイッチング素子(S1〜S6)を有するパワーモジュール(IPM1)と、前記第１表面に実装され、前記パワーモジュールを流れる電流を検出して検出信号を出力する電流検出部(CD1)と、前記第１表面に実装され、前記検出信号が入力される制御部(CNT1)と、前記電流検出部から前記制御部へと前記検出信号を伝達する配線であって、前記電流検出部から前記第３配線層へ延在する第１配線部(51)と、前記第１配線部に接続し前記第３配線層に形成された第２配線部(52)と、前記第２配線部に接続し前記第３配線層から前記制御部へ延在する第３配線部(53)とを有する検出用配線(SL1,SL2)と、前記第２配線層において、前記検出用配線の前記第２配線部と前記パワーモジュールとの間に配置され、固定電位が印加される第１導体(GND1)と、を備える。
前記多層基板(1)は、前記第２表面における第４配線層(21b)と、前記第１配線層(21a)と前記第４配線層との間に位置する内側配線層の一組(22)と、前記第１配線層との間に配置された第１絶縁層(31a)と、少なくとも一つの第２絶縁層(32a)と、前記一組(22)と前記第４配線層との間に配置された第３絶縁層(31b)とを更に有し、前記一組は前記第２配線層(22a)および前記第３配線層(22b)を含み、前記第２絶縁層は隣り合う前記内側配線層の間に配置され、前記第１絶縁層の比較トラッキング指数はいずれの前記第２絶縁層の比較トラッキング指数よりも高く、前記第３絶縁層の比較トラッキング指数はいずれの前記第２絶縁層の比較トラッキング指数よりも高い。

本開示にかかる電流検出装置の第２の態様は、第１の態様にかかる電流検出装置であって、前記第１導体(GND1)は、前記検出用配線(SL1,SL2)の前記第２配線部(52)および前記パワーモジュール(IPM1)の少なくともいずれか一方と、前記多層基板(1)の厚み方向(D11)において対向する。

本開示にかかる電流検出装置の第３の態様は、第２の態様にかかる電流検出装置であって、前記パワーモジュール(IPM1)は前記多層基板(1)の前記第１表面(1a)において前記電流検出部(CD1)と前記制御部(CNT1)との間に位置する。

本開示にかかる電流検出装置の第４の態様は、第１から第３の態様のいずれか一つの態様にかかる電流検出装置であって、前記検出用配線(SL1,SL2)の前記第２配線部(52)と前記第３配線層(22b)において他の配線を介在することなく隣り合う位置に形成され、固定電位が印加される第２導体(GND2)を更に備える。

本開示にかかる電流検出装置の第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか一つの態様にかかる電流検出装置であって、前記第１配線層(21a)に形成された配線に印加される電圧の最大値、および、前記第４配線層(21b)に形成された配線に印加される電圧の最大値は、いずれの前記内側配線層に形成された配線に印加される電圧の最大値よりも大きい。

本開示にかかる電流検出装置の第６の態様は、第１から第４の態様のいずれか一つの態様にかかる電流検出装置であって、前記第１配線層(21a)に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値、および、前記第４配線層(21b)に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値は、いずれの前記内側配線層に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値よりも小さい。

本開示にかかる電流検出装置の第１の態様によれば、制御部にはノイズの小さい検出信号を入力できる。つまり、電流の検出精度を向上できる。第２絶縁層として比較トラッキング指数の高い絶縁層を採用する場合に比べて、製造コストを低減できる。

本開示にかかる電流検出装置の第２の態様によれば、第１導体は、パワーモジュールから配線部へ伝搬されるノイズをシールドしやすい。

本開示にかかる電流検出装置の第３の態様によれば、検出用配線の第２配線部をパワーモジュールと対向して配置しやすい。

本開示にかかる電流検出装置の第４の態様によれば、第３配線層に形成される他の配線から検出用配線へ伝搬されるノイズを第２導体がシールドすることができる。

本開示にかかる電流検出装置の第５の態様は、第２絶縁層の比較トラッキング指数が低く第１絶縁層および第３絶縁層の比較トラッキング指数が高い多層基板に適している。

本開示にかかる電流検出装置の第６の態様は、第２絶縁層の比較トラッキング指数が低く第１絶縁層および第３絶縁層の比較トラッキング指数が高い多層基板に適している。

電流検出装置の電気的な構成の一例を概略的に示す図である。 電流検出装置の機械的な構成の一例を概略的に示す断面図である。 電流検出装置の機械的な構成の一例を概略的に示す平面図である。 パワーモジュール、導体および配線部の位置関係の一例を説明するための図である。 電流検出装置の機械的な構成の一例を概略的に示す断面図である。

図１は、電流検出装置１００の電気的な構成の一例を概略的に示す図である。電流検出装置１００は電流検出部ＣＤ１と制御部ＣＮＴ１とを備えている。この電流検出装置１００はパワーモジュールＩＰＭ１を流れる電流を検出する装置である。パワーモジュールＩＰＭ１は例えばインテリジェントパワーモジュールである。パワーモジュールＩＰＭ１はスイッチング素子を有しており、例えば電力変換機能を有している。図１の例では、パワーモジュールＩＰＭ１はインバータを有している。具体的には、パワーモジュールＩＰＭ１は入力端子ＰＨ，ＰＬとスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６とダイオードＤ１〜Ｄ６と出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとを有している。

入力端子ＰＨ，ＰＬの間には、直流電圧が印加される。ここでは、入力端子ＰＨに印加される電位は、入力端子ＰＬに印加される電位よりも高い。入力端子ＰＨ，ＰＬには、それぞれ直流電源線ＬＨ，ＬＬの一端が接続されており、図１の例では、その直流電源線ＬＨ，ＬＬの間において、コンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１の静電容量は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間の直流電圧を平滑する程度に大きくてもよく、あるいは、当該直流電圧に脈動が生じる程度に小さくてもよい。

図１の例では、コネクタＣＮ１が設けられている。コネクタＣＮ１は直流電源線ＬＨ，ＬＬの他端に接続されている。また、このコネクタＣＮ１には直流電源Ｅ１が接続されている。直流電源Ｅ１はコネクタＣＮ１を介して直流電源線ＬＨ，ＬＬの間に直流電圧を印加する。この直流電圧は例えば数百（例えば２８０）［Ｖ］程度である。

スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタなどのトランジスタである。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は入力端子ＰＨ，ＰＬの間において相互に直列に接続されており、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４は入力端子ＰＨ，ＰＬの間において相互に直列に接続されており、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６は入力端子ＰＨ，ＰＬの間において相互に直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の一組およびスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の一組は相互に並列に接続されている。

ダイオードＤ１〜Ｄ６はそれぞれスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に並列に接続され、その順方向はいずれも入力端子ＰＬから入力端子ＰＨへ向かう方向である。

スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を互いに接続する接続点は出力端子Ｐｕに接続され、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を互いに接続する接続点は出力端子Ｐｖに接続され、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を互いに接続する接続点は出力端子Ｐｗに接続されている。

このようなパワーモジュールＩＰＭ１はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の動作によって、入力端子ＰＨ，ＰＬの間の直流電圧を三相交流電圧に変換し、当該三相交流電圧を出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗから出力する。

図１の例では、コネクタＣＮ２が設けられている。コネクタＣＮ２は出力線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを介してそれぞれパワーモジュールＩＰＭ１の出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続されている。また、このコネクタＣＮ２には負荷Ｍ１が接続されている。負荷Ｍ１は例えば三相モータであって、パワーモジュールＩＰＭ１からの三相交流電圧に応じて回転する。

電流検出部ＣＤ１はパワーモジュールＩＰＭ１を流れる電流を検出し、その電流の大きさを示す検出信号を出力する。図１の例では、電流検出部ＣＤ１は、入力端子ＰＬを流れる電流を検出すべく、直流電源線ＬＬの上に設けられている。図１の例では、電流検出部ＤＣ１は抵抗Ｒ１を有している。この抵抗Ｒ１は直流電源線ＬＬの上に設けられている。この電流検出部ＤＣ１は抵抗Ｒ１の両端電圧を検出信号として出力する。つまり、抵抗Ｒ１はいわゆるシャント抵抗として機能する。

抵抗Ｒ１の抵抗値が小さいほど、抵抗Ｒ１における消費電力を低減することができる。この場合、抵抗Ｒ１の両端電圧は小さくなる。抵抗Ｒ１の両端電圧は電流の大きさに応じて、例えば０［Ｖ］〜十数［Ｖ］以下程度の範囲で変動する。そこで、図１に例示するように、電流検出装置１００には増幅器ＡＭＰ１が設けられていてもよい。増幅器ＡＭＰ１は検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２を介して電流検出部ＣＤ１から検出信号を受け取る。具体的には、検出用配線ＳＬ１は抵抗Ｒ１の一端および増幅器ＡＭＰ１を互いに接続し、検出用配線ＳＬ２は抵抗Ｒ１の他端および増幅器ＡＭＰ１を互いに接続している。これにより、抵抗Ｒ１の両端電圧が検出信号として増幅器ＡＭＰ１に入力される。増幅器ＡＭＰ１は、入力された検出信号を増幅し、増幅した検出信号を、検出用配線ＳＬ３，ＳＬ４を介して制御部ＣＮＴ１へと出力する。

制御部ＣＮＴ１は検出用配線ＳＬ１〜ＳＬ４を介して検出信号を受け取る。検出用配線ＳＬ１〜ＳＬ４は検出信号を電流検出部ＣＤ１から制御部ＣＮＴ１へと伝達するための配線である、ともいえる。制御部ＣＮＴ１はこの検出信号に基づいて、パワーモジュールＩＰＭ１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御するための制御信号Ｓを生成し、この制御信号Ｓを出力する。より具体的には、制御部ＣＮＴ１には、負荷Ｍ１に対する指令値（例えばモータの回転速度についての指令値）が外部から入力され、当該指令値と検出信号とに基づいて制御信号Ｓを生成する。このような制御信号Ｓの生成自体は公知の技術で実現でき、本願の本質ではないので、詳細な説明を省略する。

なおここでは、制御部ＣＮＴ１は、マイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等)などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部ＣＮＴ１はこれに限らず、制御部ＣＮＴ１によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

またパワーモジュールＩＰＭ１および電流検出装置１００の一組は、負荷Ｍ１を駆動できることから負荷駆動装置であるともいえる。この負荷駆動装置は例えば空気調和機に搭載される。負荷駆動装置が例えば空気調和機の室内機に搭載される場合、負荷Ｍ１としては、当該室内機に搭載されたファンモータを採用してもよい。

図２および図３は、それぞれ電流検出装置１００の機械的な構成の一例を概略的に示す断面図および平面図である。図２は図３のＡ−Ａ断面を示している。電流検出装置１００は多層基板１を有している。多層基板１は板状の形状を有しており、図２では、その厚み方向Ｄ１１を含む断面が例示されている。図３は厚み方向Ｄ１１に沿った平面視での平面図である。

多層基板１は第１表面１ａ、および、第１表面１ａとは反対側の第２表面１ｂを有している。第１表面１ａおよび第２表面１ｂは厚み方向Ｄ１１において互いに対向している。第１表面１ａおよび第２表面１ｂの一方を表面とみれば、他方は裏面となる。

多層基板１はいわゆるプリント配線板であって、３層以上の配線層を有している。図２では、多層基板１として４層の配線層を有する４層基板が例示されている。より具体的には、多層基板１は配線層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと絶縁層３１ａ，３１ｂ，３２ａとを有している。配線層２１ａは第１表面１ａに配置されており、配線層２２ａは配線層２１ａよりも第２表面１ｂ側に配置されており、配線層２２ｂは配線層２２ａよりも第２表面１ｂ側に配置されている。配線層２１ｂは配線層２２ｂよりも第２表面１ｂ側に配置されており、より具体的には第２表面１ｂに配置されている。

このような構造によれば、配線層２１ａ，２１ｂは厚み方向Ｄ１１において多層基板１の両側に配置され、配線層２２ａ，２２ｂは配線層２１ａ，２１ｂの間に配置される。よって以下では、配線層２１ａ，２１ｂをそれぞれ外側配線層２１ａ，２１ｂとも呼び、また配線層２２ａ，２２ｂをそれぞれ内側配線層２２ａ，２２ｂとも呼ぶ。さらに内側配線層２２ａ，２２ｂの一組を内側配線層組２２とも呼ぶ。

絶縁層３１ａは外側配線層２１ａと内側配線層組２２との間に配置されており、外側配線層２１ａと内側配線層２２ａとの間を絶縁する。より具体的には、絶縁層３１ａは外側配線層２１ａと内側配線層２２ａとの間に配置されており、外側配線層２１ａおよび内側配線層２２ａに接している。絶縁層３２ａは内側配線層２２ａ，２２ｂの間に配置されており、内側配線層２２ａ，２２ｂの間を絶縁する。絶縁層３２ａは内側配線層２２ａ，２２ｂに接している。絶縁層３１ｂは内側配線層組２２と外側配線層２１ｂとの間に配置されており、内側配線層２２ｂと外側配線層２１ｂとの間を絶縁する。より具体的には、絶縁層３１ｂは内側配線層２２ｂと外側配線層２１ｂとの間に配置されており、内側配線層２２ｂおよび外側配線層２１ｂに接している。例えば絶縁層３１ａ，３１ｂ，３２ａは、いわゆるプリプレグとも呼ばれるシートを溶融および硬化することで形成される。

絶縁層３１ａ，３１ｂは絶縁層３２ａに対して多層基板１の外側に位置することから、以下では、絶縁層３１ａ，３１ｂをそれぞれ外側絶縁層３１ａ，３１ｂとも呼び、また絶縁層３２ａを内側絶縁層３２ａとも呼ぶ。

配線層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂには、それぞれ適宜に配線（例えば銅配線）が形成される。例えば配線層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの各々において、金属製の板状部材（例えば銅箔）をエッチングすることで、各種の配線が形成される。また多層基板１には、適宜にスルーホールが形成されて、各配線層の配線を適宜に接続する。このようなスルーホールは配線層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂおよび絶縁層３１ａ，３１ｂ，３２ａを適宜にエッチングすることで形成される。以下、その配線の具体的な一例とともに、上述の各種の電気部品についても述べる。

多層基板１の第１表面１ａは、パワーモジュールＩＰＭ１の実装に供される。第１表面１ａには、電流検出部ＣＤ１、増幅器ＡＭＰ１および制御部ＣＮＴ１が実装され、コネクタＣＮ１，ＣＮ２は多層基板１の第２表面１ｂに実装されている。コネクタＣＮ１，ＣＮ２、パワーモジュールＩＰＭ１、電流検出部ＤＣ１、増幅器ＡＭＰ１および制御部ＣＮＴ１は、例えば表面実装部品である。これらの部品が表面実装部品であれば、これらは例えばリフロー半田付けによって多層基板１に実装される。

パワーモジュールＩＰＭ１の入力端子ＰＨ，ＰＬにそれぞれ接続される直流電源線ＬＨ，ＬＬは、外側配線層２１ａに形成される。直流電源線ＬＨ，ＬＬは多層基板１に形成されたスルーホール（不図示）を経由して外側配線層２１ａから外側配線層２１ｂへ延在して、外側配線層２１ｂにおいてコネクタＣＮ１に接続される。

図２では図示していないものの、パワーモジュールＩＰＭ１の出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗにそれぞれ接続される出力線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、外側配線層２１ａに形成される。これらの出力線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗはそれぞれ多層基板１に形成されたスルーホール（不図示）を経由して外側配線層２１ａから外側配線層２１ｂへと延在して、外側配線層２１ｂにおいてコネクタＣＮ２に接続される。

検出用配線ＳＬ１は、図２に示すように、内側配線層２２ｂを経由して電流検出部ＣＤ１と増幅器ＡＭＰ１とを接続する。具体的には、検出用配線ＳＬ１は配線部５１〜５３を有している。配線部５１は外側配線層２１ａにおいて電流検出部ＣＤ１と接続されており、外側配線層２１ａから内側配線層２２ｂへ延在している。図２に例示するように、多層基板１には、外側配線層２１ａから内側配線層２２ｂへ延在するスルーホール４１が形成されており、配線部５１がこのスルーホール４１を介して外側配線層２１ａから内側配線層２２ｂへと延在している。

配線部５２は内側配線層２２ｂに形成されており、配線部５１に接続されている。配線部５３は配線部５２に接続されており、内側配線層２２ｂから外側配線層２１ａへと延在して、外側配線層２１ａにおいて増幅器ＡＭＰ１に接続される。図２に例示するように、多層基板１には、内側配線層２２ｂから外側配線層２１ａへと延在するスルーホール４２が形成されており、配線部５３はこのスルーホール４２を介して内側配線層２２ｂから外側配線層２１ａへと延在している。

検出用配線ＳＬ２も検出用配線ＳＬ１と同様である。即ち、検出用配線ＳＬ２も内側配線層２２ｂを経由して電流検出部ＣＤ１と増幅器ＡＭＰ１とを接続する。言い換えれば、検出用配線ＳＬ２も配線部５１〜５３と同様の配線部を有している。

このように検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２が内側配線層２２ｂを経由することで、電流検出部ＣＤ１と増幅器ＡＭＰ１とを接続するために外側配線層２１ａにおいて必要な領域の面積を低減できる。したがって、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２を外側配線層２１ａのみに配置した基板に比して、多層基板１の面積を小さくすることができる。つまり、電流検出装置１００を小さいサイズで実現できる。

増幅器ＡＭＰ１と制御部ＣＮＴ１とを接続する検出用配線ＳＬ３，ＳＬ４は、外側配線層２１ａに形成される。

外側配線層２１ａと内側配線層２２ｂとの間に位置する内側配線層２２ａには、固定電位が印加される導体ＧＮＤ１が形成されている。この導体ＧＮＤ１は配線の一種であり、金属製の板状部材（例えば銅箔）をエッチングすることで形成される。固定電位には、接地電位を採用することができる。言い換えれば、導体ＧＮＤ１は接地され得る。導体ＧＮＤ１は線状のグランドパターンであってもよく、あるいは、板状のグランドプレーンであってもよい。

この導体ＧＮＤ１は検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の各々とパワーモジュールＩＰＭ１との間に位置している。より具体的な一例として、導体ＧＮＤ１は検出用配線ＳＬ１の配線部５２の一部およびパワーモジュールＩＰＭ１の両方と厚み方向Ｄ１１において互いに対向している。導体ＧＮＤ１は平面視においてパワーモジュールＩＰＭ１の全部または大部分と対向する程度の広さを有しているとよい。

図３の例では、電流検出部ＣＤ１、パワーモジュールＩＰＭ１、増幅器ＡＭＰ１および制御部ＣＮＴ１は平面視においてこの順で並んで配置されている。つまり、パワーモジュールＩＰＭ１は多層基板１の第１表面１ａにおいて電流検出部ＣＤ１と、増幅器ＡＭＰ１および制御部ＣＮＴ１の一組との間に位置している。

このような位置関係によれば、パワーモジュールＩＰＭ１を跨ぐように検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２を形成しやすい。言い換えれば、配線部５２が厚み方向Ｄ１１においてパワーモジュールＩＰＭ１と対向するように、検出用配線ＳＬ１を形成しやすい。検出用配線ＳＬ２も同様である。そしてこの構造において、導体ＧＮＤ１を配線部５２とパワーモジュールＩＰＭ１との間に形成することにより、配線部５２、導体ＧＮＤ１およびパワーモジュールＩＰＭ１が厚み方向Ｄ１１において互いに対向することになる。

パワーモジュールＩＰＭ１はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングに起因して、ノイズを周囲に伝搬する。つまり、パワーモジュールＩＰＭ１はノイズ放射源となる。

しかるに、電流検出装置１００においては、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２の各々とパワーモジュールＩＰＭ１との間には、固定電位が印加される導体ＧＮＤ１が位置している。よって、パワーモジュールＩＰＭ１からのノイズは導体ＧＮＤ１によってシールドされて、配線部５２へと伝搬しにくい。したがって、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２を流れる検出信号にノイズが載りにくい。よって、ノイズの小さい検出信号を増幅器ＡＭＰ１に入力できる。ひいては、ノイズの小さい検出信号を制御部ＣＮＴ１に入力することができる。

図２の例では、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２の各々、導体ＧＮＤ１およびパワーモジュールＩＰＭ１は厚み方向Ｄ１１において互いに対向している。しかしながら、かかる対向は必須ではない。ノイズの伝搬抑制の効果は低減するものの、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２の各々、導体ＧＮＤ１およびパワーモジュールＩＰＭ１は互いにずれていてもよい。

図４は、配線部５２、導体ＧＮＤ１およびパワーモジュールＩＰＭ１の位置関係の一例を説明するための図である。図４では、これら三者以外は、当該説明には不要なので省略した。図４の例では、パワーモジュールＩＰＭ１は配線部５２および導体ＧＮＤ１のいずれとも厚み方向Ｄ１１において対向していない。また配線部５２はパワーモジュールＩＰＭ１および導体ＧＮＤ１のいずれとも厚み方向Ｄ１１において対向していない。ただしこの場合であっても、導体ＧＮＤ１は配線部５２とパワーモジュールＩＰＭ１との間に設けられている。例えば配線部５２とパワーモジュールＩＰＭ１とを結ぶ直線Ｂ上に導体ＧＮＤ１が位置している。これにより、パワーモジュールＩＰＭ１から配線部５２へ伝搬するノイズを抑制することができる。

ただし、この構造によれば、パワーモジュールＩＰＭ１からのノイズが厚み方向Ｄ１１に沿って他の配線（例えば図２の内側配線層２２ｂにおいて設けられる不図示の配線）に伝搬し、その配線から配線部５２へとノイズが伝搬する場合もあり得る。よって、ノイズの伝搬抑制という点では、図２の構成の方が優れている。

なお図２の例では、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の両方が内側配線層２２ｂを経由した。しかるに、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の一方が内側配線層２２ｂを経由し、他方が外側配線層２１ｂを経由してもよい。この場合でも、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の他方のうち外側配線層２１ｂに形成される配線部と、パワーモジュールＩＰＭ１との間に導体ＧＮＤ１が位置するように、当該配線部を形成することが望ましい。

また検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の一方が接地される場合には、当該一方は導体ＧＮＤ１に接続されてもよい。この場合、当該一方は内側配線層２２ｂを経由する必要は無い。

また上述の例においては、多層基板１は４層基板であるものの、少なくとも３層の配線層を有していればよい。３層の配線層があれば、導体ＧＮＤ１を配線部５２とパワーモジュールＩＰＭ１との間に位置するように、配線部５２と導体ＧＮＤ１とパワーモジュールＩＰＭ１とを互いに異なる層に形成できるからである。

また、パワーモジュールＩＰＭ１は三相インバータを有しているものの、その相の数は負荷Ｍ１に応じて決定されればよい。またパワーモジュールＩＰＭ１は必ずしもインバータを有している必要は無く、例えばスイッチングレギュレータなどの電力変換回路を有していてもよい。

＜導体ＧＮＤ２＞
図５は、電流検出装置１００Ａの構成の一例を概略的に示す図である。電流検出装置１００Ａは導体ＧＮＤ２の有無という点で電流検出装置１００と相違している。導体ＧＮＤ２は、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２が形成される内側配線層２２ｂに形成されており、導体ＧＮＤ１と同様に固定電位（例えば接地電位）が印加される。導体ＧＮＤ１，ＧＮＤ２に印加される固定電位は互いに異なっていてもよい。導体ＧＮＤ２は内側配線層２２ｂにおいて検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２と隣り合って形成されている。より具体的には、導体ＧＮＤ２は他の配線を介在させずに配線部５２の少なくとも一部と隣り合っている。導体ＧＮＤ２は例えば平面視において検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の配線部５２の一組を囲っていてもよい。

これによれば、内側配線層２２ｂに形成される他の配線からのノイズが導体ＧＮＤ２によってシールドされるので、当該ノイズが配線部５２に載りにくい。よって、導体ＧＮＤ２は、よりノイズの小さな検出信号を増幅器ＡＭＰ１、ひいては制御部ＣＮＴ１に入力することに資する。

＜絶縁層の材料＞
以下で述べる多層基板１は必ずしも上述の構成を前提とするものではないが、典型的な一例として上述の具体例を用いて説明する。

多層基板１は４層以上の配線層を有している。そして、外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数(ＣＴＩ：comparative tracking index)のいずれもが、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数よりも高い。例えば、外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数は１６００以上であり、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数は１７５以上であり、かつ、外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数のいずれよりも小さい。内側絶縁層３２ａの材料としては、例えばガラス布基材エポキシ樹脂が採用でき、外側絶縁層３１ａ，３１ｂの材料としては、例えばガラス布基材エポキシ樹脂が採用できる。ガラス布基材エポキシ樹脂であっても、その組成比（例えば全体に対するエポキシの質量比）を変更することで、内側絶縁層３２と外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数を変更できる。あるいは、外側絶縁層３１ａ，３１ｂとして、内側絶縁層３２とは異なる材料を採用してもよい。

このような多層基板１において、外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数は内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数よりも高いので、全ての絶縁層において高い比較トラッキング指数を有する材料を用いる場合に比べて、製造コストを低減することができる。

上述の例では４層基板について説明したが、５層以上の基板であってもよい。つまり内側配線層組２２は３層以上の内側配線層２２ａ，２２ｂ，・・・を有していてもよい。この場合、Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の内側配線層２２ａ，２２ｂ，・・・の相互間にそれぞれ内側絶縁層が配置される。つまり、（Ｎ−１）個の内側絶縁層３２ａ，３２ｂ，・・・が配置される。この場合、外側絶縁層３１ａの比較トラッキング指数を（Ｎ−１）個の内側絶縁層３２ａ，３２ｂ，・・・の比較トラッキング指数のいずれよりも高くし、外側絶縁層３１ｂの比較トラッキング指数を（Ｎ−１）個の内側絶縁層３２ａ，３２ｂ，・・・の比較トラッキング指数のいずれよりも高くすればよい。

＜弱電／強電＞
例えばこのような多層基板１において、外側配線層２１ａ，２１ｂは強電用の配線を含んでおり、内側配線層２２ａ，２２ｂは弱電用の配線のみを含む。この例を言い換えれば、外側配線層２１ａの配線に印加される電圧の最大値は、内側配線層２２ａ，２２ｂの配線に印加される電圧の最大値よりも大きく、かつ、外側配線層２１ｂの配線に印加される電圧の最大値は、内側配線層２２ａ，２２ｂの配線に印加される電圧の最大値よりも大きい。以下、具体的な一例について説明する。

強電用の配線としては、数百［Ｖ］程度の電圧が印加される直流電源線ＬＨ，ＬＬおよび出力線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが例示される。直流電源線ＬＨ，ＬＬおよび出力線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗは外側配線層２１ａ，２１ｂにおいて配置され、内側配線層２２ａ，２２ｂでは配置されない。

弱電用の配線としては、例えば数［Ｖ］程度の電圧が印加される検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２が例示される。図２の例では、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２は外側配線層２１ａおよび内側配線層２２ｂにおいて配置される。

弱電用の配線としては、検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２の他、検出用配線ＳＬ３，ＳＬ４、および、制御部ＣＮＴ１または増幅器ＡＭＰ１の電源を供給するための配線（不図示）も例示できる。これらの配線に印加される電圧は十数［Ｖ］程度以下である。これらの配線は、適宜に外側配線層２１ａ，２１ｂおよび内側配線層２２ａ，２２ｂにおいて配置されてもよい。

内側配線層２２ｂには弱電用の配線のみが形成されるので、内側配線層２２ｂにおいて複数の配線（例えば検出用配線ＳＬ１，ＳＬ２）の相互間に印加される電圧は低い。よって、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数が低くても、内側配線層２２ｂの配線の相互間において内側絶縁層３２ａにはトラッキングが生じにくい。

同様に、内側配線層２２ａにも弱電用の配線のみが形成されるので、内側配線層２２ａにおいて複数の配線の相互間に印加される電圧も低い。したがって、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数が低くても、内側配線層２２ａの配線の相互間において内側絶縁層３２ａにもトラッキングは生じにくい。

以上のように、内側配線層２２ａ，２２ｂに弱電用の配線のみを形成することは、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数が低く外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数が高い多層基板１に適している。

なお内側配線層組２２がＮ個の内側配線層を有している場合には、Ｎ個の内側配線層に弱電用の配線のみを配置すればよい。

＜配線間の隙間＞
多層基板１において、外側配線層２１ａに形成される複数の配線の間の隙間（パターン間の隙間）の最小値は、内側配線層２２ａ，２２ｂの各々に形成される配線の間の隙間（パターン間の距離）の最小値よりも小さくても構わない。例えば、外側配線層２１ａに形成される複数の配線の間の隙間の最小値は０．１５［ｍｍ］であり、内側配線層２２ａ，２２ｂの各々に形成される複数の配線の間の隙間の最小値は０．２５［ｍｍ］である。また外側配線層２１ａに形成される配線の幅の最小値は０．１５［ｍｍ］であり、内側配線層２２ａ，２２ｂの各々に形成される配線の幅の最小値は０．５［ｍｍ］である。外側配線層２１ｂについても同様である。

比較トラッキング指数が大きいほど誘電率は低くなる傾向があるので、外側絶縁層３１ａの誘電率は内側絶縁層３２ａよりも低い。よって、外側配線層２１ａに形成される複数の配線間の隙間が小さくても、当該配線の間のインピーダンスの低減を抑制することができる。外側配線層２１ｂも同様である。逆に言えば、内側絶縁層３２ａの誘電率が低くても、内側配線層２２ａ，２２ｂに形成される複数の配線の隙間を広くすることで、当該配線の間のインピーダンスの低減を抑制することができる。このような隙間の大小関係を採用することにより、外側配線層２１ａ，２１ｂおよび内側配線層２２ａ，２２ｂの各々の配線の相互間のノイズの伝搬を抑制することができる。

以上のように、外側配線層２１ａ，２１ｂの各々の配線の相互間の隙間の最小値を、内側配線層２２ａ，２２ｂの各々の配線の相互間の隙間の最小値の両方よりも小さくすることは、内側絶縁層３２ａの比較トラッキング指数が低く外側絶縁層３１ａ，３１ｂの比較トラッキング指数が高い多層基板１に適している。

なお内側配線層組２２がＮ個の内側配線層を有している場合には、外側配線層２１ａ，２１ｂの各々の配線の相互間の隙間の最小値を、Ｎ個の内側配線層の各々の配線の相互間の隙間の最小値のいずれよりも小さくする。

以上、実施の形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また上述の各種の実施例および変形例は相互に組み合わせることができる。

１ 多層基板
１ａ 第１表面
１ｂ 第２表面
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 配線層
３１ａ，３１ｂ，３２ａ 絶縁層
ＣＤ１ 電流検出部
ＣＮＴ１ 制御部
ＩＰＭ１ パワーモジュール
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２ 導体
ＳＬ１，ＳＬ２ 検出用配線

Claims (6)

1. スイッチング素子(S1〜S6)を有するパワーモジュール(IPM1)の実装に供される面である第１表面(1a)と、前記第１表面とは反対側の第２表面(1b)と、前記第１表面における第１配線層(21a)と、前記第１配線層よりも前記第２表面側に配置された第２配線層(22a)と、前記第２配線層よりも前記第２表面側に配置された第３配線層(22b)とを有する多層基板(1)と、
   前記第１表面に実装され、前記パワーモジュールを流れる電流を検出して検出信号を出力する電流検出部(CD1)と、
   前記第１表面に実装され、前記検出信号が入力される制御部(CNT1)と、
   前記電流検出部から前記制御部へと前記検出信号を伝達する配線であって、前記電流検出部から前記第３配線層へ延在する第１配線部(51)と、前記第１配線部に接続し前記第３配線層に形成された第２配線部(52)と、前記第２配線部に接続し前記第３配線層から前記制御部へ延在する第３配線部(53)とを有する検出用配線(SL1,SL2)と、
   前記第２配線層において、前記検出用配線の前記第２配線部と前記パワーモジュールとの間に配置され、固定電位が印加される第１導体(GND1)と、
   を備え、
   前記多層基板(1)は、
   前記第２表面における第４配線層(21b)と、
   前記第１配線層(21a)と前記第４配線層との間に位置する内側配線層の一組(22)と、前記第１配線層との間に配置された第１絶縁層(31a)と、
   少なくとも一つの第２絶縁層(32a)と、
   前記一組(22)と前記第４配線層との間に配置された第３絶縁層(31b)と
   を更に有し、
   前記一組は前記第２配線層(22a)および前記第３配線層(22b)を含み、
   前記第２絶縁層は隣り合う前記内側配線層の間に配置され、
   前記第１絶縁層の比較トラッキング指数はいずれの前記第２絶縁層の比較トラッキング指数よりも高く、
   前記第３絶縁層の比較トラッキング指数はいずれの前記第２絶縁層の比較トラッキング指数よりも高い、電流検出装置。
2. 前記第１導体(GND1)は、前記検出用配線(SL1,SL2)の前記第２配線部(52)および前記パワーモジュール(IPM1)の少なくともいずれか一方と、前記多層基板(1)の厚み方向(D11)において対向する、請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記パワーモジュール(IPM1)は前記多層基板(1)の前記第１表面(1a)において前記電流検出部(CD1)と前記制御部(CNT1)との間に位置する、請求項２に記載の電流検出装置。
4. 前記検出用配線(SL1,SL2)の前記第２配線部(52)と前記第３配線層(22b)において他の配線を介在することなく隣り合う位置に形成され、固定電位が印加される第２導体(GND2)を更に備える、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の電流検出装置。
5. 前記第１配線層(21a)に形成された配線に印加される電圧の最大値、および、前記第４配線層(21b)に形成された配線に印加される電圧の最大値は、いずれの前記内側配線層に形成された配線に印加される電圧の最大値よりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電流検出装置。
6. 前記第１配線層(21a)に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値、および、前記第４配線層(21b)に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値は、いずれの前記内側配線層に形成された複数の配線の相互間の隙間の最小値よりも小さい、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電流検出装置。

Images