JP6599858B2 - 少なくとも１つの埋設された高精度抵抗器を備えるプリント回路板 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの接続点と、この接続点間に流れる電流の測定のための少なくとも１つの高精度抵抗器とを備えるプリント回路板に関する。

接続点間に流れる電流用の測定器の一部として高精度抵抗器を備えるこの種のプリント回路板は、技術水準から公知である。ここで、高精度抵抗器は、例えば中空でない電子ビーム溶接された銅と抵抗合金との複合材からなり、表面実装可能な部品（ＳＭＤ）として、既存の回路上にはんだ付けされるか、又はボンディングワイヤを介して結合される。接続点間の電圧測定を通じて、及び用いられる材料の２０乃至６０℃という標準的な温度範囲における温度係数が極めて低いために通常はわずかにしか変化しない公知の電気抵抗値に基づいて、接続点間に流れる電流は高い精度で確認され得る。

このプリント回路板の製造は、比較的複雑且つ高価である。高精度抵抗器の接続点での接触は、振動に対して敏感であることも多く、このことはプリント回路板の寿命を短縮し得る。また、多くの技術的用途（例えば自動車、スマートフォンなど）における傾向は大きさの縮小（「小型化」）に向かっており、このことは特に、そうした用途のために用いられる例えばプリント回路板のような電気部品の設置空間を限定する。

したがって、本発明は、冒頭に述べた種類のプリント回路板を、該プリント回路板が好ましくはより長い寿命を有しつつより小さな設置空間を有するように、より安価に製造するという目的に基づくものである。

本発明の課題は、少なくとも２つの接続点と、この接続点間に流れる電流の測定のための少なくとも１つの高精度抵抗器とを備え、高精度抵抗器がプリント回路板内で接続点間に延在している、請求項１に記載のプリント回路板によって解決される。高精度抵抗器をプリント回路板内に配置することにより、一方では設置空間が減少され、他方では製造コストならびに振動などの外部の影響に対するプリント回路板の敏感さが低減される。これによって、プリント回路板は、従来の製品よりも安価に、コンパクトに、且つ長寿命に製造され得る。

プリント回路板が絶縁材料からなる少なくとも１つの層を有していると有利であり得る。ここで、絶縁材料からなる少なくとも１つの層の厚さは、好ましくは５０乃至２０００μｍの範囲内、好適には１００乃至１８００μｍの範囲内、特に好適には８００乃至１６００μｍの範囲内にある。

プリント回路板上に回路電子機器及び／又はパワー電子機器が配置されていると有用であることが明らかになり得る。本発明によるプリント回路板の製造技術は、例えばプリント回路板内に埋設された導体ワイヤ及び／又は導体成形体を介して大きな熱量及び電流量が制御可能であることから、回路電子機器及び／又はパワー電子機器の分野における利用にとりわけ適している。

本発明の有利な一実施態様によれば、高精度抵抗器は、以下の要件のうち少なくとも１つを満足する。：
−高精度抵抗器が接続点に接触する。
−高精度抵抗器が接続点と溶接されている。
−高精度抵抗器が０．１乃至３００ミリオームの範囲内、好ましくは１乃至１００ミリオームの範囲内の抵抗値を含む。
−高精度抵抗器が＋／−５％未満のばらつき、好ましくは＋／−２％未満のばらつき、好適には＋／−１％以下のばらつきを含む。
−２０乃至６０℃の温度範囲についての高精度抵抗器の電気抵抗の温度係数が、０．１ｐｐｍ／Ｋ乃至２００ｐｐｍ／Ｋの範囲内、好ましくは０．５ｐｐｍ／Ｋ乃至１００ｐｐｍ／Ｋの範囲内、好適には１ｐｐｍ／Ｋ乃至５０ｐｐｍ／Ｋの範囲内にある。
−高精度抵抗器は、金属から、好ましくは銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）又は錫（Ｓｎ）のうち少なくとも１つの元素から、好適には銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）又は錫（Ｓｎ）のうち少なくとも１つの元素を含有する合金から、例えばマンガニン、ゼラニン又はイサオームからなる。
−高精度抵抗器が、少なくとも大部分、好ましくは完全に、プリント回路板に埋設されている。
−高精度抵抗器の上面及び／又は下面及び／又は少なくとも１つの端面、好ましくは高精度抵抗器のすべての端面が、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、絶縁材料で覆われている。
−高精度抵抗器の上面及び／又は下面及び／又は少なくとも１つの端面が、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、絶縁材料からなる隣接する層の上面及び／又は下面及び／又は少なくとも１つの端面と同一平面上に延びている。
−プリント回路板と高精度抵抗器との上面及び／又は下面及び／又はそれぞれ少なくとも１つの端面が、互いに平行に配向されている。
−高精度抵抗器が押出工程で製造可能である又は製造されている。
−高精度抵抗器がフラットワイヤとして形成されている。
−高精度抵抗器が略１つの平面内に延在している。
−高精度抵抗器が長方形の断面を含み、好ましくはその断面のより大きな伸長を有する辺がプリント回路板の表面を指している。
−高精度抵抗器が、好ましくはパンチング、浸食又は分離によって、例えばウォータジェット切断によって、板状のワークから成形体として切り離され、この成形体が、好適には略Ｌ型、Ｔ型、Ｈ型、Ｓ型、Ｏ型、Ｅ型、Ｆ型、Ｘ型、Ｙ型、Ｚ型、Ｃ型、Ｕ型又はΩ型に形成されている。
−高精度抵抗器が、１０乃至２０００μｍの範囲内、好ましくは５０乃至１０００μｍの範囲内、好適には１００乃至５００μｍの範囲内の厚さを有する。

この高精度抵抗器には、本発明の保護範囲に含まれるべき様々な設計可能性がある。標準的であるのは、高精度抵抗器がプリント回路板内で接続点間に延びているというものであり、ここで、導体ワイヤ、フラットワイヤとして、又は成形体として高精度抵抗器を形成することが、費用上の理由又は製造条件から、最も目的に適うように思われる。導体ワイヤ、フラットワイヤとして、又は成形体として高精度抵抗器を形成することにはさらに、接続点での接触が大きな接触面を介して行われ得るという利点があり、したがってこの接触を介しては、電流測定に悪影響を及ぼし得る電力喪失が、わずかにしか生じない。

プリント回路板が以下の要件のうち少なくとも１つを満足する電圧測定器を備えていると有利であることが明らかになり得る。：
−電圧測定器が、接続点、好ましくは高精度抵抗器と接続点との間の接触点での電圧を測定するように形成されている。
−電圧測定器が、好ましくは以下の特徴のうち少なくとも１つを備えるＨＤＩ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ：高密度相互接続）回路を実現する。：
・高精度抵抗器及び／又は接続点が、絶縁材料からなる少なくとも１つの層によって覆われている。
・高精度抵抗器の接触のための、絶縁材料からなる少なくとも１つの層を貫通する穿孔が、好ましくはレーザ穴あけにより形成されている。
・高精度抵抗器が、絶縁材料からなる少なくとも１つの層を貫通して、好ましくはマイクロビアを介して接触されている。
・高精度抵抗器がガルバニック接触されている。

電圧測定器をＨＤＩ（高密度相互接続）回路として形成することは、接触が非常に精密に行われ得るので、とりわけ低抵抗の高精度抵抗器との関連で特に有利であることが明らかになる。

本発明の課題は、接続点間に流れる電流の測定のためのプリント回路板内に延在する少なくとも１つの高精度抵抗器を備えるプリント回路板の製造方法によっても解決され、この方法は以下のステップを含む。：
−接続点での高精度抵抗器の接触。
−電気絶縁材料による高精度抵抗器の被覆。
−接続点間に流れる電流が高精度抵抗器を通じて流れるように、接続点の相互の電気的分離。

有利な一実施態様によれば、この方法は、以下のステップのうち少なくとも１つを含む。：
−高精度抵抗器の接続点との溶接。
−高精度抵抗器の絶縁材料からなるプリプレグとの圧着。
−プリント回路板の表面上に固定された銅箔からのエッチングによる、好ましくは電圧測定器用の、接続点の作成及び／又は導体トラックの作成。ここで、銅箔のエッチングは、好ましくは接続点での高精度抵抗器の接触の後で行われる。
−好適には以下のステップのうち少なくとも１つを備える、プリント回路板上での、好ましくはＨＤＩ（高密度相互接続）回路の実現による電圧測定器の製造。：
・絶縁材料からなる少なくとも１つの層による高精度抵抗器及び／又は接続点の被覆。
・高精度抵抗器の接触のための、絶縁材料からなる少なくとも１つの層を貫通する穿孔の、好ましくはレーザ穴あけによる製作。
・絶縁材料からなる少なくとも１つの層を貫通しての、好ましくはマイクロビアを介した高精度抵抗器の接触。
・高精度抵抗器のガルバニック接触。

本発明のさらなる有利な発展形態は、特許請求の範囲、説明、及び図面において開示される特徴の組み合わせを通じて明らかになる。

本発明の第１の実施形態によるプリント回路板の概略断面図であって、プリント回路板は絶縁材料からなる１つの層とそこに埋設された１００ミリオームの規模の高精度抵抗器とを有する基板を備え、端側に接続点を有する導体トラックがプリント回路板の上面上に延び、その接続点が高精度抵抗器と溶接されている。 本発明の第２の実施形態によるプリント回路板の概略断面図であって、プリント回路板は絶縁材料からなる２つの層と下側の層に埋設された１ミリオームの規模の高精度抵抗器とを有する基板を備え、端側に接続点を有する導体トラックが絶縁材料からなる上側の層と下側の層との間に延び、その接続点が高精度抵抗器と溶接されており、高精度抵抗器がＨＤＩ回路の形で電圧測定器を完成させるために絶縁材料からなる上側の層を貫通し導体トラック及びマイクロビアを介してガルバニック接触されている。

図面中のプリント回路板の描写は本質的に概略的である。したがって、プリント回路板の個々の構成要素間の大きさの比率は、場合によっては現実的でない。

好適な実施形態の詳細な説明
本発明の好適な実施形態が以下において図面を参照して詳細に説明される。

第１の実施形態（図１）
図１に記載の本発明の第１の実施形態は、２つの接続点３と、両接続点３の間に流れる電流の測定のための高精度抵抗器２とを備えたプリント回路板１に関する。本発明によれば、高精度抵抗器２は、プリント回路板１内で接続点３の間に延在している。プリント回路板１は、約１０００μｍの厚さを有する絶縁材料４からなる層を備えており、この層内に高精度抵抗器２が埋設されている。高精度抵抗器２の下面、すべての端面、及び上面の大部分は、絶縁材料４で完全に覆われている。高精度抵抗器２の上面は、少なくとも部分的に、特に接続点３と結合された端部において、周囲の隣接する絶縁材料４からなる層の上面と同一平面上に延びている。

プリント回路板１上には、例えば回路電子機器及び／又はパワー電子機器が配置されている（図示しない）。両接続点３と溶接された高精度抵抗器２は、マンガニンからなるフラットワイヤとして形成されており、約１００ミリオームの抵抗値を有し、ばらつきは＋／−５％以下である。２０乃至６０℃の温度範囲についての高精度抵抗器２の電気抵抗の温度係数は、約５ｐｐｍ／Ｋである。フラットワイヤとして形成された高精度抵抗器２の断面は、厚さ約１００μｍ及び幅約５００μｍの長方形であり、その断面のより大きな伸長を有する辺がプリント回路板１の表面を指している。これにより、両接続点３において高精度抵抗器２に対する大きな接触面が生じる。

電圧を接続点３において見極めるとともに高精度抵抗器２と接続点３との間の接触点で直接測定するために、電圧測定器（図示しない）が形成されている。両接触点の間隔は厳密に定義されている。公知の及び関連する温度範囲を上回る、高精度抵抗器２の非常に一定の電気抵抗によって、接続点３の間に流れる電流は非常に精確に測定され得る。

本発明による、接続点３の間に流れる電流の測定のためのプリント回路板１内に延在する高精度抵抗器２を備えたプリント回路板１の製造方法は、以下のステップを含む。：

ステップａ：例えば約１００μｍの厚さ及び５００μｍの幅を有するフラットワイヤとして形成されたマンガニンからなる高精度抵抗器２の、例えば約３５μｍの厚さを有する銅箔との、前述の接続点３における、溶接による接触。

ステップｂ：絶縁材料からなるプリプレグとの圧着による、絶縁材料４からなる層の、箔のうち高精度抵抗器２と結合された面への、適用。

ステップｃ：接続点３の間に流れる電流が高精度抵抗器２を通じて流れるように接続点３を電気的に分離するための、プリント回路板１の表面上もしくは絶縁材料４からなる層の上に固定された銅箔からのエッチングを通じた工程における、例えば電圧測定器用の、接続点３の作成及び／又は導体トラックの作成。

以下においては、説明の繰り返しを避けるため、同様の要素には同一の参照符号が用いられる。

第２の実施形態（図２）
図２に記載の本発明の第２の実施形態は、図１との関連で先に説明された第１の実施形態に概ね基づいている。本発明の第２の実施形態によるプリント回路板１は、特に低抵抗範囲における高精度の電流測定を意図しており、主に絶縁材料４からなる２つの層を含む。第２の実施形態のプリント回路板１の下側の層の構造は、第１の実施形態のプリント回路板１と略一致する。高精度抵抗器２の寸法及び抵抗値は、厚さ約３００μｍ及び幅約１４００μｍもしくは１ミリオームであり、第１の実施形態とは異なる。したがって、電圧測定のためには、以下において説明されるように、異なって形成された電圧測定器５が用いられる。

プリント回路板１の下側の層１１は、高精度抵抗器２及び接続点３を覆う絶縁材料４からなる層で被覆されている。好ましくは約１００μｍの厚さを有するプリント回路板１の上側の層１２もしくは絶縁材料４からなる上側の層の上面上には導体回路図があり、この導体回路図は、先に説明した大要に従った電圧測定のために、マイクロビア５１のところに、好ましくは約１８μｍの厚さを有する銅箔からエッチングによって作成された対応する接続５２を有する。電圧測定器５はＨＤＩ高密度相互接続回路を実現し、ここで、絶縁材料４からなる上側の層を貫通する高精度抵抗器２の接触のためのレーザ穴あけが行われる。この穿孔を介して、高精度抵抗器２は、マイクロビア５１を利用してガルバニック接触されている。マイクロビア５１の間隔は精確に定義されており、したがってその間にある高精度抵抗器２の長さを介して抵抗値が高精度で測定され得る。この高精度で測定された抵抗値と関連した電圧測定を経て、接続点５２もしくはマイクロビア５１の間に流れる電流が精確に算出され得る。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明のさらなる有利な発展形態は、特にプリント回路板内に埋設された導体ワイヤ又は成形体の追加的な使用を通じて、好ましくはエッチングされた導体トラックとの組み合わせにおいて、明らかになる。これによって、プリント回路板上の電子部品が相互接続され得る。

Claims (7)

1. 少なくとも２つの接続点（３）と、前記接続点（３）の間に流れる電流の測定のための少なくとも１つの高精度抵抗器（２）とを備えるプリント回路板（１）であって、前記高精度抵抗器（２）はワイヤとして構成され、前記高精度抵抗器（２）の下面及び少なくとも１つの端面は、少なくとも部分的に絶縁材料（４）で覆われており、前記高精度抵抗器（２）の上面が、少なくとも部分的に隣接する絶縁材料（４）の上面と同一平面上に延在し、前記高精度抵抗器（２）が前記接続点（３）と溶接されている、ことを特徴とするプリント回路板。
2. 前記プリント回路板（１）は絶縁材料（４）からなる少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路板（１）。
3. 前記プリント回路板（１）上に回路電子機器及び／又はパワー電子機器が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプリント回路板（１）。
4. 前記高精度抵抗器（２）が以下の要件のうち少なくとも１つを満足することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプリント回路板（１）。：
   ａ． 前記高精度抵抗器（２）が０．１乃至３００ミリオームの範囲内の抵抗値を含む。
   ｂ． 前記高精度抵抗器（２）が＋／−５％未満のばらつきを含む。
   ｃ． ２０乃至６０℃の温度範囲についての前記高精度抵抗器（２）の電気抵抗の温度係数が、０．１ｐｐｍ／Ｋ乃至２００ｐｐｍ／Ｋの範囲内にある。
   ｄ． 前記高精度抵抗器（２）が、金属製である。
   ｅ． 前記高精度抵抗器（２）の少なくとも大部分が、前記プリント回路板（１）に埋設されている。
   ｆ． 前記高精度抵抗器（２）の上面が、少なくとも部分的に絶縁材料（４）で覆われている。
   ｇ． 前記プリント回路板（１）と前記高精度抵抗器（２）との上面が、互いに平行に配向されている。
   ｈ． 前記高精度抵抗器（２）が押出工程で製造可能である又は製造されている。
   ｉ． 前記高精度抵抗器（２）がフラットワイヤとして形成されている。
   ｊ． 前記高精度抵抗器（２）が実質的に１つの平面内に延在している。
   ｋ． 前記高精度抵抗器（２）が長方形の断面を有する。
   ｌ． 前記高精度抵抗器（２）が、１０乃至２０００μｍの範囲内の厚さを有する。
5. 前記プリント回路板（１）が以下の要件のうち少なくとも１つを満足する電圧測定器（５）を備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のプリント回路板（１）。：
   ａ． 前記電圧測定器（５）が、前記接続点（３）での電圧を測定するように形成されている。
   ｂ． 前記電圧測定器（５）が、ＨＤＩ（高密度相互接続）回路を実現する。：
6. 以下のステップを含む、接続点（３）間に流れる電流の測定のためのプリント回路板（１）内に延在するフラットワイヤである少なくとも１つの高精度抵抗器（２）を備える前記プリント回路板（１）の製造方法。：
   ａ． 前記高精度抵抗器（２）を前記接続点（３）に溶接することによって、前記接続点（３）で前記高精度抵抗器（２）を接続すること。
   ｂ． 前記高精度抵抗器（２）の下面及び少なくとも１つの端面が、少なくとも部分的に絶縁材料（４）で覆われるように、前記高精度抵抗器（２）を電気絶縁材料（４）で覆い、前記高精度抵抗器（２）の上面を、少なくとも部分的に隣接する絶縁材料層（４）の上面と同一平面上に延在させること。
   ｃ． 前記接続点（３）間に流れる電流が前記高精度抵抗器（２）を通じて流れるように、前記接続点（３）の相互を電気的に分離すること。
7. 以下のステップのうち少なくとも１つを特徴とする、請求項６に記載の方法。：
   ａ． 絶縁材料製のプリプレグを前記高精度抵抗器（２）に圧着すること。
   ｂ． 前記プリント回路板（１）の表面上に固定された銅箔をエッチングすることによって前記接続点（３）を加工すること。
   ｃ． 以下のステップのうち少なくとも１つを備える電圧測定器（５）を製造すること。：
   ｉ． 前記高精度抵抗器（２）を少なくとも１層の絶縁材料（４）で覆うこと。
   ｉｉ． 前記少なくとも１層の絶縁材料（４）を貫通して前記高精度抵抗器（２）を接続するための穿孔を形成すること。
   ｉｉｉ． 前記高精度抵抗器（２）を前記少なくとも１層の絶縁材料（４）を介して接続すること。
   ｉｖ． 前記高精度抵抗器（２）をガルバニック接触すること。