JPS63128657A - 混成集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は混成集積回路に関し、特に低抵抗値、ＴＣＲ（
抵抗温度係数）大の検出抵抗を用いて電流検出を行う混
成集積回路の改良に関する。

（ロ）従来の技術 従来、電流検出を行う手段の１としてブリッジ回路があ
る。この電流検出用のブリッジ回路は周知の如く、ブリ
ッジの平衡条件を利用して電流検出を行うものであり、
その回路について簡単に説明すると（第９図参照）、電
流検出用の抵抗Ｒ，（２１）にある電流■、が流れてい
るとする。この電流■、の最大値が抵抗Ｒｅ（２１）に
流れたときにブリッジが平衡となる様に各抵抗Ｒ＋（２
２）　、　Ｒ＊（２３）　、　Ｒ１（２５）　、　Ｒ、
（２４）を設定する。このブリッジ回路の抵抗Ｒｅ（２
１）に電流Ｉ０の最大値以下の電流が流れたとするとコ
ンパレータ（２６）からｒ　Ｌ　、レベルの信号が出力
され、抵抗Ｒ６（２１）に電流１．の最大値以上の電流
が流れたとするとコンパレータ（２６）への入力の電圧
が逆転しｒ　Ｈ、レベルの信号が出力きれ電流１．を遮
断し回路を保護する。

この様なブリッジ回路は特開昭５３−９７４７０号公報
に記載されている。

上述のブリッジ回路を厚膜ＩＣに用いた場合、電流Ｉ、
を検出する抵抗Ｒｓの抵抗体にＮｉメッキが主として用
いられた。しかしながら、Ｎｉメッキは溶断電流が小さ
いので小さい電流の検出は行えるが大電流の検出を行う
際には溶断電流を大とするために抵抗体面積を大きくす
るかあるいは厚みを厚くしなければならないので、基板
実装面積の縮小、メッキ処理時間が長くなるという問題
があり、例えば４０Ａという大電流を検出するのは略不
可能とされていた。

新出の問題を解消するために電流検出抵抗Ｒ１の抵抗体
溶断′￥を流の大きい銅箔あるいはＡｇペーストを用い
ることにより解消することができる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 溶断電流の大きいＡｇペーストあるいは銅箔を用いるこ
とで大電流を検出することは可能である。

確かに銅箔の比抵抗が０，５ｍΩ、Ａｇペーストの比抵
抗３７ｍΩと小さいので大電流を流すことができる。し
かしながら、Ａｇペーストはペースト材にＡｇの粉末を
混入しスクリーン印刷等により形成するために抵抗面積
が大きくなる問題点があり、更にプリント基板上に銅箔
を形成し大電流を流すと発熱により、プリント基板が変
形する問題点があった。また銅箔及びＡｇペーストはＴ
ＣＲ（抵抗温度係数）が３８００±２００　ｐｐｍ及び
２１５０±１５０　ｐｐｍと非常に高いので温度の変化
に対して抵抗のバラツキが大きく大Ｗ、流を正確に検出
することが行えない問題点があった。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は上述した問題点に鑑みて成きれたものであり、
第１図に示す如く、金属基板（１）上に形成された絶縁
薄層（５）上に導Ｍ、！−（２’）を形成し、その導電
路（２）上に固着されたパワー半導体素子（３）の近傍
の導電路（２）の一部を電流検出用の検出抵抗（４）と
して用い、検出抵抗（４）の温度変化に対する抵抗のバ
ラツキを補正する補正回路（１２）を設けて解決する。

（ホ）作用 本発明に依れば、金属基板（１）上の絶縁薄層（５）上
に形成された導電路（２）の一部分を電流検出用の検出
抵抗（４）として用いるので大電流を流すことができ、
検出抵抗（４）が大電流により発熱したとしても十分な
放熱が行えると共に基板（１）の変形を防止することが
できる。

また補正回路（１２）を設けることにより、温度変化に
関係なく一定した大電流を検出することができる。

（へ）実施例 以下に第１図乃至第４図に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図及び第２図に示す如く、本発明の混成集積回路は
金属基板（１）と、金属基板（１）上に形成された絶縁
薄Ｊｌ（５）と、絶縁薄層（５）上に形成された導電路
（２）と、導電路（２〉上に固着されたパワー半導体素
子（３）と、パワー半導体素子（３）の近傍に形成され
た導電路（２）の一部分を用いた検出抵抗（４）と、検
出抵抗（４）の温度変化に対する抵抗のバラツキを補正
する補正回路（１２）とから構成される。

金属基板（１）はアルミニウム基板が用いられ、その表
面は陽極酸化により酸化アルミニウム膜が形成される。

酸化アルミニウム膜が形成された金属基板（１）の−主
面にはエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂等樹脂で絶
縁薄層（５）が形成される。ここでは酸化アルミニウム
膜を形成したが金属基板（１）上に直接ポリイミド等の
絶縁薄層（５）を形成することも可能である。

導電路（２）は金属基板（１）上の絶縁薄層（５）を介
して厚さ３５μの銅箔が貼着され、ブリッジ回路を組む
様な所定のパターンにエツチング形成された後、ボンデ
ィングを行う部分にＮｉメッキが施される。

導電路（２）上にはパワー半導体素子（３）や他の回路
素子例えばチップ抵抗、チップコンデンサー、モノリシ
ックＩＣ等が固着形成され、補正回路（１２）を構成す
る導電路（２）上には抵抗Ｒ１（６）、Ｒ。

（７）　、　Ｒ３（８）　、　Ｒ４（９）　、ダイオー
ド（１０）及び集積ＩＣ（コンパレータ）　（１１）が
固着形成される。抵抗Ｒ＋、Ｒ１，Ｒｓ、Ｒ４は抵抗ペ
ーストのスクリーン印刷で形成きれ、ダイ才−ドク１０
）はチップ部品が用いられ、補正回路（１２）を構成す
る如く、近傍の導電路（２）上に超音波ボンディング等
でボンディング接続される。

本発明の補正回路（１２）は第３図に示す如く、ブリッ
ジ回路であり、その構成を具体的に説明すると、検出抵
抗Ｒｅ（４）と、検出抵抗Ｒ，（４）と直列に接続され
た第３の抵抗Ｒｓ（８）と、第１の抵抗ＲＩ（６）と、
第２の抵抗Ｒ１（７）と、第２の抵抗Ｒ１（７）と直列
に接続されたダイオードＤ　（１０）と、第４の抵抗Ｒ
４（９）と、第１及び第２の抵抗Ｒ＋（ｓ）　、　Ｒｏ
〈７）の接続点と第３及び第４の抵抗Ｒ，（８）、Ｒ。

（９）の接続点とに接続きれたコンパレータ（１１）と
から構成され、コンパレータから「Ｌ」レベルの信号が
出力されたとき、パワー半導体素子（３）に検出抵抗Ｒ
＠（４）を介して流れる大電流を遮断制御する制御回路
が構成きれる。

第４図は制御回路を示す等価回路図であり、抵抗Ｒ０は
ブリッジ回路に設けられた１流検出用の検出抵抗Ｒｅ（
４）である。今、コンパレーク（１１）から「Ｌ」レベ
ルの信号が出力きれたとすると、トランジスタＴｒｙ（
１６）及びＴｒｍ（１７）がオンし、トランジスタＴ　
ｒ　ｓ　（１Ｂ　＞のベースに入力される信号がトラン
ジスタＴＩ”＊（１７）のコレクタにバイパスされ、ト
ランジスタＴｒｓ（１ｇ）はオフする。トランジスタＴ
ｒｎ（１８）がオフすることにより、トランジスタＴｒ
ｍ（１９）がオフし大電流が遮断されパワー半導体素子
（３）が保護される。

ここで第５図は金属基板（アルミニウム）とプリント基
板上に導体を形成した際の導体幅と溶断ＩＥｎとの関係
を表わす特性図であり、今、厚さ３５μ、導体幅ｌｌｌ
ｌ１１のときの溶断電流について見てみると金属基板的
４７Ａに対しプリント基板的１２Ａである。プリント基
板は放熱性が悪く３０Ａ以上の大電流を流す導体を形成
するには厚みと幅を大きく形成しなければならずたとえ
形成したとしても大電流を流すことによりその熱によっ
て基板が変形する。それに対して本発明は放熱良好な金
属基板（１）上に導電路（２）を形成し、その導電路（
２）の一部分を検出抵［Ｒｏ（４）に用いるため約４Ｏ
Ａの大電流を流し発熱したとしても即座に熱が放出され
る。

本発明は第１図に示す如く、金属基板（１）上にパワー
半導体素子（３）、検出抵抗Ｒ，（４）及びダイオード
（１０〉が形成されるので検出抵抗Ｒ，（４）とダイオ
ード（１０）との基板温度が同じになり、上記で述べた
補正回路（１２）を構成することができ、検出抵抗Ｒ＠
（４）の温度変化に対する抵抗のバラツキを補正するこ
とができる。

即ち、本発明の、特徴は補正回路（１２）であり、電流
検出を行うブリッジ回路の抵抗Ｒｎ（７）と直列にダイ
オード（１０）を接続し検出抵抗Ｒ，（４）の温度変化
に対する抵抗のバラツキを補正するものである。

以下に補正回路（ブリッジ回路）のダイオードによる温
度補正法の動作原理を説明する。

第２図においてツェナーダイオードでツェナー電圧ｖ２
を一定にする（このときＯｖはツェナー電圧ｖ２のアノ
ード側）。電流Ｉ０が検出抵抗Ｒ０に流れているときの
ブリッジ回路の中点電圧ＶｌｌＶ！は以下の式で与えら
れる。

上記（２）式は電流！。の依存性があり、電流１．が大
のとき中点電圧Ｖ、は低い電圧となる。電流Ｉ。

が小さいときの中点電圧Ｖ　Ｉ、　Ｖ　！はＶ、＜Ｖ、
となり、電流１．が大となりＩ　＠＜ＭＡｘ）に到達し
たとき中点電圧Ｖ　ｒ　、　Ｖ　ｔはＶ　Ｉ＝　Ｖ　＊
と等しくなり、このときフンパレータの出力は反転し電
流Ｉ０が遮断される。

検出抵抗Ｒ０の温度変化は第６図の如く、温度２５℃の
とき抵抗値はｒ、。であり、これを式で表わすと下記の
如く与えられる。

Ｒ，＝ｒ、、（ｔ＋ａ（’ｒ−ｚｓ＞）　　　　　−−
−−−−・−（３）ここでｒｏｅは２５℃のＣｕパター
ン抵抗値、αはＣｕのＴＣＲである。上記（３）を（２
）式に代入するとＶ。

の温度変化が下記の如く与えられる。

・・・・・・（４） ダイオードの温度変化は第７図の如く、温度２５℃のと
き電圧■。はＶＤＩＩであり、これを式で表わすと下記
の如く与えられる。

Ｖ　ｏ　”　Ｖ　ｏ　ｅ−β（Ｔ　−２５＞　　　　　
　　・−・−・−（５）ここでβはＰ−Ｎ接合Ｖ、の温
度変化量であり１つあたり約−２ｍＶ／”Ｃである。上
記（５）式を（１）に代入するとｖＩの温度変化が下記
の如く与えられる。

温度２５°ＣではＩ　ｏ”　Ｉ　０（ＩＪＡＸ）におけ
る中点電圧ｖ、、Ｖ、はＶ、＝Ｖｘと等シイノテ、中点
電圧ｖ、。

■、の温度変化量が等しければ温度が変化してもＩ　ｏ
”’　Ｉ　＠（ＭＡＸ）における中点電圧Ｖ　ｌ＝　Ｖ
　ｔ　ハ成立する。

先ず（４）式を温度Ｔで微分すると 次にり６）式を温度Ｔで微分すると また、温度２５°Ｃにおける中点電圧Ｖ　＋　＝　Ｖ　
ｔを表わすと下記の如く与えられる。

抗比で並べかえると下記の如く２元連立方程式が与えら
れる。　　　　　　　　　− 上記（１１）（１２）式の方程式を解くと下記の如く与
えられる。

となる。（１３）（１４）式は初期定数であるからＲＡ
　＋Ｒ１も定数でただひとつ決まることになる。

例えば、第３図の補正回路の検出抵抗Ｒ，−１０ｍΩ、
最大検出電流工。（ＭＡＸ）−４ＯＡで設定した場合、
検出抵抗Ｒ０による電圧信号は０．４Ｖとなり、検出抵
抗Ｒ０のＴＣＲが４ｏｏｏｐｐｍで１１００ｄｅ変化す
ると、０．１６Ｖの電圧が増加する。一方、ダイオード
の電圧Ｖ、の変化値は通常−２ｍＶ／℃であるから、１
００　ｄｅｇ変化すると０．２■の電圧が減少する。

検出抵抗とダイオードの温度に対する変化量を互に抵抗
分割することで同一変化量のレベルに変換することがで
きる。

従って中点電圧Ｖ　＋　＝　Ｖ　＊は温度変化に関係な
く常に等しくなり、第８図の如く、温度変化に関係する
ことなく一定した電流を検出することができる。

（ト）発明の効果 以上に詳述した如く本発明に依れば金属基板に形成され
た導電路の一部分を電流検出抵抗として用いることによ
り、大電流の検出を行うことができる。また補正回路を
備えることにより、抵抗温度係数の大きい銅箔を温度変
化に関係することなく一定した大電流を検出することが
できる。またパワー半導体素子に流れる大電流を直接検
出することができパワー半導体素子の破壊を防止するこ
とができる。

更に本発明は大電流を流したとしても金属基板によって
十分熱が放熱され基板の変形は全く生じ無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す平面図、第２図は第１図
のＩ−■断面図、第３図は本実施例に用いる補正回路を
示す回路図、第４図は本発明に用いられる制御回路を示
す回路図、第５図は導体幅と溶断電流に関する特性図、
第６図は抵抗の温度特性図、第７図は電圧の温度特性図
、第８図は本発明によって補正された検出電流の温度特
性図、第９図は従来のブリッジ回路を示す回路図である
。 （１）・・・金属基板、　（２）・・・導電路、　（３
）・・・パワー半導体素子、　（４）・・・検出抵抗、
　（５）・・・絶縁薄層、　（６）（７）（８）（９）
・・・第１、第２、第３、第４の抵抗、（１０）・・・
ダイオード、（１１）・・・コンパレータ、　　（１２
）・・・補正回路、　（１６）（１７）（１８）（１９
）・・・トランジスタ。 出願人　三洋電機株式会社外１名 代理人　弁理士　西野卓嗣　外１名 第２図 第５図 講 １ｊ；！イ＃？＆（ｍｍ） 第６図 依 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）良熱伝導性の金属基板と、前記金属基板上に設け
   られた絶縁薄層と、前記絶縁薄層上に銅箔より形成され
   た所望形状の導電路と、前記導電路上に固着され負荷へ
   の電源の供給を制御するためのパワー半導体素子と、前
   記導電路のうち前記パワー半導体素子の近傍に延在され
   た前記導電路の一部を用いて形成した低抵抗値の検出抵
   抗と、前記検出抵抗のもつ抵抗温度係数を補正する補正
   回路とを備えたことを特徴とする混成集積回路。