WO2016035257A1 - シャント抵抗器 - Google Patents

Abstract

　シャント抵抗器は、少なくとも一部に、予め抵抗値が設定された抵抗体（２３）を有し、２つの電極（２００ａ、２００ｂ）を架橋して、抵抗体による電圧降下を検出することにより電極の間に流れる電流の電流値を検出する。そして、このシャント抵抗器は、導電性接着材（３００）を介して各々の電極に固定され、電気的に接続される一対の接続部（１０ａ、１０ｂ）と、一方の接続部から、他方の接続部へ延設され、接続部の間を架橋する架橋部（２０）と、抵抗体の電圧降下を検出するための一対のボンディングワイヤ（３０）と、を備え、２つのボンディングワイヤは、架橋部の延設方向に対して平行かつ同一方向に引き出される。

Description

シャント抵抗器 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１４年９月３日に出願された日本出願番号２０１４－１７９４８３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、電極間に流れる電流値を検出するためのボンディングワイヤが接続されるシャント抵抗器に関するものである。

　シャント抵抗器を用いた電流値の測定は、シャント抵抗器を構成する抵抗体の抵抗値と、シャント抵抗器の両端の電位差とに基づいて行われる。

　特許文献１に記載の電流検出用抵抗器は、電流が流れる通電部と、通電部から突出した検出部とを備えている。検出部は通電部と一体的に形成されており、通電部の抵抗値と、２つの検出部の電位差とに基づいて電流値を検出する。

　また、特許文献２に記載の半導体モジュールは、シャント抵抗器として機能する接続導体を備えており、接続導体のうち、接続対象であるスイッチング素子やリードフレームと接触する脚部にボンディングワイヤがボンディングされている。接続導体の抵抗値と、２つのボンディングワイヤ間の電位差とに基づいて電流値を検出する。

特開２００４－２２１１６０号公報 特開２０１３－１７９７４４号公報

　ところで、近年、例えば車両に搭載される電子機器などで用いられるシャント抵抗器は、抵抗体を流れる電流が大電流化している。これに伴って抵抗体における発熱量も増大しつつあり、放熱の観点から、シャント抵抗器をリードフレーム等の、熱容量が大きく熱伝導率の比較的高い部材に直接接続する必要が生じている。

　また、抵抗体を流れる電流の大電流化に伴って、電流に起因する磁束密度も増大し、この磁束が周辺の回路に対して起電力を誘起してしまう。

　特許文献１に記載の技術では、検出部の引き回しを、電極接続部分の抵抗や検出パターン分の抵抗による検出値誤の影響を受けにくい形状に加工することができるが、加工が容易ではない上、検出部の接続先であるリードフレームに対応したランドパターンを形成するためのスペースが必要となる。このため、要求される小型化を阻害してしまう虞がある。

　一方、特許文献２に記載の技術では、シャント抵抗器をボンディングワイヤの接続面を臨むように平面視したとき、ボンディングワイヤがシャント抵抗器の延設方向に対して略垂直方向に引き出されている。よって、ボンディングワイヤを流れるセンス電流の経路で囲まれた領域の面積が比較的大きいため、該領域を貫く磁束により起電力が誘導され易い。誘導起電力は、ボンディングワイヤ間の電位差に対してノイズとなり、接続導体を流れる電流の測定精度が十分でない場合がある。

　本開示は、上記の点を鑑みてなされたものであり、電流値の測定精度を向上させたシャント抵抗器を提供することを目的とする。

　本開示の第一の態様において、シャント抵抗器は、少なくとも一部に、予め抵抗値が設定された抵抗体を有し、２つの電極を架橋して、抵抗体による電圧降下を検出することにより電極の間に流れる電流の電流値を検出する。シャント抵抗器は、導電性接着材を介して各々の電極に固定され、電気的に接続される一対の接続部と、一方の接続部から、他方の接続部へ延設され、接続部の間を架橋する架橋部と、抵抗体の電圧降下を検出するための一対のボンディングワイヤと、を備え、２つのボンディングワイヤは、架橋部の延設方向に対して平行かつ同一方向に引き出される。

　ところで、一般に知られるシャント抵抗器では、接続部および架橋部を含めた電流経路は、架橋部の延設方向よりも、延設方向に直交する方向が短くされている。よって、この開示によれば、ボンディングワイヤを延設方向に対して略直交する方向に引き出す態様に較べて、２つのボンディングワイヤの相互間距離を小さくすることができる。よって、例えば特許文献１に記載のような従来構成に較べて、ボンディングワイヤに流れるセンス電流のループ面積を小さくすることができる。このため、抵抗体を流れる電流に起因する誘導起電力を抑制することができる。すなわち、２つのボンディングワイヤの間で観測される電位差に重畳するノイズを軽減することができ、抵抗体を流れる電流の電流値をより精度よく検出することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態に係るシャント抵抗器の概略構成を示す斜視図であり、 図２は、シャント抵抗器のボンディングワイヤの接続形態とセンス電流のループ面積の関係し示す上面図であり、 図３は、シャント抵抗器の概略構成を示す斜視図であり、 図４は、シャント抵抗器の概略構成を示す上面図であり、 図５は、その他の実施形態に係るシャント抵抗器の概略構成を示す上面図であり、 図６は、その他の実施形態に係るシャント抵抗器の概略構成を示す斜視図である。

　以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、方向として、ｘ方向と、ｘ方向に直交するｙ方向と、ｘ方向とｙ方向により規定されるｘｙ平面に直交するｚ方向と、を定義する。つまり、ｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向は互いに一次独立である。

　（第１実施形態）
　最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明する。

　図１に示すように、このシャント抵抗器１００は、ｘｙ平面に沿う面を有し、ｘ方向に並ぶ２つの電極２００を互いに電気的に接続する。ここで説明するシャント抵抗器１００は、第１電極２００ａと第２電極２００ｂとを接続している。なお、電極２００は、例えばある基板上に形成されたランドであったり、リードフレームであったりであって、その構成は限定されない。

　シャント抵抗器１００は、導電性接着材としてのはんだ３００を介して電極２００に接続される一対の接続部１０と、２つの接続部１０の間を架橋する架橋部２０と、を備えている。架橋部２０は、主部２１と仲介部２２と抵抗体２３とを有している。そして、シャント抵抗器１００は、抵抗体２３に流れる電流の電流値を検出するためのボンディングワイヤ３０を備えている。

　接続部１０は、図１に示すように、第１電極２００ａに接続される第１端子１０ａと、第２電極２００ｂに接続される第２端子１０ｂとを有している。接続部１０は、ｘｙ平面の沿う面状であり、接続部１０における、電極２００に対向する面は、はんだ３００を介して電極２００に接続されている。

　架橋部２０における主部２１は、第１主部２１ａと第２主部２１ｂとにより構成され、いずれもｘｙ平面に沿う板状の部材である。そして、同じくｘｙ平面に沿って形成された抵抗体２３が第１主部２１ａと第２主部２１ｂとに挟まれるように配置されている。図１に示すように、第１主部２１ａ、抵抗体２３、第２主部２１ｂがこの順でｘ方向に並んで接合され、全体として一体的な導体となっている。そして、第１主部２１ａ、抵抗体２３、第２主部２１ｂが一体となった導体はｘ方向に延設されて第１端子１０ａと第２端子１０ｂとを電気的に接続している。主部２１は、抵抗体２３とともに、ｚ方向において接続部１０よりも高い位置に形成されている。

　架橋部２０における仲介部２２は、図１に示すように、接続部１０と主部２１とを繋いでいる。主部２１と接続部１０は仲介部２２を介して一体的に形成されている。具体的には、第１主部２１ａと第１端子１０ａは第１仲介部２２ａを介して接続され、第２主部２１ｂと第２端子１０ｂは第２仲介部２２ｂを介して接続されている。このシャント抵抗器１００をｙ方向から正面視した場合、架橋部２０は、上底および脚部となるような略台形を成している。具体的には、主部２１と抵抗体２３とが一体的に構成された板状の部材を上底とし、仲介部２２を脚部とする略台形を成している。

　なお、架橋部２０における主部２１および仲介部２２は、例えば銅などの金属から成る導電部であり、抵抗体２３よりも抵抗率が小さくされている。なお、抵抗体２３は、例えばＣｎＭｎＳｎやＣｕＭｎＮｉを主成分として形成されている。

　ボンディングワイヤ３０は、例えばアルミニウムなどの一般的に知られた材料から成る。ボンディングワイヤ３０には、ボンディングワイヤ３０の電位を検出するためのセンス電流が流れる。図１に示すように、ボンディングワイヤ３０は第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとを有している。第１ワイヤ３０ａは、第１端が第１主部２１ａにボンディングされ、第２端が図示しない第１センス電極４００ａに接続されている。第２ワイヤ３０ｂは、第１端が第２主部２１ｂにボンディングされて、第２端が図示しない第２センス電極４００ｂに接続されている。すなわち、本実施形態におけるボンディングワイヤ３０は、その一端が、略台形を成す架橋部２０のうち、上底に相当する主部２１にボンディングされている。

　そして、本実施形態のシャント抵抗器１００における２本のボンディングワイヤ３０、すなわち、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂは、図１および図２に示すように、架橋部２０の延設方向（図１におけるｘ方向）に対して略平行であり、且つ、略同一の方向に向かって引き出されている。同一の方向とは、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂがともに、図２における紙面左側に向かって引き出されていることを示している。つまり、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂは、ｘ方向に延設され、ｙ方向に横並びで引き出されている。なお、ボンディングワイヤ３０の引き回しを除く構成は第１実施形態と同一である。

　次に、図２～図４を参照して、本実施形態に係るシャント抵抗器１００の作用効果について説明する。

　上記した構成において、第１電極２００ａと第２電極２００ｂとの間に電位差が生じると、接続部１０、仲介部２２、主部２１を介して抵抗体２３に電流が流れる。そして、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差と抵抗体２３の抵抗値とに基づいて、抵抗体２３を流れる電流の電流値を検出する。

　本実施形態におけるシャント抵抗器１００によれば、２つの電極２００の間を流れる電流（図２にて主電流と示す）に起因して発生する磁束による、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差へのノイズの重畳を軽減することができる。以下、具体的に説明する。

　図２は、本実施形態におけるシャント抵抗器１００のボンディングワイヤ３０の接続態様、および、従来のようにボンディングワイヤ３０が接続部１０に接続され、架橋部２０の延設方向に対して略直交して接続される場合の態様、を上面図として示している。本実施形態におけるボンディングワイヤ３０（第１ワイヤ３０ａ，第２ワイヤ３０ｂ）を実線で描き、従来構成のボンディングワイヤ３０ｃ，３０ｄを破線で示している。

　主電流に起因する磁束は、ボンディングワイヤ３０を流れるセンス電流の電流経路によって囲まれた領域（図２に斜線で示す領域）を貫く。主電流の時間変化に応じて磁束が変化すると、センス電流の電流経路に誘導起電力が発生するため、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差に誘導起電力がノイズとして重畳してしまう。このセンス電流の電流経路によって囲まれた領域の面積（以下、ループ面積という）が大きいほど誘導起電力が大きくなる。

　本実施形態におけるシャント抵抗器１００は、ボンディングワイヤ３０が架橋部２０の主部２１に接続され、互いに略平行にｘ方向に引き出されているので、従来の構成におけるループ面積Ｓ１に較べて、本実施形態におけるループ面積Ｓ２を小さくすることができる。このため、センス電流の電流経路に発生する誘導起電力を従来構成に較べて小さくすることができるので、磁束による、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差への影響を軽減することができる。

　なお、ボンディングワイヤ３０がボンディングされるボンディング面を正面視したとき、図３に示すように、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂのボンディング面におけるボンディング位置が、延設方向（ｘ方向）に沿う仮想線Ｌ上に位置するように構成すると良い。この構成では、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂは、ｘ方向に延設され、ｚ方向に横並びで引き出されている。

　これによれば、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂの主部２１上におけるｙ座標が互いに一致しており、ｚ方向から平面視すると、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂは互いに重なり合う。このため、図１および図２に示したような、ｙ座標の位置が互いに異なっている態様に較べてセンス電流のループ面積をより小さくすることができる。よって、主電流に起因する誘導起電力を抑制することができ、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差に重畳するノイズを軽減することができる。

　さらには、図４に示すように、主部２１上のボンディング位置を、主部２１と抵抗体２３との境界近傍に配置し、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂの、互いのボンディング位置間の距離が、架橋部２０の延設方向（図４ではｘ方向）において略最小になるようにすると良い。

　これによれば、架橋部２０のうち抵抗体２３を除く導電部の抵抗値およびＴＣＲの、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差に与える影響を略最小にすることができる。よって、抵抗体２３を流れる主電流の電流値をより精度よく検出することができる。

　なお、本実施形態におけるシャント抵抗器１００は、ボンディングワイヤ３０が架橋部２０、より具体的には主部２１、にボンディングされている。上記のように、はんだ３００は接続部１０と電極２００との間に介在しているので、主部２１には接触していない。よって、はんだ３００の存在は、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂとの間で観測される電位差に影響を与えない。すなわち、はんだ３００による電位差のばらつきを抑制することができ、ひいては、抵抗体２３を流れる電流の電流値をより精度よく検出することができる。

　また、本実施形態では、ボンディングワイヤ３０が略台形を成す架橋部２０のうち、上底に相当する主部２１にボンディングされている。架橋部２０が台形アーチ構造をしているので、主部２１を上底側から下底側に働く力に対して、架橋部２０の撓みを抑制することができる。すなわち、ボンディングワイヤ３０を安定してボンディングすることができるので、接続信頼性を向上することができる。

　（その他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

　上記した実施形態では、ボンディングワイヤ３０が架橋部２０における主部２１にボンディングされる例について示したが、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂが、架橋部２０の延設方向に対して略平行であり、且つ、略同一の方向に向かって引き出されていれば、そのボンディング位置は限定されない。例えば、図５に示すように、ボンディングワイヤ３０が接続部１０にボンディングされていても、センス電流のループ面積を、従来の構成に較べて小さくする効果を奏することができる。

　また、上記した実施形態では、架橋部２０の一部が抵抗体２３として第１主部２１ａと第２主部２１ｂに挟まれて形成された例について説明したが、この例に限定されない。接続部１０、主部２１、仲介部２２のいずれもが抵抗体２３と同一の材料で一体的に構成された態様であっても本開示を適用することができる。このような態様では、抵抗体２３に流れる電流値の計算に用いる抵抗値は、抵抗体２３の抵抗率と、架橋部２０の断面積と、ボンディングワイヤ３０のボンディング位置間の距離と、により算出される。

　また、上記した実施形態では、架橋部２０がｙ方向から正面視した場合に略台形となる態様について例示したが、これに限定されるものではない。例えば、仲介部２２が接続部１０に対して直交した矩形状となっていてもよいし、仲介部２２が湾曲して接続部１０と主部２１とを繋いでいてもよい。さらには、図６に示すように、架橋部２０が仲介部を有さず、接続部１０、主部２１、抵抗体２３が全体として平板を成すような態様であっても本開示を適用することができる。この例におけるシャント抵抗器１００でも、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂは、架橋部２０の延設方向に対して略平行であり、且つ、略同一の方向に向かって引き出されている。

　なお、上記した実施形態において、第１ワイヤ３０ａと第２ワイヤ３０ｂを、架橋部２０の延設方向に略平行かつ略同一の方向に引き出す例を示した。ここでの略平行および略同一とは、ボンディングワイヤ３０の引き出す方向が、完全に平行である必要はなく、また、完全に同一の方向である必要はないことを意味している。すなわち、第１ワイヤ３０ａおよび第２ワイヤ３０ｂは、架橋部２０の延設方向に対してほぼ平行に引き出され、その方向がほぼ同一になっていれば、上記した作用効果を奏することができる。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (7)

1. 　少なくとも一部に、予め抵抗率が設定された抵抗体（２３）を有し、
   　２つの電極（２００ａ，２００ｂ）を架橋して、前記抵抗体による電圧降下を検出することにより前記電極の間に流れる電流の電流値を検出するシャント抵抗器であって、
   　導電性接着材（３００）を介して各々の前記電極に固定され、電気的に接続される一対の接続部（１０ａ，１０ｂ）と、
   　一方の前記接続部から、他方の前記接続部へ延設され、前記接続部の間を架橋する架橋部（２０）と、
   　前記抵抗体の電圧降下を検出するための一対のボンディングワイヤ（３０）と、を備え、
   　２つの前記ボンディングワイヤは、前記架橋部の延設方向に対して平行かつ同一方向に引き出されるシャント抵抗器。
2. 　前記ボンディングワイヤがボンディングされるボンディング面を正面視したとき、
   　２つの前記ボンディングワイヤの、前記ボンディング面における２つのボンディング位置は、前記架橋部の延設方向に沿う仮想線上に位置する請求項１に記載のシャント抵抗器。
3. 　前記ボンディングワイヤは、前記架橋部にボンディングされる請求項１または請求項２に記載のシャント抵抗器。
4. 　前記架橋部は、前記抵抗体よりも抵抗率の小さい導電部（２１，２２）を有し、前記架橋部の延設方向において、前記抵抗体が前記導電部に挟まれて形成され、
   　２つの前記ボンディングワイヤは、前記抵抗体を挟む前記導電部にそれぞれボンディングされる請求項３に記載のシャント抵抗器。
5. 　前記ボンディングワイヤがボンディングされるボンディング面に直交し、前記架橋部の延設方向に沿う断面において、
   　前記架橋部が前記接続部に対して凸形状である請求項１～４のいずれか１項に記載のシャント抵抗器。
6. 　前記ボンディングワイヤがボンディングされるボンディング面に直交し、前記架橋部の延設方向に沿う断面において、
   　前記架橋部が上底および脚部となるような台形を成し、
   　前記抵抗体は少なくとも前記上底に形成され、
   　前記ボンディングワイヤは、前記上底にボンディングされる請求項５に記載のシャント抵抗器。
7. 　２つの前記ボンディングワイヤにおける互いのボンディング位置は、前記延設方向における距離が、前記抵抗体を挟んで最小となる請求項４～６のいずれか１項に記載のシャント抵抗器。
   
    

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