シャント抵抗器の実装構造

【課題】シャント抵抗器を金属基板に実装し、ワイヤボンディングによる電圧検出配線の引出をするに際して、シャント抵抗器の有するインダクタンス成分による誤差電圧の発生をキャンセルできる実装構造を提供する。
【解決手段】シャント抵抗器１を搭載するための基板２と、該基板に形成され抵抗器１に電流を流すための一対のランド１０ａ，１０ｂと、基板に形成され抵抗器１とワイヤにより接続される一対のワイヤ接続部５ａ，５ｂとから構成される抵抗器を実装した構造であって、一対のワイヤ接続部５ａ，５ｂは、それぞれが一対のランド間における抵抗器１の側方に配置され、一のワイヤ６ａ（６ｂ）は、他のワイヤ６ｂ（６ａ）が接続される電圧検出配線４ａ（４ｂ）またはその延長線（４ｅ）を跨いで、前記抵抗器の電圧検出位置７ａ（７ｂ）と電圧検出配線先端のワイヤ接続部５ｂ（５ａ）との間に接続されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抵抗体に流れる電流を検出するシャント抵抗器に係り、特にその基板への実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シャント抵抗器は検出電流の大電流化に伴い製品によっては抵抗値が１ｍΩ程度に低くなる傾向にあり、また検出電流のスイッチング速度が上がり、検出電流が高周波化する傾向にある。シャント抵抗器の抵抗体には例えば１ｎＨ程度とごく少量ではあるが必然的にインダクタンス成分が存在する。このため、抵抗値が低く、検出電流が高周波化している場合には、シャント抵抗器両端には抵抗成分による検出対象の電圧に加え、インダクタンス成分による電圧が重畳し、誤差電圧が発生する。
【０００３】
この誤差電圧の発生を防止するため、シャント抵抗器を実装する基板に、両ランドの中心軸に沿ってそれぞれ内方に延び、両ランド間の中心軸に沿ってそれぞれ垂直方向に折れ曲がり、一方の配線がビアを介して基板裏面側に配置され、他方の配線が平行に基板表面側に配置される、一対の電圧検出配線を備えた実装基板が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、シャント抵抗器の大電流化に伴い、より放熱性に優れたアルミ等の金属基板が採用される場合など、ビア等を用いて基板の裏面に配線を形成できないことがある。また、電圧検出配線のランドからの引出に代えて、ワイヤボンディングによる電圧検出配線の引出が採用される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２１４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、シャント抵抗器を金属基板に実装し、ワイヤボンディングによる電圧検出配線の引出をするに際して、シャント抵抗器の有するインダクタンス成分による誤差電圧の発生をキャンセルできる実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシャント抵抗器の実装構造は、シャント抵抗器を搭載するための基板と、該基板に形成され前記抵抗器に電流を流すための一対のランドと、前記基板に形成され前記抵抗器とワイヤにより接続される一対のワイヤ接続部とから構成される前記抵抗器を実装した構造であって、前記一対のワイヤ接続部は、それぞれが前記一対のランド間における前記抵抗器の側方に配置され、一のワイヤは、他のワイヤが接続される電圧検出配線またはその延長線を跨いで、前記抵抗器の電圧検出位置と電圧検出配線先端の前記ワイヤ接続部との間に接続されている、ことを特徴とする。
【０００８】
前記一対のワイヤ接続部は、それぞれが前記抵抗器の両側の側方に配置される、ことが好ましい。また、前記一対のワイヤ接続部のそれぞれから前記電圧検出配線が導出され、一対の電圧検出配線の一方が、抵抗器の一方の側方から他方の側方に導出されている、ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例のシャント抵抗器実装構造の斜視図である。
【図２】上記構造における配線パターンの斜視図である。
【図３】本発明の変形実施例のシャント抵抗器実装構造の斜視図である。
【図４】上記構造における配線パターンの斜視図である。
【図５】従来例のシャント抵抗器実装構造の平面の説明図である。
【図６】上記構造の側面の説明図である。
【図７】（ａ）は電流パターン例を示すチャートであり、（ｂ）は検出電圧のパターン例を示すチャートである。
【図８】図１に示すシャント抵抗器実装構造の平面の説明図である。
【図９】上記構造の側面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図１乃至図９を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例のシャント抵抗器の実装構造を示し、図２はその配線パターンを示す。シャント抵抗器１を搭載するためのアルミ等の金属基板２には、該基板に形成され抵抗器１に電流を流すための配線パターン３ａ，３ｂと、配線パターン３ａ，３ｂにおけるシャント抵抗器１の実装部位である一対のランド１０ａ，１０ｂと、該基板に形成されシャント抵抗器１の両端に生じる電圧を検出する一対の電圧検出配線４ａ，４ｂを備える。シャント抵抗器１は、Ｃｕ−Ｍｎ系、Ｎｉ−Ｃｒ系などの金属材料を抵抗体とするものが一例としてあげられる。電圧検出配線４ａ，４ｂの先端にはパッド状のワイヤ接続部５ａ，５ｂを備え、ワイヤ接続部５ａ，５ｂとシャント抵抗器１の両端の電圧検出位置とがワイヤ６ａ，６ｂにより接続される。
【００１２】
一対のワイヤ接続部５ａ，５ｂは、それぞれが一対のランド１０ａ，１０ｂ間における抵抗器１の両側の側方に配置される。そして、一対のワイヤ接続部５ａ，５ｂのそれぞれから電圧検出配線４ａ，４ｂが導出され、一対の電圧検出配線の一方（４ａ）が、シャント抵抗器１の下面をくぐり、シャント抵抗器１の一方の側方から他方の側方に導出している。
【００１３】
ワイヤ６ａはシャント抵抗器の電圧検出位置７ａから電圧検出配線４ａを跨いでワイヤ接続部５ｂに接続され、ワイヤ６ｂは抵抗器の電圧検出位置７ｂから電圧検出配線４ｂの延長線４ｅを跨いでワイヤ接続部５ａに接続される。すなわち、一のワイヤが他のワイヤが接続される電圧検出配線またはその延長線を跨いで、シャント抵抗器の電圧検出位置と電圧検出配線先端のワイヤ接続部との間に接続される。
【００１４】
図３および図４は本発明の変形実施例の実装構造とその配線パターン例を示す。この実施例では、ワイヤ接続部５ａ，５ｂはシャント抵抗器１の片側の側方にのみ配置される。従って、ワイヤ６ａはシャント抵抗器の電圧検出位置７ａから電圧検出配線４ａの延長線４ｅを跨いでワイヤ接続部５ｂに接続され、ワイヤ６ｂは抵抗器の電圧検出位置７ｂから電圧検出配線４ｂの延長線４ｆを跨いでワイヤ接続部５ａに接続される。従って、この実施例においても、一のワイヤが他のワイヤが接続される電圧検出配線またはその延長線を跨いで、抵抗器の電圧検出位置と電圧検出配線先端のワイヤ接続部との間に接続されている。
【００１５】
図1および図２に示す実施例と図３および図４に示す変形実施例では、一のワイヤが他のワイヤが接続される電圧検出配線またはその延長線を跨いで接続するという点で共通するが、ワイヤ接続部がシャント抵抗器１の両側に配置されるか、片側にのみ配置されるかという点で相違する。ワイヤ接続部がシャント抵抗器１の片側にのみ配置される場合には、両ワイヤが空間でクロスするため、それぞれのワイヤの高さを異ならせるように調整したり、絶縁被覆されたワイヤを使用したり、ワイヤがクロスする部分に絶縁材を介在させる等、両ワイヤが接触もしくはショートしないようにする必要がある。これに対して、ワイヤ接続部がシャント抵抗器１の両側に配置される場合には、両ワイヤがクロスすることが無く、ワイヤの高さ等ワイヤボンディングの自由度を高められる。
【００１６】
次に、上記構造によるインダクタンス成分が発生する誤差電圧のキャンセルについて説明する。図５および図６は従来から一般的に採用されているシャント抵抗器の実装構造である。係る構造ではワイヤ６ａ，６ｂはそれぞれのシャント抵抗器の電圧検出位置７ａ，７ｂから直近のワイヤ接続部５ａ，５ｂに接続される。シャント抵抗器１には検出電流Ｉが流れ、電流Ｉに時間変化が無いと仮定すると、シャント抵抗器の抵抗値Ｒを乗じた電圧Ｖが電圧検出配線４ａ，４ｂから図示しない電圧検出回路に取り出される。
【００１７】
しかしながら、図７（ａ）に示すように検出電流Ｉは一般にパルス状の電流であり、図５に示すように電流路の周りに磁束Φが形成され、この電流Ｉが時間変化すると、シャント抵抗器の有する自己インダクタンスＬに基づく電圧ＶＬが電圧検出位置７ａ，７ｂ間に発生する。ワイヤ６ａ，６ｂには、ワイヤが磁束Φと鎖交することで、相互インダクタンスＭに基づく電圧ＶＭがシャント抵抗器の電圧検出位置とワイヤ接続部の間に発生する。
【００１８】
ここで、電圧ＶＬと電圧ＶＭは同一の磁束Φに基づき形成されるが、回路接続としての電圧の向きが異なり互いにキャンセルする方向に作用する。従って、電圧検出配線４ａ，４ｂ間には、電流Ｉの時間変化に基づき、
Ｖ＝ＶＬ−２ＶＭ
の大きさの誤差電圧が重畳する（図５参照）。
【００１９】
ところで、自己インダクタンスＬに基づく電圧ＶＬと相互インダクタンスＭに基づく電圧ＶＭは、それぞれの磁束鎖交量によって決まってくる。仮に、ワイヤ６ａ，６ｂが抵抗器１の軸線に平行に密着して配置されているとすると、単位長さあたりの磁束鎖交量は等しいため、単位長さあたりの発生電圧は等しくなる。しかしながら、ワイヤは抵抗器軸線から離れて張られるため、単位長さあたりの磁束鎖交量が減り、単位長さあたりの発生電圧が減少する。さらにワイヤの抵抗器軸線方向長さＬＭも抵抗器の電圧検出位置間長さＬＬと比較して短いため、相互インダクタンスＭに基づく電圧ＶＭは、自己インダクタンスＬに基づく電圧ＶＬに対して小さなものとなる。
【００２０】
その結果、電圧検出配線４ａ，４ｂ間に現れる磁束Φに基づく電圧Ｖは、
ＶＬ≫ＶＭとなり、Ｖ＝ＶＬ−２ＶＭ≫０となり、図７（ｂ）に実線で示すように、電流が時間変化する部分で誤差電圧Ｖが発生する。なお、破線は誤差電圧が発生しないと仮定した時の抵抗器の抵抗成分Ｒのみに基づく電圧である。
【００２１】
これに対して本発明の実施例では、一のワイヤが他のワイヤが接続される電圧検出配線またはその延長線を跨いで、抵抗器の電圧検出位置と電圧検出配線先端のワイヤ接続部との間に接続されていることで、２ＬＭ＞ＬＬの関係を実現できる。すなわち、図８および図９は本発明の図１および図２に示す実施例を図５および図６に示す従来例と対比した図である。図示するように、ワイヤの軸線方向実効長である抵抗器の電圧検出位置７ａ（７ｂ）とワイヤ接続部５ｂ（５ａ）との間の距離ＬＭがそれぞれ自己インダクタンスＬの実効長である電圧検出位置７ａ，７ｂ間の距離ＬＬの１／２を超えている（図８−９参照）。
【００２２】
ワイヤは抵抗器軸線から離れて張られるため、その分鎖交磁束が減少し、単位長あたりの相互インダクタンスＭは単位長あたりの自己インダクタンスＬよりも小さくなる。しかしながら、上述のように２ＬＭ＞ＬＬの関係を実現できるので、ワイヤの軸線方向実効長で補うことができ、自己インダクタンスに基づく電圧ＶＬを相互インダクタンスに基づく電圧２ＶＭでキャンセルすることができる。これにより、電圧検出配線４ａ，４ｂ間に現れる誤差電圧Ｖ（＝ＶＬ−２ＶＭ）を、ゼロに近づけるか、或いはゼロを超して過補償にすることも可能である。すなわち、図７（ｂ）における誤差電圧Ｖが減少し、誤差電圧Ｖがゼロとなる破線の位置近傍に調整することが可能となる。
【００２３】
なお、図３および図４に示す変形実施例においても同様に２ＬＭ＞ＬＬの関係を実現できるので、同様に自己インダクタンスＬに基づく電圧ＶＬを相互インダクタンスＭに基づく電圧２ＶＭでキャンセルすることができる。但し、この場合、２本のワイヤをクロスさせる必要があるので、高さの調整をした場合は、その分単位長あたりの相互インダクタンスＭが小さくなる。
【００２４】
これに対し、図１および図２に示す実施例では、一対のワイヤ接続部５ａ，５ｂはそれぞれがシャント抵抗器１の両側の側方に配置される構造および一対のワイヤ接続部のそれぞれから電圧検出配線４ａ，４ｂが導出され、一対の電圧検出配線の一方（４ａ）が、シャント抵抗器１の一方の側方から他方の側方に導出されている構造を採用することで、上記ワイヤのクロスという問題を生ぜずワイヤボンディングの自由度を高めることができる。
【００２５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、シャント抵抗器の金属基板への実装に好適に利用可能である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャント抵抗器を搭載するための基板と、該基板に形成され前記抵抗器に電流を流すための一対のランドと、前記基板に形成され前記抵抗器とワイヤにより接続される一対のワイヤ接続部と、該ワイヤ接続部に接続された電圧検出配線とから構成される前記抵抗器を実装した構造であって、
前記一対のワイヤ接続部は、それぞれが前記一対のランド間における前記抵抗器の側方に配置され、
一のワイヤは、他のワイヤのワイヤ接続部と接続された電圧検出配線またはその延長線を跨いで、前記抵抗器の電圧検出位置と電圧検出配線先端の前記ワイヤ接続部との間に接続されている、シャント抵抗器の実装構造。
【請求項２】
前記一対のワイヤ接続部は、それぞれが前記抵抗器の両側の側方に配置される、請求項１に記載のシャント抵抗器の実装構造。
【請求項３】
前記一対のワイヤ接続部のそれぞれから前記電圧検出配線が導出され、一対の電圧検出配線の一方が、抵抗器の一方の側方から他方の側方に導出されている、請求項１または２に記載のシャント抵抗器の実装構造。

【図１】