JP4029049B2

JP4029049B2 - 電流検出用抵抗器

Info

Publication number: JP4029049B2
Application number: JP2003004037A
Authority: JP
Inventors: 信三山下; 尚宏十河
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP2004221160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体パワーモジュールの主回路電流を検出するなどの目的で、基板上に実装される電流検出用抵抗器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体パワーモジュールとして、表面に銅などの回路パターンが形成された絶縁基板を備え、回路パターンに、ダイオードやＩＧＢＴ等のパワー半導体チップを半田付けしたものがある。回路パターンは複数設けてあり、その間を電流検出用抵抗器（シャント抵抗器）が跨ぐように設けてある。この抵抗器は、例えば銅とニッケルの合金の板をＵ字状に曲げ加工したもので、板の両端に形成した端子部を各回路パターンに半田を介して接合してある。
【０００３】
抵抗器に半導体パワーモジュールの主回路電流を流すことで、抵抗器の端子間には電圧降下Ｖが生じる。したがって、この電圧降下Ｖを測定することで、抵抗器の抵抗値Ｒにより主回路電流Ｉ（＝Ｖ／Ｒ）が求められる。
【０００４】
ところで、電流検出用抵抗器の端子部を半田を介して回路パターンに接合すると、抵抗器の垂直面に半田が這い上がる現象が生じることがある。この場合、抵抗器の実効抵抗値がわずかに低下するため、測定したＶから前記抵抗値Ｒを用いて得られる電流値が実際の主回路電流Ｉと異なり、主回路電流を高精度に検出できない。
【０００５】
そこで、従来では、半田の這い上がりが発生しても電圧―電流特性が変化しないための構成が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−８３９６９号公報
【特許文献２】
特開平８−１１５８０２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１１６７１０号公報
【特許文献４】
特開平７−１９１０５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの従来の構成とは異なる新規な構成、あるいは改良された構成を有する電流検出用抵抗器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る電流検出用抵抗器は、
基板の回路パターンに半田付け実装される電流検出用抵抗器において、
抵抗器は、回路パターンを流れる電流の通電部、および該電流を検出するための検出部を備え、
通電部は、前記基板とは反対側に凸になるように湾曲した板状本体部分、および該部分の両端に設けた半田付け用の一対の端子部分を有し、
検出部は、本体部分の半田這い上がりのない領域であって、本体部分の通電方向と直交する方向に関する側面から突出する突出部分を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下では、本発明に係る電流検出用抵抗器を半導体パワーモジュールに組み込んだ例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電流検出用抵抗器（シャント抵抗器）の実施の形態１を示す斜視図である。この抵抗器２は、例えば銅とニッケルの合金の板を所定の形状に加工したもので、半導体パワーモジュールの絶縁基板４上に形成した銅などの通電用回路パターン６ａ，６ｂを跨ぐように設けた通電部８を有する。図示は省略するが、絶縁基板４は、Ａｌなどの放熱板に半田付け実装されている。通電部８は、矩形状の板の両端部を曲げてコ字状にし、さらに該両端部の先端側を折り返して両端部をＬ字状にした形状を有しており、半田層１０ａ，１０ｂを介して回路パターン６ａ，６ｂに接合するための端子部分１２ａ，１２ｂと、垂直部分（広義には脚部分）１４ａ，１４ｂと、絶縁基板４と略平行に延在した水平部分（広義には天板部分）１６とから構成されている。回路パターン６ａ，６ｂの間に配置された通電部８には、半導体パワーモジュールの主電流が流れるようになっている。説明の都合上、水平部分１６はＸＹ平面に延在するものとし、主電流の流れる方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００１１】
抵抗器２はまた、通電部８と一体をなす、主電流を検出するための検出部１８を有する。検出部１８は、通電部８の水平部分１６のＸ方向両端近傍において、水平部分１６の（Ｙ方向に関する）側面からＹ方向に突出した一対の水平部分（広義には突出部分）２０ａ，２０ｂと、絶縁基板４上に形成した検出用回路パターン２２ａ，２２ｂと半田層２４ａ，２４ｂを介して接合する端子部分２６ａ，２６ｂと、水平部分２０ａ，２０ｂと端子部分２６ａ，２６ｂを接続する垂直部分２８ａ，２８ｂとから構成されている。回路パターン２２ａ，２２ｂは、高インピーダンスの電圧測定回路の検出端子（図示せず）に接続されている。
【００１２】
電流検出用抵抗器２の通電部８に関し、設計上の抵抗値の算定を容易にするために、図に示すように、端子部分１２ａ，１２ｂ、垂直部分１４ａ，１４ｂ、および水平部分１６のＹ方向側面は同一平面上に位置するのが好ましい。
【００１３】
かかる電流検出用抵抗器２では、通電部８の垂直部分１４ａ，１４ｂを半田層１０ａ，１０ｂの半田が這い上がっても、電流検出対象部分（図の斜線部分）の抵抗値は変化しないので、高精度に主電流を検出できる。なお、電圧測定回路のインピーダンスが高いため、検出部１８および半田層２４ａ，２４ｂには実質的に電流が流れることはなく、したがって、半田層２４ａ，２４ｂの半田の這い上がりは電圧測定に影響を与えない。
【００１４】
本実施形態では、検出部１８の水平部分２０ａ，２０ｂを通電部８の水平部分１６のＹ方向側面から突出させたが、這い上がりのない領域であれば、通電部８の垂直部分１４ａ，１４ｂの側面から突出させてもよい。但し、水平部分２０ａ，２０ｂから突出させる方が、半田の這い上がりにくさの点で好ましい。また、通電部８の水平部分１６のＹ方向に関して同一の側面から検出部１８の水平部分２０ａ，２０ｂを突出させる代わりに、水平部分１６のＹ方向に関して対向する一対の側面からそれぞれ、検出部の水平部分を突出させるようにしてもよい。
【００１５】
また、本実施形態では、通電部８の天板部分１６および脚部分１４ａ，１４ｂは、それぞれ水平部分および垂直部分からなり全体で断面コ字状に形成されているが、絶縁基板４とは反対側に凸になるように湾曲していれば、天板部分および脚部分の延在する面は互いに直交する必要はなく、また、天板部分および／または脚部分が曲面上に延在するよう加工してもよく、さらに天板部分と脚部分が同一曲面上に延在するよう加工してもよい。
【００１６】
実施の形態２．
図２は、本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態２を示す斜視図である。以下の説明では、実施の形態１と同一または類似の構成要素は同一の符号または同一の符号に適当な添字を付して表す。この抵抗器２’は、通電部８’の垂直部分（広義には脚部分）１４ａと１４ｂの間には、垂直部分１４ａ，１４ｂおよび端子部分１２ａ，１２ｂより幅狭の水平部分１６’が設けてある。Ｙ方向一端側に関して、通電部８’の垂直部分１４ａ，１４ｂおよび端子部分１２ａ，１２ｂと水平部分１６’の側面は同一平面上に位置している。垂直部分１４ａ，１４ｂのＹ方向他端側の上端部から、検出部１８’の垂直部分（広義には突出部分）２８ａ’，２８ｂ’が、通電部８’の垂直部分１４ａ，１４ｂと対向するように延設されている。通電部８’の水平部分１６’と、検出部１８’の垂直部分２８ａ’，２８ｂ’とはＸ方向に沿ったスリット３０で分離されている。検出部１８’の垂直部分２８ａ’，２８ｂ’は、検出用回路パターン２２ａ’，２２ｂ’に半田付け（半田層を符号２４ａ’，２４ｂ’で示す。）された端子部分２６ａ’，２６ｂ’と接続されている。
【００１７】
かかる電流検出用抵抗器２’では、通電部８’の垂直部分１４ａ，１４ｂを半田層１０ａ，１０ｂの半田が這い上がっても、電流検出対象部分（図の斜線部分）の抵抗値は変化しないので、高精度に主電流を検出できる。また、例えば特開平１０−１１６７１０号公報に開示された従来の電流検出用抵抗器とは異なり、通電部８’の端子部分１２ａ，１２ｂにスリットが形成されておらず、該端子部分１２ａ，１２ｂの半田付け面積（すなわち絶縁基板４との接合面積）を十分に確保できるため、抵抗器２’の放熱性を高めることができる。
【００１８】
本実施形態では、検出部１８’の垂直部分２８ａ’，２８ｂ’はともに、垂直部分１４ａ，１４ｂの上端部のＹ方向他端近傍から延設されているが、例えば、一方を前記上端部のＹ方向一端部近傍から延設してもよいし、前記上端部中央付近から延設するようにしてもよい。後者の場合、検出部の垂直部分が突出する前記上端部の一部のＹ方向両側部分から、通電部の水平部分が延設される。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態３を示す斜視図である。この抵抗器２”は、概略的に、矩形状の板の両端部を曲げてコ字状にし、さらに該両端部の先端側を折り返して両端部をＬ字状にした形状を有している。各両端部にはＸ方向に沿ったスリット３２（３２ａ，３２ｂ），３４（３４ａ，３４ｂ）が２つ形成されており、２つの幅広のＬ字部分３６（３６ａ，３６ｂ），３８（３８ａ，３８ｂ）と、該幅広Ｌ字部分に挟まれた幅狭のＬ字部分４０（４０ａ，４０ｂ）とに三分割されている。幅広Ｌ字部分３６ａ，３６ｂはそれぞれ、端子部分１２ａＲ，１２ｂＲと垂直部分１４ａＲ，１４ｂＲから構成されている。同様に、幅広Ｌ字部分３８ａ，３８ｂはそれぞれ、端子部分１２ａＬ，１２ｂＬと垂直部分１４ａＬ，１４ｂＬから構成されている。幅狭Ｌ字部分４０ａ，４０ｂはそれぞれ、端子部分２６ａ”，２６ｂ”と垂直部分（広義には突出部分）２８ａ”，２８ｂ”から構成されている。
【００２０】
幅広Ｌ字部分３６ａ，３８ａの端子部分１２ａＲ，１２ａＬは、半田層１０ａＲ，１０ａＬを介して凹状に形成された通電用回路パターン６ａ”に接合されている。同様に、幅広Ｌ字部分３６ｂ，３８ｂの端子部分１２ｂＲ，１２ｂＬは、半田層１０ｂＲ，１０ｂＬを介して凹状に形成された通電用回路パターン６ｂ”に接合されている。したがって、幅広Ｌ字部分３６，３８は通電部の通電端子を構成する。
【００２１】
絶縁基板４上には、通電用回路パターン６ａ”，６ｂ”の凹部に検出用回路パターン２２ａ”，２２ｂ”がそれぞれ突入して形成されている。幅狭Ｌ字部分４０ａ，４０ｂの端子部分２６ａ”，２６ｂ”はそれぞれ、半田層２４ａ”，２４ｂ”を介して検出用回路パターン２２ａ”，２２ｂ”に接合されている。したがって、幅狭Ｌ字部分４０ａ，４０ｂは検出部の検出端子を構成する。
【００２２】
かかる電流検出用抵抗器２”では、通電部の垂直部分１４ａＲ，１４ａＬ，１４ｂＲ，１４ｂＬを半田層１０ａＲ，１０ａＬ，１０ｂＲ，１０ｂＬの半田が這い上がっても、電流検出対象部分（図の斜線部分）の抵抗値は変化しないので、高精度に主電流を検出できる。また、幅狭の検出端子を幅広の通電端子の間に配置することにより、抵抗器２”を絶縁基板４上に実装する前の単体の状態において、検出端子が外力を受けるなどして変形するのを抑制・防止できる。
【００２３】
本実施形態では、天板部分１６”および脚部分１４ａＲ，１４ａＬ，１４ｂＲ，１４ｂＬ，２８ａ”，２８ｂ”は、それぞれ水平部分および垂直部分から構成され全体として断面コ字状に形成されているが、絶縁基板４とは反対側に凸になるように湾曲していれば、天板部分および脚部分の延在する面は互いに直交する必要はなく、また、天板部分および／または脚部分が曲面上に延在するよう加工してもよく、さらに天板部分と脚部分が同一曲面上に延在するよう加工してもよい。
【００２４】
実施の形態４．
前記実施の形態１〜３に係る電流検出用抵抗器は、半田の這い上がりが発生しても電圧―電流特性が変化しない構成を備えることを特徴としている。したがって、半田の這い上がり量を制御するものではないため、半田が通電部の垂直部分を這い上がりさらに検出部に到達する恐れがある。これを防ぐために、前記実施形態に係る抵抗器は、例えば図４に示すように、通電部の垂直部分の裏側に半田這い上がり抑制用の段差を設けるのが好ましい。
【００２５】
図（ａ）は、通電部８Ｄの垂直部分１４ａＤ，１４ｂＤの裏側の一部に切り込み４２ａ，４２ｂを入れ、該切り込みに半田が溜まるようにして水平部分１６Ｄに半田が這い上がりにくくした例である。図（ｂ）は、通電部８Ｅの垂直部分１４ａＥ，１４ｂＥの裏側に段差を形成して、水平面４４ａ，４４ｂで半田の上昇を抑える例である。図（ｃ）は、通電部８Ｆの両端部の先端をさらにＬ字状に曲げることにより垂直部分１４ａＦ，１４ｂＦの裏側に段差を形成して、水平面４６ａ，４６ｂで半田の上昇を抑える例である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る電流検出用抵抗器によれば、半田の這い上がりが発生しても電圧―電流特性が変化せず、したがって高精度に電流を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態１を示す斜視図。
【図２】本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態２を示す斜視図。
【図３】本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態３を示す斜視図。
【図４】本発明に係る電流検出用抵抗器の実施の形態４において、通電部の断面形状の例を示す図。
【符号の説明】
２：電流検出用抵抗器、４：絶縁基板（基板）、６：通電用回路パターン、８：通電部、１０：半田層、１２：通電部の端子部分、１４：通電部の垂直部分（脚部分）、１６：通電部の水平部分（天板部分）、１８：検出部、２０：検出部の水平部分（突出部分）、２２：検出用回路パターン、２４：半田層、２６：検出部の端子部分、２８：検出部の垂直部分。

Claims

基板の回路パターンに半田付け実装される電流検出用抵抗器において、
前記抵抗器は、回路パターンを流れる電流の通電部、および該電流を検出するための検出部を備え、
前記通電部は、天板部分、通電方向一端側の半田付け用の第１の端子部分対、通電方向他端側の第２の端子部分対、天板部分と第１の端子部分対を接続する第１の脚部分対、および天板部分と第２の端子部分対を接続する第２の脚部分対を有し、
前記検出部は、天板部分の通電方向一端側の一部から第１の脚部分対の間の領域に突出する第１の突出部分、および天板部分の通電方向他端側の一部から第２の脚部分対の間の領域に突出する第２の突出部分を有することを特徴とする電流検出用抵抗器。
基板の回路パターンに半田付け実装される電流検出用抵抗器において、
前記抵抗器は、前記基板とは反対側に凸になるように湾曲した板状本体部、および該本体部の両端に設けた半田付け用の一対の端子部を有し、
前記抵抗器両端はそれぞれ、前記端子部から本体部の一部まで通電方向に平行に伸びる一対のスリットにより三分割されており、
三分割された端子に関し、中央を回路パターンを流れる電流を検出するための検出端子、その両側を該電流の通電端子としたことを特徴とする電流検出用抵抗器。
前記脚部分の裏面に段差を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電流検出用抵抗器。