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WO2021070716A1 - シャント抵抗モジュール - Google Patents

シャント抵抗モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2021070716A1
WO2021070716A1 PCT/JP2020/037302 JP2020037302W WO2021070716A1 WO 2021070716 A1 WO2021070716 A1 WO 2021070716A1 JP 2020037302 W JP2020037302 W JP 2020037302W WO 2021070716 A1 WO2021070716 A1 WO 2021070716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shunt resistor
voltage detection
shunt
resistor
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/037302
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一裕 原
保 遠藤
Original Assignee
Koa株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koa株式会社 filed Critical Koa株式会社
Priority to CN202080070681.2A priority Critical patent/CN114556114A/zh
Priority to US17/766,297 priority patent/US12019100B2/en
Priority to DE112020004892.6T priority patent/DE112020004892T5/de
Publication of WO2021070716A1 publication Critical patent/WO2021070716A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/146—Measuring arrangements for current not covered by other subgroups of G01R15/14, e.g. using current dividers, shunts, or measuring a voltage drop
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/02—Housing; Enclosing; Embedding; Filling the housing or enclosure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C13/00—Resistors not provided for elsewhere
    • H01C13/02—Structural combinations of resistors

Definitions

  • the present invention relates to a shunt resistor module provided with a shunt resistor.
  • a shunt resistor is used to detect the current of a power semiconductor device or the like.
  • Patent Document 1 As the shunt resistor, a surface mount type or a plate-like structure as shown in Patent Document 1 is known.
  • an object of the present invention is to provide a shunt resistor module that is compact, can handle a large current, and can accurately detect a current.
  • the shunt resistor module of one aspect of the present invention includes a plurality of columnar resistors, a shunt resistor having electrodes at both ends of the resistor, a plurality of through holes capable of accommodating the resistor, and the through holes.
  • a substrate provided with a plurality of voltage detection terminals for detecting a voltage between the electrodes of the shunt resistor inserted into the shunt resistor, and each voltage detection terminal is concentrated in the vicinity of the center of gravity of the shunt resistor. It is characterized by being done.
  • a plurality of columnar resistors constituting the shunt resistor are housed in each through hole provided in the substrate, and a plurality of voltage detection terminals are housed in the shunt resistor. It was concentrated near the center of gravity. As a result, it is possible to reduce the size and structure so that it can handle a large current, and it is possible to reduce the influence of magnetic flux generated when a current flows through the shunt resistor on the voltage detection terminal, so that current detection can be performed with high accuracy. It is possible to do.
  • FIG. 1A is a plan view of the shunt resistor module according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a back view of the shunt resistor module according to the first embodiment. It is sectional drawing of the shunt resistance module cut along the line AA shown in FIG. 1A and seen from the direction of an arrow.
  • FIG. 3A is a partially enlarged cross-sectional view showing a shunt resistor inserted through the substrate.
  • FIG. 3B is a partially enlarged cross-sectional view showing a shunt resistor inserted through the substrate.
  • It is a conceptual diagram of the shunt resistance module for explaining the canceling effect of a magnetic flux.
  • It is a partially enlarged plan view which shows the arrangement example of two shunt resistors and a voltage detection terminal.
  • FIG. 9A is a conceptual diagram (perspective view) of a shunt resistor module for explaining a position where a signal line is taken out from a voltage detection terminal.
  • 9B is a schematic cross-sectional view of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is an inner layer view showing an example of drawing out a signal line.
  • FIG. 10B is an inner layer view showing an example of drawing out the GND line.
  • FIG. 10A is an inner layer view showing an example of drawing out a signal line.
  • FIG. 10C is a schematic cross-sectional view of the laminated substrate. It is a conceptual diagram of the shunt resistance module which shows the modification which took out the signal line from the surface of a substrate. It is a conceptual perspective view of the shunt resistance module which concerns on 2nd Embodiment. It is an exploded perspective view of the shunt resistance module which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 14A is a front perspective view of the shunt resistor module according to the third embodiment.
  • FIG. 14B is a rear perspective view of the shunt resistor module according to the third embodiment. It is an exploded perspective view which looked at the shunt resistance module which concerns on 3rd Embodiment from the back surface.
  • the present inventors have changed the configuration of the shunt resistor from a configuration in which the shunt resistor is arranged in a plane on the substrate to a configuration in which the shunt resistor is inserted into the substrate in order to cope with a large current.
  • the present invention has been developed in order to suppress the influence of the magnetic flux on the voltage detection terminal that occurs when the current flows.
  • the shunt resistance module of the present embodiment is (1) A plurality of columnar resistors and a shunt resistor having electrodes at both ends of the resistor. (2) A plurality of through holes capable of accommodating a resistor and a substrate provided with a plurality of voltage detection terminals for detecting a voltage between electrodes of a shunt resistor inserted in the through holes are provided. (3) Each voltage detection terminal is characterized in that it is concentrated in the vicinity of the center of gravity of the shunt resistor.
  • the structure of the shunt resistor module 1 of the first embodiment will be described.
  • FIG. 1A is a plan view of the shunt resistance module according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a back view of the shunt resistance module according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the shunt resistor module cut along the line AA shown in FIG. 1A and viewed from the direction of the arrow.
  • 3A and 3B are partially enlarged cross-sectional views showing a shunt resistor inserted through a substrate.
  • the shunt resistor module 1 includes a plurality of shunt resistors 2 and a substrate 3 that can accommodate and support the resistor 4 of the shunt resistor 2.
  • the shunt resistor 2 has a columnar shape (rod shape) having a height in the height direction (Z direction), and is formed, for example, in a columnar shape.
  • the shunt resistor 2 includes a columnar resistor 4, a first electrode 5 and a second electrode 6 arranged at both upper and lower ends of the resistor 4.
  • the first electrode 5 and the second electrode 6 have lower electrical resistance values than the resistor 4.
  • the resistor 4 is a metal such as Cu—Ni, Cu—Mn, or Ni—Cr
  • the electrodes 5 and 6 are metals such as Cu.
  • the diameter of the first electrode 5 located at the upper end of the resistor 4 is larger than the diameter of the resistor 4 and larger than the diameter of the through hole 7 formed in the substrate 3. Further, in FIG.
  • the diameter of the second electrode 6 located at the lower end of the resistor 4 is substantially the same as the diameter of the resistor 4.
  • the diameter of the first electrode 5 is larger than the diameter of the through hole 7 of the substrate 3, when the shunt resistor 2 is inserted into the through hole 7 of the substrate 3, the first electrode 5 becomes the substrate 3 It is caught on the surface 3a of the surface 3a and is prevented from coming off.
  • the first electrode 5 of the shunt resistor 2 is electrically connected to the surface conductive portion 10 formed on the surface 3a of the substrate 3 via the solder layer 20.
  • the second electrode 6 of the shunt resistor 2 is electrically connected to the back surface conductive portion 11 formed on the back surface 3b of the substrate 3 via the solder layer 20. As shown in FIG. 3A, the resistor 4 is housed in the through hole 7.
  • the second electrode 6 of the shunt resistor 2 shown in FIG. 3B is slightly larger than the diameter of the resistor 4 unlike FIG. 3A, but smaller than the diameter of the first electrode 5.
  • the diameter of the second electrode 6 shown in FIG. 3B is substantially the same as the diameter of the through hole 7.
  • the shunt resistor 2 can be inserted into the through hole 7 from the second electrode 6 side.
  • FIG. 3B when the shunt resistor 2 is inserted into the through hole 7, a part of the second electrode 6 is inside the through hole 7 of the substrate 3.
  • the second electrode 6 fills a gap with the through hole 7, effectively prevents the solder layer 20 from invading the gap, and between the second electrode 6 and the back surface conductive portion 11. Can be appropriately conducted and connected via the solder layer 20.
  • the substrate 3 is formed with a plurality of through holes 7 capable of accommodating the resistor 4 of the shunt resistor 2 and a plurality of voltage detection terminals 8a and 8b. ..
  • the substrate 3 is, for example, a printed circuit board, and various electronic components (not shown) other than the shunt resistor 2 are mounted on the front surface 3a or the back surface 3b of the substrate 3.
  • each through hole 7 is formed from the front surface (first surface) 3a of the substrate 3 to the back surface (second surface) 3b facing the surface 3a.
  • the front surface 3a and the back surface 3b are preferably planes parallel to the XY plane.
  • the front surface 3a of the substrate 3 is provided with the front surface conductive portion 10 shown in FIG. 3A, and the back surface 3b of the substrate 3 is provided with the back surface conductive portion 11 shown in FIG. 3A.
  • the surface conductive portion 10 is continuous with the conductive installation portion 12 for electrically connecting the external wiring member 14 such as a bus bar (see FIG. 2), and the surface conductive portion 10 is soldered to the first electrode 5. It is covered with the insulating layer 21 except for the peripheral region of the through hole 7.
  • the back surface conductive portion 11 is also covered with an insulating layer except for a portion that conducts with the second electrode 6.
  • each shunt resistor 2 is inserted into each through hole 7 of the substrate 3 and the resistor 4 is housed in the through hole 7, the electrodes 5 and 6 of each shunt resistor 2 are ,
  • the front surface conductive portion 10 and the back surface conductive portion 11 are respectively soldered and electrically connected (see FIGS. 3A and 3B).
  • a conduction installation portion 12 is formed at a position away from the through hole 7.
  • a fixing hole 12a penetrating the substrate 3 is formed in the conduction installation portion 12.
  • the external wiring member 14 such as a bus bar is installed on the conduction installation portion 12, and the fixing member 15 such as a screw is passed through the fixing hole 12a to appropriately fix the external wiring member 14 on the substrate 3.
  • the current flowing through the external wiring member 14 to the substrate 3 passes through the current path of the front surface conductive portion 10-shunt resistor 2-back surface conductive portion 11.
  • two voltage detection terminals 8a and 8b are formed on the substrate 3. These voltage detection terminals 8a and 8b have, for example, a configuration in which a conductive layer is formed on the inner wall surface of a through hole formed from the front surface 3a to the back surface 3b of the substrate 3.
  • the first voltage detection terminal 8a is electrically connected to the front surface conductive portion 10, but is not electrically connected to the back surface conductive portion 11.
  • the back surface conductive portion 11 and the first voltage detection terminal 8a are electrically cut off.
  • the second voltage detection terminal 8b is electrically connected to the back surface conductive portion 11, but is not electrically connected to the front surface conductive portion 10.
  • signal lines 16 and 17 are drawn out from the voltage detection terminals 8a and 8b along the inner layer surface of the substrate 3, respectively.
  • these signal lines 16 and 17 are connected to the substrate 3. It is electrically connected to the first external connection terminal 23 and the second external connection terminal 24 on the back surface 3b side.
  • a GND terminal 25 is provided on the back surface 3b of the substrate 3 in addition to the first external connection terminal 23 and the second external connection terminal 24.
  • the first external connection terminal 23, the second external connection terminal 24, and the GND terminal 25 may be formed on the front surface 3a of the substrate 3, or may be formed separately on the front surface 3a and the back surface 3b of the substrate 3. May be done.
  • the first external connection terminal 23 and the second external connection terminal 24 are connected to an ammeter (not shown), and the voltage value between the first external connection terminal 23 and the second external connection terminal 24, that is, The voltage value between the electrodes 5 and 6 of the shunt resistor 2 is measured.
  • the combined voltage values of the four shunt resistors 2 can be measured.
  • the current value can be detected according to Ohm's law.
  • the shunt resistor module 1 shown in FIG. 1 can be used as a current detection device.
  • the resistor 4 of the shunt resistor 2 applied to the shunt resistor module 1 since the resistor 4 of the shunt resistor 2 applied to the shunt resistor module 1 has a columnar shape, it has a large cross-sectional area while being smaller than the flat plate structure. It is possible to cope with a large current without expanding the installation area on the substrate 3. Further, in the present embodiment, since the columnar resistor 4 is accommodated in the through hole 7 of the substrate 3, the height of the shunt resistor module 1 can be reduced. In addition, in the present embodiment, by using a plurality of columnar resistors 4, the resistance value can be further lowered, and a large current can be dealt with more effectively.
  • the arrangement of the voltage detection terminals 8a and 8b is devised so that the structure is as little as possible from the influence of the magnetic flux generated when the current flows through the shunt resistor 2.
  • the magnetic flux canceling effect will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.
  • FIG. 4 two shunt resistors 2 are arranged between the front surface 3a and the back surface 3b of the substrate 3 at intervals in a plan view.
  • each shunt resistor 2 is provided with a columnar resistor 4 and electrodes 5 and 6 at the upper and lower ends thereof.
  • the shunt resistor 2 is shown in a rod shape in FIG. 4, it actually has the structure of FIGS. 3A and 3B.
  • the shunt resistor 2 is used as an axis around each shunt resistor 2.
  • the voltage detection terminal 8 is arranged between the two shunt resistors 2. Therefore, the influence of the magnetic flux B on the voltage detection terminal 8 can be weakened.
  • the canceling effect of the magnetic flux B is appropriately exhibited, and more effectively, the magnetic flux to the voltage detection terminal 8 is exhibited. The effect can be suppressed.
  • the voltage detection terminals 8a and 8b are concentrated in the vicinity of the center of gravity of the shunt resistor 2.
  • the specific arrangement of the voltage detection terminals 8a and 8b will be described with reference to FIGS. 5 to 8.
  • FIG. 5 shows an example in which the resistor 4 (not shown) of the shunt resistor 2 is housed in the two through holes 7 and the two shunt resistors 2 are arranged.
  • the shunt resistors 2 are arranged at intervals in the Y direction.
  • the "center of gravity” includes both the concept of the physical center of gravity and the concept of the geometric center of gravity.
  • the center of gravity O1 of the shunt resistors 2 shown in FIG. 5 points to positions equidistant from the center O2 of each shunt resistor 2 in the Y direction, which is the arrangement direction of the shunt resistors 2. In other words, the center of gravity O1 can be read as the center of gravity of each through hole 7.
  • the two voltage detection terminals 8a and 8b are gathered in the vicinity of the center of gravity O1 of the shunt resistor 2 in a plan view.
  • the two voltage detection terminals 8a and 8b are arranged at equal distances in the X direction (direction orthogonal to the Y direction) with the center of gravity O1 in between.
  • the center of gravity O3 of the voltage detection terminals 8a and 8b coincides with the center of gravity O1 of the shunt resistor 2.
  • FIG. 6 is an example in which the resistor 4 (not shown) of the shunt resistor 2 is housed in the three through holes 7 and the three shunt resistors 2 are arranged.
  • the centers O2 of the three shunt resistors 2 are arranged on the concentric circles C1 at intervals of 120 degrees. Then, the two voltage detection terminals 8a and 8b are gathered in the vicinity of the center of gravity O1 equidistant from the center O2 of each shunt resistor 2.
  • the voltage detection terminals 8a and 8b are arranged at least in the concentric circles C1. As shown in FIG. 6, the two voltage detection terminals 8a and 8b are arranged equidistantly in the Y direction with the center of gravity O1 interposed therebetween. In other words, the center of gravity O3 of the voltage detection terminals 8a and 8b coincides with the center of gravity O1 of the shunt resistor 2.
  • FIG. 7 is an example in which the resistor 4 (not shown) of the shunt resistor 2 is housed in the four through holes 7 and the four shunt resistors 2 are arranged.
  • the centers O2 of the four shunt resistors 2 are arranged on the concentric circles C2 at intervals of 90 degrees.
  • FIG. 7 four shunt resistors 2 are arranged in a matrix in the X and Y directions. Then, the two voltage detection terminals 8a and 8b are gathered in the vicinity of the center of gravity O1 equidistant from the center O2 of each shunt resistor 2.
  • the voltage detection terminals 8a and 8b are arranged at least in the concentric circles C2. As shown in FIG. 7, the two voltage detection terminals 8a and 8b are arranged equidistantly in the Y direction with the center of gravity O1 interposed therebetween. In other words, the center of gravity O3 of the voltage detection terminals 8a and 8b coincides with the center of gravity O1 of the shunt resistor 2.
  • FIG. 8 shows an example in which the resistors 4 (not shown) of the shunt resistor 2 are housed in the eight through holes 7 and the eight shunt resistors 2a and 2b are arranged.
  • the centers O2 of the four shunt resistors 2a are arranged on the concentric circles C3 at intervals of 90 degrees, and are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction. Further, on the outside thereof, the centers O2 of the remaining four shunt resistors 2b are arranged on the concentric circle C4 having a diameter larger than that of the concentric circle C3 at intervals of 90 degrees, and the shunt resistor 2a and the shunt resistor 2b are arranged at intervals of 90 degrees. Are arranged so as to be offset by 45 degrees.
  • the physical center of gravity of the eight shunt resistors 2 is the center of gravity O1, and the two voltage detection terminals 8a and 8b are concentrated in the vicinity of the center of gravity O1.
  • the voltage detection terminals 8a and 8b are arranged at least in the concentric circles C3. As shown in FIG. 8, the two voltage detection terminals 8a and 8b are arranged equidistantly in the Y direction with the center of gravity O1 interposed therebetween. In other words, the center of gravity O3 of the voltage detection terminals 8a and 8b coincides with the center of gravity O1 of the shunt resistor 2.
  • the voltage detection terminals 8a and 8b are concentrated in the vicinity of the center of gravity O1 of the shunt resistor 2, whereby the magnetic flux with respect to the voltage detection terminals 8a and 8b is concentrated. The influence of can be effectively suppressed.
  • the magnetic flux canceling effect can be enhanced more effectively, and the value is high. Accurate current detection becomes possible.
  • the extraction positions of the signal lines 16 and 17 from the voltage detection terminals 8a and 8b are also improved.
  • FIG. 9A is a conceptual diagram (perspective view) of a shunt resistor module for explaining the arrangement of signal lines drawn from the voltage detection terminal
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of FIG. 9A.
  • the signal lines 16 and 17 drawn from the voltage detection terminals 8a and 8b are taken out from the same height in the thickness direction of the substrate 3.
  • FIGS. 10A to 10C Specific configurations relating to the extraction of the signal lines 16 and 17 and the GND line 19 will be described with reference to FIGS. 10A to 10C.
  • 10A is an inner layer view showing an example of drawing out a signal line
  • FIG. 10B is an inner layer view showing an example of drawing out a GND line
  • FIG. 10C is a schematic cross-sectional view of a laminated substrate.
  • the substrate 3 is a laminated substrate in which a plurality of layers 30 to 33 are laminated.
  • the signal lines 16 and 17 drawn from the voltage detection terminals 8a and 8b are arranged, for example, on the same central inner layer surface 31a between the layer 31 and the layer 32 shown in FIG. 10C. In this way, the signal lines 16 and 17 are taken out from the same height.
  • the central inner layer surface 31a is located at the center of the thickness of the substrate 3.
  • the signal lines 16 and 17 are connected to through-hole conductive portions 22a and 22b connected from the voltage detection terminals 8a and 8b to the external connection terminals 23 and 24 (see FIG. 1B) on the central inner layer surface 31a. Has been pulled out.
  • the signal lines 16 and 17 are formed in a pattern as thin as possible from the GND line 19.
  • the GND line 19 shown in FIG. 10B can be formed on an inner layer surface other than the central inner layer surface 31a, and is formed on, for example, the inner layer surface 30a between the layers 30 and 31. As shown in FIG. 10B, the GND line 19 is led out from the voltage detection terminal 8b to the through-hole conductive portion 22C connected to the GND terminal 25 (see FIG. 1B).
  • 9A, 9B, and 10A to 10C draw out the signal lines 16 and 17 from the same inner layer surface in the substrate 3, but as shown in FIG. 11, for example, the signal lines 16 and 17 are drawn from the same inner layer surface. Can be taken out along the surface 3a of the substrate 3, for example. However, for example, if the signal lines 16 and 17 are drawn out in the direction perpendicular to the current path A (X direction), the current path A is obstructed. Therefore, the drawing directions of the signal lines 16 and 17 are currents. It is preferably in the same direction as the path A (Y direction in FIG. 11).
  • ⁇ Shunt resistance module of the second embodiment In the shunt resistor module 1 of the first embodiment described above, a plurality of voltage detection terminals 8a and 8b are arranged at intervals in a plan view. At this time, the voltage detection terminals 8a and 8b are concentrated in the vicinity of the center of gravity O1 of the shunt resistor 2 so that the voltage detection terminals 8a and 8b are not easily affected by the magnetic flux.
  • the first voltage detection terminal 8a, the second voltage detection terminal 8b, and the center of gravity O1 of the shunt resistor 2 are formed on the thickness of the substrate 3. It is positioned on the same straight line L along the direction (Z direction).
  • Such a configuration can be achieved by using the substrate 3 as a build-up wiring board.
  • the first voltage detection terminal 8a and the second voltage detection terminal 8b with the center of gravity O1 of the shunt resistor 2 in the height direction (Z direction), the first voltage detection terminal 8a Then, the second voltage detection terminal 8b can be arranged at the center position where the magnetic flux can be canceled most, and more accurate current detection can be performed.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of the shunt resistance module according to the third embodiment.
  • FIG. 14A is a front perspective view of the shunt resistor module according to the third embodiment, and
  • FIG. 14B is a back perspective view.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the shunt resistor module according to the third embodiment as viewed from the back surface.
  • the upper ends of the plurality of columnar resistors 4 are connected to the common first electrode 5.
  • a second electrode 6 is provided at the lower end of each resistor 4.
  • an integrated shunt resistor 2 in which a plurality of resistors 4 are fixed to a common first electrode 5 is configured.
  • a fixing hole 2c for fixing the bus bar 40 by using the fixing member 41 is formed in the center of the first electrode of the shunt resistor.
  • the fixing hole 2c is formed halfway through the first electrode 5 and does not penetrate therethrough.
  • the substrate 3 is formed with the same number of through holes 7 as the number of resistors 4.
  • Each through hole 7 is formed with a diameter substantially the same as that of the second electrode 6 or a diameter larger than the diameter of the second electrode 6. In this embodiment, the diameters of the through hole 7 and the second electrode 6 are substantially the same.
  • a plurality of voltage detection terminals 8a and 8b are formed at the center of the substrate 3.
  • the preferred arrangement of the voltage detection terminals 8a and 8b is as described with reference to FIG.
  • a surface conductive portion 10 is formed in a pattern on the surface of the substrate 3. The surface conductive portion 10 comes into contact with the first electrode 5 of the shunt resistor 2 when the shunt resistor 2 is installed.
  • a back surface conductive portion 11 is formed on the back surface of the substrate 3.
  • the back surface conductive portion 11 is covered with an insulating layer such as a resist, except for the connection portion with the second electrode 6.
  • signal lines 16 and 17 are drawn out from the voltage detection terminals 8a and 8b on the side surface of the substrate 3.
  • the substrate 3 shows only the mounting portion of the shunt resistor 2, and actually has a wider area, and various electronic components (not shown) are mounted.
  • the shunt resistor 2 is installed on the surface of the substrate 3 by passing each resistor 4 of the shunt resistor 2 and each second electrode 6 shown in FIG. 13 through the through holes 7. Further, the shunt resistance module shown in FIGS. 14A and 14B is completed by soldering between the first electrode 5 and the front surface conductive portion 10 and between the second electrode 6 and the back surface conductive portion 11, respectively. To do.
  • Reference numeral 20 shown in FIGS. 14A and 14B is a solder layer.
  • the present embodiment is not limited to the above-described embodiment and modification, and may be variously modified, replaced, or modified without departing from the spirit of the technical idea. Further, if the technical idea can be realized in another way by the advancement of the technology or another technology derived from it, it may be carried out by using that method. Therefore, the claims cover all embodiments that may be included within the scope of the technical idea.
  • the feature points in the above embodiment are summarized below.
  • the shunt resistor module includes a plurality of columnar resistors, a shunt resistor having electrodes at both ends of the resistor, a plurality of through holes capable of accommodating the resistor, and the penetration.
  • a substrate provided with a plurality of voltage detection terminals for detecting a voltage between the electrodes of the shunt resistor inserted into the hole, and each voltage detection terminal is located near the center of gravity of the shunt resistor. To be aggregated.
  • the center of gravity of the shunt resistor and the center of gravity of the plurality of voltage detection terminals are the same.
  • signal lines are drawn from the same height position from each of the voltage detection terminals.
  • the center of gravity of the shunt resistor and each voltage detection terminal are aligned on the same line in the height direction of the substrate.
  • the shunt resistor module of the present invention is miniaturized, can handle a large current, and can perform current detection with high accuracy.
  • a current detection and a battery for control applications such as power semiconductor devices. It can be applied to the energy management of.

Landscapes

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

小型化で、大電流に対応可能であり、精度良く電流検出を行うことができるシャント抵抗モジュールを提供することを目的とする。本発明のシャント抵抗モジュール（１）は、複数の柱状の抵抗体及び、前記抵抗体の両端に電極を備えたシャント抵抗器（２）と、前記抵抗体を収容可能な複数の貫通孔（７）及び、前記貫通孔に挿入された前記シャント抵抗器の前記電極間の電圧を検出するための複数の電圧検出端子（８ａ、８ｂ）を備えた基板と、を具備し、各電圧検出端子は、前記シャント抵抗器の重心（Ｏ１）の近傍に集約されることを特徴とする。

Description

シャント抵抗モジュール
　この発明は、シャント抵抗器を備えたシャント抵抗モジュールに関する。
　例えば、パワー半導体装置等の電流を検出するために、シャント抵抗器が用いられる。
　シャント抵抗器は、特許文献１に示すような面実装タイプや板状の構造体が知られている。
特開２０１３－２０１３３９号公報
　パワー半導体装置等の高電圧用途（電流検出）において、大電流に対応したシャント抵抗器の構造が求められ、その結果、シャント抵抗器の寸法は大きくなり、基板に対する実装面積が増大する問題があった。
　そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、小型化で、大電流に対応可能であり、精度良く電流検出を行うことができるシャント抵抗モジュールを提供することを目的とする。
　本発明の一態様のシャント抵抗モジュールは、複数の柱状の抵抗体及び、前記抵抗体の両端に電極を備えたシャント抵抗器と、前記抵抗体を収容可能な複数の貫通孔及び、前記貫通孔に挿入された前記シャント抵抗器の前記電極間の電圧を検出するための複数の電圧検出端子を備えた基板と、を具備し、各電圧検出端子は、前記シャント抵抗器の重心の近傍に集約されることを特徴とする。
　本発明のシャント抵抗モジュールによれば、シャント抵抗器を構成する複数の柱状の抵抗体を、基板に設けられた各貫通孔に夫々収容し、また、複数の電圧検出端子を、シャント抵抗器の重心の近傍に集約した。これにより、小型化で、大電流に対応可能な構造にできるとともに、電圧検出端子に対し、シャント抵抗器に電流が流れた際に生じる磁束の影響を低減することができ、精度良く電流検出を行うことが可能である。
図１Ａは、第１の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの平面図である。 図１Ｂは、第１の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの裏面図である。 図１Ａに示すＡ－Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たシャント抵抗モジュールの断面図である。 図３Ａは、基板に挿通されたシャント抵抗器を示す部分拡大断面図である。 図３Ｂは、基板に挿通されたシャント抵抗器を示す部分拡大断面図である。 磁束のキャンセル効果を説明するためのシャント抵抗モジュールの概念図である。 ２個のシャント抵抗器と、電圧検出端子の配置例を示す部分拡大平面図である。 ３個のシャント抵抗器と、電圧検出端子の配置例を示す部分拡大平面図である。 ４個のシャント抵抗器と、電圧検出端子の配置例を示す部分拡大平面図である。 ８個のシャント抵抗器と、電圧検出端子の配置例を示す部分拡大平面図である。 図９Ａは、電圧検出端子からの信号線の取り出し位置を説明するためのシャント抵抗モジュールの概念図（斜視図）である。 図９Ｂは、図９Ａの断面模式図である。 図１０Ａは、信号線の引き出し例を示す内層面図である。 図１０Ｂは、ＧＮＤ線の引き出し例を示す内層面図である。 図１０Ｃは、積層基板の断面模式図である。 信号線を基板の表面から取り出した変形例を示すシャント抵抗モジュールの概念図である。 第２の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの概念斜視図である。 第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの分解斜視図である。 図１４Ａは、第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの表面斜視図である。 図１４Ｂは、第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの裏面斜視図である。 第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールを裏面から見た分解斜視図である。
　以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るシャント抵抗モジュールについて説明する。
　本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、大電流に対応すべく、シャント抵抗器を、基板に平面的に配置する構成から基板に挿通する構成に変更するとともに、シャント抵抗器に電流が流れた際に生じる、電圧検出端子への磁束の影響を抑制すべく本発明を開発するに至った。
　すなわち、本実施の形態のシャント抵抗モジュールは、
（１）複数の柱状の抵抗体及び、抵抗体の両端に電極を備えたシャント抵抗器と、
（２）抵抗体を収容可能な複数の貫通孔及び、貫通孔に挿入されたシャント抵抗器の電極間の電圧を検出するための複数の電圧検出端子を備えた基板と、を具備し、
（３）各電圧検出端子は、シャント抵抗器の重心の近傍に集約される、ことを特徴とする。
　以下、第１の実施の形態のシャント抵抗モジュール１の構造について説明する。
＜第１の実施の形態のシャント抵抗モジュール１＞
　図１Ａは、第１の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの平面図であり、図１Ｂは、第１の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの裏面図である。図２は、図１Ａに示すＡ－Ａ線に沿って切断し矢印方向から見たシャント抵抗モジュールの断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、基板に挿通されたシャント抵抗器を示す部分拡大断面図である。
　図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、シャント抵抗モジュール１は、複数のシャント抵抗器２と、シャント抵抗器２の抵抗体４を収容可能に支持する基板３と、を具備する。
（シャント抵抗器２）
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シャント抵抗器２は、高さ方向（Ｚ方向）に高さを有する柱状（棒状）であり、例えば、円柱形状で形成される。
　シャント抵抗器２は、柱状の抵抗体４と、抵抗体４の上下両端に配置される第１の電極５及び第２の電極６を有して構成される。第１の電極５及び第２の電極６は、抵抗体４より電気抵抗値が低い。材質を限定するものではないが、例えば、抵抗体４は、Ｃｕ－Ｎｉ系、Ｃｕ－Ｍｎ系、Ｎｉ―Ｃｒ系等の金属であり、電極５、６は、Ｃｕ等の金属である。図３Ａでは、抵抗体４の上端に位置する第１の電極５の径が、抵抗体４の径よりも大きく、また、基板３に形成された貫通孔７の径よりも大きい。また、図３Ａでは、抵抗体４の下端に位置する第２の電極６の径は、抵抗体４の径と略同一である。上記したように、第１の電極５の径は、基板３の貫通孔７の径より大きいため、シャント抵抗器２を基板３の貫通孔７に挿入すると、第１の電極５は、基板３の表面３ａに引っかかり抜け止めとなる。図３Ａに示すように、シャント抵抗器２の第１の電極５は、基板３の表面３ａに形成された表面導通部１０に半田層２０を介して電気的に接続される。また、シャント抵抗器２の第２の電極６は、基板３の裏面３ｂに形成された裏面導通部１１に半田層２０を介して電気的に接続される。図３Ａに示すように、抵抗体４は、貫通孔７内に収容される。
　図３Ａでは、第２の電極６と、基板３の貫通孔７との間に多少の隙間が空く場合でも、貫通孔７内に収容された抵抗体４に半田が乗らないように保護されており、抵抗特性に影響を与えない。
　図３Ｂに示すシャント抵抗器２の第２の電極６は、図３Ａと異なって、抵抗体４の径より多少大きいが、第１の電極５の径に比べて小さい。例えば、図３Ｂに示す第２の電極６の径は、貫通孔７の径と略同一である。これにより、シャント抵抗器２を第２の電極６側から貫通孔７へ挿入することができる。図３Ｂでは、シャント抵抗器２を貫通孔７へ挿入した状態では、第２の電極６の一部が、基板３の貫通孔７内に入っている。第２の電極６は、貫通孔７との隙間を埋めており、半田層２０が、該隙間へ侵入するのを効果的に防止するとともに、第２の電極６と裏面導通部１１との間を半田層２０を介して適切に導通接続することができる。
（基板３）
　図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、基板３には、シャント抵抗器２の抵抗体４を収容可能な複数の貫通孔７と、複数の電圧検出端子８ａ、８ｂが形成されている。基板３は、例えば、プリント基板であり、基板３の表面３ａ或いは裏面３ｂには、シャント抵抗器２の他に図示しない各種電子部品が搭載されている。
　図１Ａ及び、図１Ｂに示す実施の形態では、基板３に支持されるシャント抵抗器２の数は４個であるため、基板３にも４個の貫通孔７が形成される。各貫通孔７は、基板３の表面（第１の面）３ａから、表面３ａに相対向する裏面（第２の面）３ｂにかけて形成される。図２に示すように、表面３ａと裏面３ｂは、ＸＹ平面に平行な面であることが好ましい。
　基板３の表面３ａには、図３Ａに示す表面導通部１０が設けられており、基板３の裏面３ｂには、図３Ａに示す裏面導通部１１が設けられている。表面導通部１０は、バスバー等の外部配線部材１４を電気的に接続するための導通設置部１２に連続しており（図２参照）、表面導通部１０は、第１の電極５と半田付けする貫通孔７の周囲領域を除いて絶縁層２１で覆われている。裏面導通部１１も第２の電極６と導通する箇所などを除いて絶縁層で覆われている。
　図２に示すように、各シャント抵抗器２が、基板３の各貫通孔７に挿通されて抵抗体４が貫通孔７に収容された状態で、各シャント抵抗器２の電極５、６が、表面導通部１０及び裏面導通部１１に夫々半田付けされて、電気的に接続される（図３Ａ、図３Ｂ参照）。
　図１Ａに示すように、貫通孔７から離れた位置に、導通設置部１２が形成されている。導通設置部１２には、例えば、基板３を貫通する固定穴１２ａが形成されている。図２のように、バスバー等の外部配線部材１４を導通設置部１２上に設置し、ネジ等の固定部材１５を固定穴１２ａに通すことで、外部配線部材１４を基板３上に適切に固定支持することができる。外部配線部材１４を通して基板３に流れる電流は、表面導通部１０－シャント抵抗器２－裏面導通部１１の電流経路を経由する。
　図１Ａ、図１Ｂに示すように、基板３には、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂが形成されている。これら電圧検出端子８ａ、８ｂは、例えば、基板３の表面３ａから裏面３ｂにかけて形成されるスルーホールの内壁面に導通層が形成された構成である。第１の電圧検出端子８ａは、表面導通部１０と電気的に接続されるが、裏面導通部１１とは電気的に接続されていない。図１Ｂに示すように、裏面導通部１１と第１の電圧検出端子８ａの間は電気的に遮断されている。一方、第２の電圧検出端子８ｂは、裏面導通部１１と電気的に接続されるが、表面導通部１０とは電気的に接続されていない。
　図１Ａに示すように、各電圧検出端子８ａ、８ｂからは夫々、基板３の内層面に沿って信号線１６、１７が引き出されており、例えば、これら信号線１６、１７は、基板３の裏面３ｂ側で第１の外部接続端子２３及び第２の外部接続端子２４に電気的に接続されている。図１Ｂに示すように、基板３の裏面３ｂには、第１の外部接続端子２３及び第２の外部接続端子２４のほか、ＧＮＤ端子２５が設けられる。なお、第１の外部接続端子２３、第２の外部接続端子２４及び、ＧＮＤ端子２５は、基板３の表面３ａに形成されてもよいし、基板３の表面３ａと裏面３ｂとに分けて形成されてもよい。
　第１の外部接続端子２３及び、第２の外部接続端子２４は、図示しない電流計に接続され、第１の外部接続端子２３及び、第２の外部接続端子２４との間の電圧値、すなわちシャント抵抗器２の電極５、６間の電圧値を計測する。本実施の形態では、４個のシャント抵抗器２の合成電圧値を計測することができる。このとき、シャント抵抗器２の抵抗体４の抵抗値は既知であるため、オームの法則により、電流値を検出することができる。このように、図１に示すシャント抵抗モジュール１は、電流検出装置として用いることができる。
　図３Ａ等に示すように、本実施の形態では、シャント抵抗モジュール１に適用するシャント抵抗器２の抵抗体４は、柱状であるため、平板状の構成に比べて、小型化しつつ大きな断面積を確保でき、基板３への設置面積を広げることなく、大電流に対応することができる。また、本実施の形態では、柱状の抵抗体４を、基板３の貫通孔７へ収容する構成であるため、シャント抵抗モジュール１の低背化を実現することができる。加えて、本実施の形態では、柱状の抵抗体４を複数用いることで、抵抗値をより下げることができ、より効果的に大電流への対応が可能である。
（電圧検出端子８ａ、８ｂの配置について）
　本実施の形態では、電圧検出端子８ａ、８ｂの配置を工夫して、シャント抵抗器２に電流が流れた際に生じる磁束の影響を極力受けない構造としている。磁束のキャンセル効果について、図４の概念図を用いて説明する。
　図４では、２個のシャント抵抗器２が、基板３の表面３ａと裏面３ｂとの間に、平面視にて間隔を空けて配置されている。なお、図４では、省略しているが、図３Ａ及び、図３Ｂで説明したように、各シャント抵抗器２には、柱状の抵抗体４とその上下端に電極５、６が設けられている。図４では、シャント抵抗器２を棒状で図示したが、実際には、図３Ａや図３Ｂの構造である。図４では、基板３の裏面３ｂから、各シャント抵抗器２を介して、基板３の表面３ａに流れる電流経路Ａを想定すると、各シャント抵抗器２を軸として各シャント抵抗器２の周囲には、右ねじの法則により、磁束（磁場）Ｂが生じる。電圧検出端子８が磁束の影響を受けると、電圧値が変動し、正確な電流値を計測できなくなるため、電圧検出端子８に対する磁束の影響を極力弱める必要がある。
　図４の電流経路Ａに示すように、各シャント抵抗器２には同じ方向に電流が流れるため、各シャント抵抗器２の周囲には同じ方向に磁束が生じる。そのため、各シャント抵抗器２の間の位置では、磁束の方向が逆になり打ち消し合うことから、図４に示すように、電圧検出端子８を、２個のシャント抵抗器２の間に配置することで、電圧検出端子８に対する磁束Ｂの影響を弱めることができる。好ましくは、電圧検出端子８を、２個のシャント抵抗器２の間の中心に配置することで、磁束Ｂのキャンセル効果が適切に発揮され、より効果的に、電圧検出端子８への磁束の影響を抑制することができる。
　本実施の形態では、上記（３）に記載したように、各電圧検出端子８ａ、８ｂを、シャント抵抗器２の重心の近傍に集約させている。各電圧検出端子８ａ、８ｂの具体的な配置を、図５～図８を用いて説明する。
　図５では、２個の貫通孔７に、シャント抵抗器２の抵抗体４（図示せず）を収容して２個のシャント抵抗器２を配置した例である。図５に示すように、各シャント抵抗器２は、Ｙ方向に間隔を空けて配置されている。ここで、「重心」とは、物理的重心及び、幾何的重心のいずれの概念をも含む。図５に示すシャント抵抗器２の重心Ｏ１は、各シャント抵抗器２の中心Ｏ２から、各シャント抵抗器２の並び方向であるＹ方向に等距離にある位置を指す。なお、換言すれば、重心Ｏ１は、各貫通孔７の重心と読み替えることもできる。
　そして、図５に示すように、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂが、平面視にて、シャント抵抗器２の重心Ｏ１の近傍に集約されている。
　図５に示すように、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂは、重心Ｏ１を挟んでＸ方向（Ｙ方向と直交する方向）に等距離に配置されている。換言すれば、電圧検出端子８ａ、８ｂの重心Ｏ３は、シャント抵抗器２の重心Ｏ１と一致している。
　図６は、３個の貫通孔７に、シャント抵抗器２の抵抗体４（図示せず）を収容して３個のシャント抵抗器２を配置した例である。
　図６では、３個のシャント抵抗器２の中心Ｏ２が、同心円Ｃ１上に１２０度ずつの間隔で配置されている。そして、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂが、各シャント抵抗器２の中心Ｏ２から等距離にある重心Ｏ１の近傍に集約されている。各電圧検出端子８ａ、８ｂは、少なくとも同心円Ｃ１内に配置される。図６に示すように、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂは、重心Ｏ１を挟んでＹ方向に等距離に配置されている。換言すれば、電圧検出端子８ａ、８ｂの重心Ｏ３は、シャント抵抗器２の重心Ｏ１と一致している。
　図７は、４個の貫通孔７に、シャント抵抗器２の抵抗体４（図示せず）を収容して４個のシャント抵抗器２を配置した例である。図７では、４個のシャント抵抗器２の中心Ｏ２が、同心円Ｃ２上に９０度ずつの間隔で配置されている。
　図７では、４個のシャント抵抗器２が、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクスに配置される。そして、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂが、各シャント抵抗器２の中心Ｏ２から等距離にある重心Ｏ１の近傍に集約されている。各電圧検出端子８ａ、８ｂは、少なくとも同心円Ｃ２内に配置される。図７に示すように、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂは、重心Ｏ１を挟んでＹ方向に等距離に配置されている。換言すれば、電圧検出端子８ａ、８ｂの重心Ｏ３は、シャント抵抗器２の重心Ｏ１と一致している。
　図８は、８個の貫通孔７に、シャント抵抗器２の抵抗体４（図示せず）を収容して８個のシャント抵抗器２ａ、２ｂを配置した例である。
　図８では、４個のシャント抵抗器２ａの中心Ｏ２が、同心円Ｃ３上に９０度ずつの間隔で配置され、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクスに配置される。更に、その外側に、残り４個のシャント抵抗器２ｂの中心Ｏ２が、同心円Ｃ３よりも径の大きい同心円Ｃ４上に９０度ずつの間隔で配置されており、シャント抵抗器２ａとシャント抵抗器２ｂは４５度ずつずれて配置されている。８個のシャント抵抗器２の物理的重心が、重心Ｏ１であり、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂが、重心Ｏ１の近傍に集約されている。各電圧検出端子８ａ、８ｂは、少なくとも同心円Ｃ３内に配置される。図８に示すように、２個の電圧検出端子８ａ、８ｂは、重心Ｏ１を挟んでＹ方向に等距離に配置されている。換言すれば、電圧検出端子８ａ、８ｂの重心Ｏ３は、シャント抵抗器２の重心Ｏ１と一致している。
　上記した図５～図８の配置例では、いずれも各電圧検出端子８ａ、８ｂを、シャント抵抗器２の重心Ｏ１の近傍に集約しており、これにより、各電圧検出端子８ａ、８ｂに対する磁束の影響を効果的に抑制することができる。
　また、上記のように、各電圧検出端子８ａ、８ｂの重心Ｏ３と、各シャント抵抗器２の重心Ｏ１とを一致させることで、より効果的に、磁束のキャンセル効果を高めることができ、高精度な電流検出を行うことが可能になる。
（信号線１６、１７の取り出し位置について）
　本実施の形態では、各電圧検出端子８ａ、８ｂの配置を改良することに加え、各電圧検出端子８ａ、８ｂからの各信号線１６、１７の取り出し位置も改良した。
　図９Ａは、電圧検出端子から引き出される信号線の配置を説明するためのシャント抵抗モジュールの概念図（斜視図）であり、図９Ｂは、図９Ａの断面模式図である。
　図９Ａ及び図９Ｂに示すように、各電圧検出端子８ａ、８ｂから引き出される信号線１６、１７を、基板３の厚み方向において同一高さから取り出す。本実施の形態では、各信号線１６、１７は、必ず同一高さから取り出すことが好ましい。各信号線１６、１７を同一高さから引き出すことで、電圧検出端子８ａから信号線１６への信号ラインが受ける磁束の強さと、電圧検出端子８ｂから信号線１７への信号ラインが受ける磁束の強さを互いに近づけることができ、磁束キャンセル効果を最大限に利用できること且つ、発生する磁束に対してより影響を受けずに各信号線１６、１７を引き出すことで、磁束差をより効果的に小さくでき、より高精度な電流検出を行うことが可能になる。
　各信号線１６、１７及び、ＧＮＤ線１９の引き出しに関する具体的な構成について図１０Ａ～図１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａは、信号線の引き出し例を示す内層面図であり、図１０Ｂは、ＧＮＤ線の引き出し例を示す内層面図であり、図１０Ｃは、積層基板の断面模式図である。
　図１０Ｃに示すように、基板３は、複数の層３０～３３が積層された積層基板である。各電圧検出端子８ａ、８ｂから引き出される信号線１６、１７は、例えば、図１０Ｃに示す層３１と層３２の間の同一の中央内層面３１ａに配置される。このように、信号線１６、１７は、同一高さから取り出されている。この実施の形態では、中央内層面３１ａは、基板３の厚み中心に位置している。図１０Ａに示すように、信号線１６、１７は、中央内層面３１ａ上に、各電圧検出端子８ａ、８ｂから外部接続端子２３、２４（図１Ｂ参照）に繋がるスルーホール導通部２２ａ、２２ｂにまで引き出されている。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、各信号線１６、１７は、ＧＮＤ線１９よりもできるだけ細いパターンで形成される。
　また、図１０Ｂに示すＧＮＤ線１９は、中央内層面３１ａ以外の内層面に形成することができ、例えば、層３０と層３１の間の内層面３０ａ上に形成される。図１０Ｂに示すように、ＧＮＤ線１９は、電圧検出端子８ｂからＧＮＤ端子２５（図１Ｂ参照）に繋がるスルーホール導通部２２Ｃにまで引き出されている。
　図９Ａ、図９Ｂ及び、図１０Ａ～図１０Ｃは、各信号線１６、１７を基板３内の同一の内層面から引き出していたが、例えば、図１１に示すように、各信号線１６、１７を、例えば、基板３の表面３ａに沿って取り出すことも可能である。ただし、例えば、信号線１６、１７が、電流経路Ａに対し垂直の方向（Ｘ方向）に引き出されると、電流経路Ａを妨げることになるため、各信号線１６、１７の引き出し方向は、電流経路Ａと同じ方向（図１１では、Ｙ方向）であることが好ましい。
＜第２の実施の形態のシャント抵抗モジュール＞
　上記にて説明した第１の実施の形態のシャント抵抗モジュール１では、複数の電圧検出端子８ａ、８ｂが平面視にて、間隔を空けて配置されている。このとき、各電圧検出端子８ａ、８ｂが磁束の影響を受けにくいように、電圧検出端子８ａ、８ｂを、シャント抵抗器２の重心Ｏ１の近傍に集約させた。
　一方、第２の実施の形態では、図１２に示すように、第１の電圧検出端子８ａと、第２の電圧検出端子８ｂと、シャント抵抗器２の重心Ｏ１とを、基板３の厚さ方向（Ｚ方向）に沿う同一直線Ｌ上に位置させている。このような構成は、基板３をビルドアップ配線基板とすることで、達成することができる。このように、第１の電圧検出端子８ａと、第２の電圧検出端子８ｂを、シャント抵抗器２の重心Ｏ１と高さ方向（Ｚ方向）で一致させることで、第１の電圧検出端子８ａと、第２の電圧検出端子８ｂを、最も磁束をキャンセルできる中心位置に配置することができ、より高精度な電流検出を行うことが可能である。
＜第３の実施の形態のシャント抵抗モジュール＞
　図１３は、第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの分解斜視図である。図１４Ａは、第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールの表面斜視図であり、図１４Ｂは、裏面斜視図である。図１５は、第３の実施の形態に係るシャント抵抗モジュールを裏面から見た分解斜視図である。
　図１３に示すように、複数の柱状の抵抗体４の上端が、共通の第１の電極５に接続されている。一方、各抵抗体４の下端に第２の電極６が設けられている。このように、図１３では、複数の抵抗体４を共通の第１の電極５に固定した一体型のシャント抵抗器２が構成される。シャント抵抗器の第１の電極の中央には、バスバー４０を、固定部材４１を用いて固定するための固定穴２ｃが形成されている。なお、この固定穴２ｃは、第１の電極５の途中まで形成され、貫通していない。
　図１３に示すように、基板３には、抵抗体４の数と同数の貫通孔７が形成されている。各貫通孔７は、第２の電極６と略同一の径、或いは、第２の電極６の径よりも大きい径で形成されている。この実施の形態では、貫通孔７と第２の電極６の径は略同一である。
　図１３に示すように、基板３の中心には、複数の電圧検出端子８ａ、８ｂが形成されている。電圧検出端子８ａ、８ｂの好ましい配置は、図７で説明した通りである。基板３の表面には、表面導通部１０がパターン形成されている。表面導通部１０は、シャント抵抗器２を設置した際に、シャント抵抗器２の第１の電極５と当接する。また、図１５に示すように、基板３の裏面には、裏面導通部１１が形成されている。なお、裏面導通部１１は、第２の電極６との接続箇所を除いて、レジスト等の絶縁層で覆われている。また、図１３に示すように、基板３の側面には、各電圧検出端子８ａ、８ｂから信号線１６、１７が引き出されている。
　なお、図１３では、基板３は、シャント抵抗器２の搭載部分のみ図示しており、実際は、もっと広い面積を有しており、図示しない各種電子部品が搭載されている。
　図１３に示すシャント抵抗器２の各抵抗体４及び各第２の電極６を各貫通孔７に通して、シャント抵抗器２を、基板３の表面に設置する。更に、第１の電極５と表面導通部１０との間、及び第２の電極６と裏面導通部１１との間を夫々半田付けすることで、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すシャント抵抗モジュールが完成する。図１４Ａ及び図１４Ｂに示す符号２０は、半田層である。
　また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
　また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
　下記に、上記実施の形態における特徴点を整理する。
　上記実施の形態に記載のシャント抵抗モジュールは、複数の柱状の抵抗体及び、前記抵抗体の両端に電極を備えたシャント抵抗器と、前記抵抗体を収容可能な複数の貫通孔及び、前記貫通孔に挿入された前記シャント抵抗器の前記電極間の電圧を検出するための複数の電圧検出端子を備えた基板と、を具備し、各電圧検出端子は、前記シャント抵抗器の重心の近傍に集約される。
　また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記シャント抵抗器の重心と、複数の前記電圧検出端子の重心とが一致していることが好ましい。
　また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記電圧検出端子の夫々から信号線が、同一の高さ位置から引き出されることが好ましい。
　また、本実施の形態のシャント抵抗モジュールでは、前記シャント抵抗器の重心と、各電圧検出端子とが、前記基板の高さ方向の同一線上で一致していることが好ましい。
　以上説明したように、本発明のシャント抵抗モジュールは、小型化で、大電流に対応可能であり、精度良く電流検出を行うことができ、例えば、パワー半導体装置等の制御用途の電流検出、バッテリーのエネルギーマネジメントに適用することができる。
　本出願は、２０１９年１０月１１日出願の特願２０１９－１８７８７５に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (4)

  1. 　複数の柱状の抵抗体及び、前記抵抗体の両端に電極を備えたシャント抵抗器と、
    　前記抵抗体を収容可能な複数の貫通孔及び、前記貫通孔に挿入された前記シャント抵抗器の前記電極間の電圧を検出するための複数の電圧検出端子を備えた基板と、を具備し、
    　各電圧検出端子は、前記シャント抵抗器の重心の近傍に集約されることを特徴とするシャント抵抗モジュール。
  2. 　前記シャント抵抗器の重心と、複数の前記電圧検出端子の重心とが一致していることを特徴とする請求項１に記載のシャント抵抗モジュール。
  3. 　前記電圧検出端子の夫々から信号線が、同一の高さ位置から引き出されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシャント抵抗モジュール。
  4. 　前記シャント抵抗器の重心と、各電圧検出端子とが、前記基板の高さ方向の同一線上で一致していることを特徴とする請求項１に記載のシャント抵抗モジュール。
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