JP2005340263A - 電流伝送路および基板 - Google Patents

Abstract

【課題】熱刺激電流の影響が小さな電流伝送路、および該伝送路に使用する基板を提供する。
【解決手段】上記課題は、導電線と、前記導電線の周囲に設けられたガードパターンと、前記ガードパターンに取り付けられ、前記導電線と前記ガードパターンとを離間するための複数の絶縁スタッドとを有する電流伝送路であって、前記ガードパターンが、前記絶縁スタッドの取付部分の周囲に設けられた非導電性領域と、前記非導電性領域の外側の導電性領域と前記スタッドとを電気的に接続するための配線パターンとを有することを特徴とする電流伝送路等により解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小電流を伝送する電流伝送路に関し、特に絶縁スタッドにより空中配線された導電線とガードパターンとを離間する電流伝送路、および前記ガードパターンを形成する基板に関する。

センサ出力や微小電流測定装置などの微小電流を取り扱う装置においては、微小電流を伝送する際に発生するもれ電流や外部からの電流の流入を防ぐため、電流伝送路を空中配線することが多い（例えば、特許文献１参照）。空中配線された電流伝送路は、周囲への直流漏れ電流、および周囲との間に形成される浮遊容量への充電電流を抑制するために、周囲に伝送路と同電位のガードパターンを設けることが一般的である。

図４は、空中配線され、ガードパターン３０を設けた電流伝送路５０の代表的な例である。基板４０上には、微小電流が伝送される導電線２０と並行してガードパターン（導電性領域）３０が設けられている。ガードパターン３０には導電線２０に沿って複数のスタッド１０が設けられている。絶縁スタッド１０により導電線２０を支えることにより、導電線２０とガードパターン３０とを離間させている。

図３に、代表的な絶縁スタッド１０の一例を示す。絶縁スタッド１０は、テフロン（登録商標）で構成された柱状の絶縁体１２の両端に上部電極１１および下部電極１３が設けられている。導電線２０は電極１１に半田で固定されている。また、ガードパターン３０と電極１３を半田で固定することにより、絶縁スタッド１０をガードパターン３０に固定している。

特開平８−３３５７５４号公報 特開２００２−８７５９号公報 特開２００１−１４９９４号公報

ところで、電流伝送路５０の周囲の温度は時間の経過とともに変化する。このとき、上部電極１１とガードパターン３０に接続された下部電極１３とでは、雰囲気と接する表面積や熱容量が異なるため、両電極の温度の変化量は一致しない。このため、周囲温度が変化する過程で両電極間に温度差が生じる。すると、絶縁体１２の温度差に応じた熱刺激電流が生じ、この電流が導電線２０に流れる。一般に、熱刺激電流は非常に微小な電流（通常は、数フェムトアンペアから数百フェムトアンペア程度）であるが、導電線２０に流れる電流が熱刺激電流と同レベルの微小電流であったり、伝送された電流を熱刺激電流と同等の分解能で測定する必要がある場合には、熱刺激電流の影響を無視することはできない。

熱刺激電流を抑制するためには、周囲温度変化の影響を極力排除するために、電流伝送路５０を密閉型にする方法が考えられる。しかし、密閉すると内部発熱の影響が大きくなったり、内部に侵入した湿度の作用で電流リークなどが起こる可能性が高くなる。このため、電流伝送路を密閉せずに、上部電極１１と下部電極１３の温度変化量の差を小さくすることが望ましい。このためには、下部電極１３とガードパターン３０を熱的に分離すればよいが、下部電極１３とガードパターン３０を完全に分離してしまうと、下部電極１３が電気的にフローティングの状態になってしまい、周囲への直流漏れ電流や周囲との間に形成される浮遊容量への充電電流を抑制することができない。このため、下部電極１３とガードパターン３０を電気的に接続させつつ、両者間の熱伝導を抑制することが望まれていた。

本発明は、柱状の絶縁体の両端に電極を有するスタッドを取り付ける基板であって、前記スタッドの取付部分の周囲に設けられた非導電性領域と、前記非導電性領域の周囲に設けられた導電性領域と、前記導電性領域と前記スタッドの一方の前記電極とを電気的に接続するための配線パターンとを有することを特徴とする基板および前記基板を用いた電流伝送路により、上記課題を解決する。

すなわち、下部電極と導電性領域（ガードパターン）とを面ではなく線で接続することにより、両者の接触面積を小さくし、一定時間の間に伝導する熱量を小さくすることができる。すると、導電性領域の温度変化が下部電極の温度変化に及ぼす影響を抑制することができるため、周囲の温度が変化してもスタッドの上部電極と下位電極に発生する温度差を小さくすることができる。一方、下部電極と導電性領域（ガードパターン）との間には電流が流れないため、接続面積を小さくして接続配線の抵抗値が大きくなっても下部電極をガードパターンと同電位に保つことができる。

本発明により、熱刺激電流の影響が小さな電流伝送路、および該伝送路に使用する基板を提供することができる。

以下、図面参照下に、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図２に本発明に係る電流伝送路５１を、図１に絶縁スタッド１０と導電性領域３１の取付部分近傍の拡大図を示す。基板４１上には、微小電流が伝送される導電線２０と並行してガードパターン（導電性領域）３１が設けられている。ガードパターン３１は導電線２０と同じ電位に設定されている。本実施例のガードパターン３１はプリント基板４１上に設けられたベタパターンのみで構成されているが、銅やアルミなどの金属板で空間的に囲いを形成してもよい。すなわち、空中配線が設置されている領域を箱状の金属体で覆って外部空間と隔離し、該金属体に導電線２０と同電位の電圧を印加することによって、導電線２０からの漏れ電流や浮遊容量への充電電流を抑制することができる。

ガードパターン３１には、導電線１０と並行して複数の非導電性領域３２が設けられている。本実施例の非導電性領域３２は、導電性領域３１のなかに絶縁スタッド１０を取り付ける部分の周囲を円形にエッチングして作成している。もっとも、非導電性領域３２を作成する方法はエッチングに限らず、孔を空けるなどの方法で作成してもよい。導電線２０とガードパターン３１とは、絶縁スタッド１０によって離間され、電気的に非導通状態となっている。

絶縁スタッド１０は、柱状の絶縁体１２の両端に上部電極１１および下部電極１３が設けられている。絶縁体１２はテフロン（登録商標）で構成されている。また、電極１１、１３はニッケル下地金メッキした真鍮で構成されているが、金やニッケルなどの導電率が高い金属を使用してもよい。導電線２０は上部電極１１に半田で固定されている。

非導電性領域３２には、下部電極１３と導電性領域３１とを電気的に接続するための配線パターン３３が設けられている。配線パターン３３は、非導電性領域３２をエッチングにより作成する際に、配線パターン３３の部分にマスクして導電部分を残すことにより作成される。配線パターン３３の長さが長ければ長いほど、下部電極１３と導電性領域３１との間で一定時間の間に伝導する熱量は小さくなる。このため、配線パターン３３の長さは、スタッド１０と導電性領域３１の距離よりも長くすることが望ましい。ただし、ガラスエポキシ基板４１を通して伝わる熱もあるので、配線パターン３３の熱伝導率を基板４１の熱伝導率以下より小さくしても、効果の増大は望めない。本実施例では、配線パターン３３をスタッド１０の取付部分と平行して３／４周させることによってパターン長をかせいでいるが、さらに配線パターン３３の長さを稼ぐために螺旋状のパターンとしてもよい。また、スタッド１０の取付部分の外周と平行するパターンではなく、図５にようなジグザグ状のパターンとしてもよい。なお、配線パターン３３の線幅は狭いほど熱伝導量は小さくなる。本実施例では線幅１５０ミクロンの線幅で配線を行っている。

以上、本発明に係る技術的思想を特定の実施例を参照しつつ詳細にわたり説明したが、本発明の属する分野における当業者には、請求項の趣旨及び範囲から離れることなく様々な変更及び改変を加えることが出来ることは明らかである。

本発明の実施例のスタッド近傍の拡大図である。 本発明に係る電流伝送路の実施例である。 背景技術の実施例のスタッド近傍の拡大図である。 背景技術に係る電流伝送路の実施例である。 本発明に係る別の配線パターンの説明図である。

符号の説明

１０ 絶縁スタッド
１１、１３ 電極
１２ 絶縁体
２０ 導電線
３１ 導電性領域（ガードパターン）
３２ 非導電性領域
３３ 配線パターン
４１ 基板
５１ 電流伝送路

Claims (4)

1. 柱状の絶縁体の両端に電極を有するスタッドを取り付ける基板であって、
   前記スタッドの取付部分の周囲に設けられた非導電性領域と、
   前記非導電性領域の周囲に設けられた導電性領域と、
   前記導電性領域と前記スタッドの一方の前記電極とを電気的に接続するための配線パターンとを有することを特徴とする基板。
2. 前記配線パターンの長さが、前記スタッドと前記導電性領域との間隔よりも長いことを特徴とする請求項１記載の基板。
3. 前記配線パターンが、前記取付部分の外周と平行して設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板。
4. 導電線と、
   前記導電線と並行して設けられたガードパターンと、
   前記ガードパターンに取り付けられ、前記導電線と前記ガードパターンとを離間するための複数の絶縁スタッドとを有する電流伝送路であって、
   前記ガードパターンが、前記絶縁スタッドの取付部分の周囲に設けられた非導電性領域と、前記非導電性領域の外側の導電性領域と前記スタッドとを電気的に接続するための配線パターンとを有することを特徴とする電流伝送路。
   
   

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