JP2008134118A - 電流検出用プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の電流検出に用いるカレントトランスは、配線の形状等にばらつきが生じ易いために、検出値にばらつきが生じやすい構造になっていた。
【解決手段】 本発明の電流検出用プリント基板１は、スルーホール１１とパターン配線１２，１３とを交互に接続することによって一部がコイル状に形成された配線１０−３を用いたものである。交流電流が流れる導電体が、貫通穴１０１の内側を通るように配置された場合に、配線１０−３は、電磁誘導によって前記配線に流れる電流を出力する。よって、配線１０−３は、カレントトランスとして機能する。この配線１０−３は、スルーホールとパターン配線によって形成されているため、配線の形状等にばらつきが生じることが殆ど無く、検出値のばらつきを低減させることできる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、例えば、交流電力の伝送経路として用いる電力伝送用導電体に流れる交流電流を検出するために用いる電流検出用プリント基板に関するものであり、特には、交流電力として高周波電力を用いるものに関するものである。

例えば、インピーダンス整合装置や高周波電源装置のように、交流電力の電流と電圧とを検出し、検出した電流と電圧とを用いて制御等を行うものがある。その一例として、インピーダンス整合装置について説明する。

図１４は、インピーダンス整合装置が用いられる高周波電力供給システムの一例のブロック図である。

この高周波電力供給システムは、半導体ウエハや液晶基板等の被加工物に、例えばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤといった加工処理を行うためのシステムであり、高周波電源装置６１、伝送線路６２、インピーダンス整合装置６３、負荷接続部６４及び負荷６５（プラズマ処理装置６５）で構成されている。

高周波電源装置６１は、高周波電力を出力して、負荷となるプラズマ処理装置６５に供給するための装置である。なお、高周波電源装置６１から出力された高周波電力は、同軸ケーブルからなる伝送線路６２及びインピーダンス整合装置６３及び遮蔽された銅板からなる負荷接続部６４を介してプラズマ処理装置６５に供給される。また、一般にこの種の高周波電源装置６１では、無線周波数帯域の周波数（例えば、数百ｋＨｚ以上の周波数）を有する高周波電力を出力している。

プラズマ処理装置６５は、ウエハ、液晶基板等を加工（エッチング、ＣＶＤ等）するための装置である。

インピーダンス整合装置６３は、内部に図示しない可変インピーダンス素子（例えば、可変コンデンサ、可変インダクタ等）等で構成された整合回路を備えていて、高周波電源装置６１と負荷６５との間がインピーダンス整合するように、整合回路内の可変インピーダンス素子のインピーダンスを変化させる制御機能を有する。

このような制御を行うために、インピーダンス整合装置６３の入力端６３ａから整合回路までの間に、高周波電源装置６１から出力された高周波の電流を検出する電流検出器および高周波の電圧を検出する電圧検出器を設け、これらの検出器で検出した電流と電圧とを用いて、進行波電力や反射波電力等の情報を求めている。そして、求めた情報を用いて、インピーダンス整合するように可変インピーダンス素子のインピーダンスを制御している。

図１５は、インピーダンス整合装置６３の入力端から整合回路６７までの間に設けられる電流検出器８０および電圧検出器９０の概略の回路図である。図１５に示すように、入力端６３ａから整合回路６７までは、電力の伝送経路となる電力伝送用導電体６６（例えば棒状の銅）が設けられている。そして、電力伝送用導電体６６の途中に、電流検出器８０と電圧検出器９０とが設けられている。

電流検出器８０は、カレントトランス部８１、カレントトランス部８１の出力配線８２，８３、電流用変換回路８４、および電流用変換回路８４の出力配線８５によって構成されている。この電流検出器８０では、電力伝送用導電体６６に流れる交流電流に応じた電流がカレントトランス部８１に流れる。この電流は、出力配線８２，８３を介して電流用変換回路８４に入力され、所定の電圧レベルに変換されて電流用変換回路８４の出力配線８５から出力されるようになっている。

また、電圧検出器９０は、コンデンサ部９１、コンデンサ部９１の出力配線９２、電圧用変換回路９３、および電圧用変換回路９３の出力配線９４によって構成されている。この電圧検出器９０では、電力伝送用導電体６６に生じる交流電圧に応じた電圧がコンデンサ部９１に生じる。この電圧は、出力配線９２を介して電圧用変換回路９３に入力され、所定の電圧レベルに変換されて電圧用変換回路９３の出力配線９４から出力されるようになっている。

そして、電流検出器８０および電圧検出器９０によって検出した電流と電圧とを用いて、上述したように、進行波電力や反射波電力等の情報を求めている。このような電流検出器８０と電圧検出器９０は、図１６、図１７に示すような構造になっていた。

図１６は、電流検出器８０および電圧検出器９０の概略の外観図である。

図１７は、図１６に示した電流検出器８０および電圧検出器９０の構成説明図である。図１７において、同図（ａ）は、図１６の筐体（点線で図示）を透過させた筐体内部図であり、同図（ｂ）は、カレントトランス部８１周辺を同図（ａ）の横側から見た図であり、同図（ｃ）は、コンデンサ部９１周辺を同図（ａ）の横側から見た図である。

ただし、図１６、図１７において、電力伝送用導電体６６および電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体６９は、説明のために図示しただけであり、電流検出器８０および電圧検出器９０には含まれない。また、図１６、図１７では、便宜上、図１５に示した構成要素に相当する部位には、同符号を付けている。

以下、図１６、図１７を参照して、電流検出器８０と電圧検出器９０について説明する。

図１６、図１７において、電力伝送用導電体６６は、例えば、円筒形状の銅製の棒であり、電力伝送用導電体６６の外周は、中空の絶縁体６９で覆われている。そして、これらが筐体７１を貫通している。また、筐体７１内に電流検出器８０を構成するカレントトランス部８１および電圧検出器９０を構成するコンデンサ部９１が収容されている。

カレントトランス部８１は、リング状の磁性体コア（例えば、フェライトを用いたトロイダルコア）に被覆された銅線等を巻きつけてコイル状の配線を形成したものである。そして、電力伝送用導電体６６が磁性体コアの内側を通過するように、カレントトランス部８１を配置することによって、電力伝送用導電体６６に流れる電流に応じた電流が、カレントトランス部８１のコイル状の配線に流れる構造になっている。

カレントトランス部８１に流れる電流は、コイル状の配線の両端部に接続された出力配線８２，８３を介して電流用変換回路８４に入力される。そして、電流用変換回路８４では、入力された電流を所定の電圧レベルに変換して出力するようになっている。

また、コンデンサ部９１は、絶縁体６９の周囲にリング状の導体９１ｂ（例えば、銅のリング）を設けたものである。このリング状の導体９１ｂは、電力伝送用導電体６６と対向する部分９１ａと対となってコンデンサの電極として機能するために、コンデンサ部９１には、電力伝送用導電体６６に生じている電圧に応じた電圧が生じる。そして、コンデンサ部９１に生じた電圧が、リング状の導体９１ｂに接続された出力配線９２を介して電圧用変換回路９３に入力される。そして、電圧用変換回路９３では、入力された電圧を所定の電圧レベルに変換して出力するようになっている。

なお、図１６、図１７では、電流用変換回路８４の出力配線８５および電圧用変換回路９３の出力配線９４の図示を省略している。また、電磁波等の影響から電流用変換回路８４および電圧用変換回路９３を保護するために、電流用変換回路８４および電圧用変換回路９３を覆うように、共通の導体製の蓋７２が設けられている。しかし、図１６では、電流用変換回路８４および電圧用変換回路９３を図示するために、あえて蓋７２を取り外した状態を図示している。また、図１７では、蓋７２の図示を省略している。

図１６、図１７で説明したように、電流検出器８０および電圧検出器９０は、図１５で示した回路図の構成だけでなく、カレントトランス部８１、コンデンサ部９１等を覆う筐体をさらに備えている。そして、従来の電流検出器８０および電圧検出器９０では、筐体が共通となっている。

また、上述したような電流検出器８０、電圧検出器９０は、高周波電源装置６１等、他の装置にも使用することができる。例えば、高周波電源装置の場合は、高周波電源装置６１の出力端に設け、出力する進行波電力が設定値になるように制御するために必要な電流と電圧とを検出するために使用される。

また、インピーダンス整合装置の出力端６３ｂまたは負荷６５の入力端における電流、電圧を検出して、検出した電流や電圧を制御や解析等に使用することもある。

図１８は、電流検出器８０、電圧検出器９０をインピーダンス整合装置内の整合回路と出力端との間に設ける場合の回路図である。
この図１８に示すように、電流検出器８０、電圧検出器９０をインピーダンス整合装置内の整合回路６７と出力端６３ｂとの間の電力伝送用導電体６８の途中に設けて、インピーダンス整合装置の出力端６３ｂにおける電流、電圧を検出することもある。

この図１８では、図１５に示した回路図と同じものには同符号を付けている。ただし、インピーダンス整合装置の入力端６３ａと出力端６３ｂとでは、電流、電圧に違いがあるので、電流検出器８０、電圧検出器９０は、耐電流、耐電圧の観点から、構造上の相違がある。しかし、この図１８では、それらの違いを考慮せずに同符号としている。例えば、通常、インピーダンス整合装置の入力端６３ａよりも出力端６３ｂの方が、高電流、高電圧になる。そのために、インピーダンス整合装置の出力端６３ｂに電流検出器８０、電圧検出器９０を設ける場合は、インピーダンス整合装置の入力端６３ａに設ける場合よりも、電力伝送用導電体６８を太い径の導電体にしたり、電力伝送用導電体６８の外周を覆う絶縁体６９の肉厚を厚くして、絶縁距離を長くする必要がある。しかし、図１８に示した回路図では、便宜上、これらの違いを考慮していない。

また、図１８のように、インピーダンス整合装置に使用する場合は、インピーダンス整合装置の入力側に、インピーダンス整合させるために必要な電流および電圧の情報を検出するための検出器が別途必要であるが、図示を省略している。

特開２００３−３０２４３１号公報 特開２００４−８５４４６号公報

電流検出器８０を構成するカレントトランス部８１が、磁性体コアに配線を巻き付けて作られているため、巻線間隔や巻き付け強さにばらつきが生じ易い。そのために、複数の電流検出器８０を製作した場合に、個々の電流検出器８０の検出値にばらつきが生じ易い。

また、カレントトランス部８１の出力配線８２，８３の形状もばらつきが生じやすいので、電流の検出値にばらつきが生じる一因となっている。

また、電流検出器８０を構成するカレントトランス部８１は、コアに配線を巻き付けているため、自己インダクタンスと線間容量による自己共振周波数が存在する。ところが、コアに用いている磁性体の比透磁率が大きいために、自己共振周波数が低くなる。そのために、検出可能な周波数帯域の上限が低くなる。すなわち、検出可能な周波数帯域が制限されてしまうという課題もある。

なお、電圧検出器９０も、複数の検出器を製作した場合に、個々の検出器の検出値にばらつきが生じやすい構造になっているが、ここでは、省略する。

本発明は、上記事情のもとで考え出されたものであって、複数の検出器を製作した場合でも、個々の検出器の電流の検出値のばらつきを低減させることができるカレントトランス部を提供する。

第１の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、
基板を貫通する貫通穴または切欠部と、
前記貫通穴または切欠部の周囲に沿って配置され、スルーホールとパターン配線とを交互に接続することによって、一部がコイル状に形成された少なくとも１つの配線とを備え、
交流電流が流れる導電体が、前記貫通穴の内側を通るように配置されるか、切欠部に隣接するように配置された場合に、電磁誘導によって前記配線に流れる電流を出力する機能を有するものである。

第２の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、前記一部がコイル状に形成された配線のスルーホール及びパターン配線に関するものであって、
前記スルーホールは、基板の最上層と最下層との間を貫通するか、基板の一部分の層間を貫通するものであり、
前記パターン配線は、前記スルーホールが貫通する層のうちの任意の層に形成されたものであることを特徴としている。

第３の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、前記一部がコイル状に形成された配線に関するものであって、
前記一部がコイル状に形成された配線には、前記スルーホール及び前記パターン配線の少なくともどちらかが、前記スルーホールと前記パターン配線との交点よりも突出している箇所が設けられていることを特徴としている。

第４の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、前記一部がコイル状に形成された配線に関するものであって、
前記一部がコイル状に形成された配線は、両端部を有しており、この両端部に電流出力用の配線が接続されることを特徴としている。

第５の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、前記一部がコイル状に形成された配線に関するものであって、
前記一部がコイル状に形成された配線が基板に複数形成される場合は、各配線の両端部または電気的に同一箇所において、他の配線の両端部または電気的に同一箇所と、電気的に接続可能となっていることを特徴としている。

第６の発明によって提供される電流検出用プリント基板は、前記交流電流が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電流であることを特徴としている。

本発明によれば、プリント基板に一部がコイル状に形成された配線（一部コイル状の配線）を備えているので、プリント基板にカレントトランスの機能を持たせることができる。また、スルーホール及びパターン配線によって一部コイル状の配線を形成するので、従来のように、巻線間隔や巻付け強さのばらつきによって自己共振周波数やカレントトランスの結合度が変化することが殆どない。そのために、複数の電流検出用プリント基板を製作した場合に、個々の電流検出用プリント基板に起因する電流検出値のばらつきを低減させることできる。

以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。

図１は、電流検出用プリント基板１の一例を示す図である。
図１において、同図（ａ）は、電流検出用プリント基板１の平面図（基板の上から見た図）であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の一部（点線で囲んだＡ部分）を拡大した概略図であり、同図（ｃ）は、同図（ｂ）の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図（ｄ）は、同図（ｃ）を側面から見た場合の電流検出用プリント基板１の配線を図示したものである。なお、同図（ｄ）に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、電流検出用プリント基板１は、基板を貫通する貫通穴１０１が設けられており、その周囲にコイル状に形成された配線１０（以下、コイル状の配線１０という）が設けられている。このコイル状の配線１０は、基板を貫通しながら、基板の表面１２１と裏面１２２とを交互に接続することによって両端部１０ａ，１０ｂを有するコイル状に形成されたものである。この配線の内、基板を貫通する部分は、スルーホール（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｏｌｅ）１１によって形成され、基板の表面および裏面の配線は、パターン配線１２，１３によって形成されている。

なお、図１（ｂ）〜（ｃ）において、点線で示した部分は、基板の裏面のパターン配線を示すが、透過したものであるため、点線で示している。また、コイル状の配線１０の両端部１０ａ，１０ｂには、出力配線２１，２２が接続されている。この出力配線が出力端子２３，２４に接続されている。

また、この例の場合は、両面構造の基板（以下、両面基板という）であるために、１つの絶縁体部１１０の表面層および裏面層にパターン配線が形成されることになる。

図２は、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６および電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体６９が、電流検出用プリント基板１に設けられた貫通穴１０１の内側を通るように配置された場合を示す図である。なお、図面の簡略化のために、配線の図示は省略している。また、本実施例および以降の実施例では、電流検出用プリント基板等が、インピーダンス整合装置６３の入力端から整合回路６７までの間に設けられた場合を例にして説明をする。

図１に示したような電流検出用プリント基板１にすると、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６が、図２に示すように、貫通穴１０１の内側を通るように配置された場合に、電磁誘導によって、コイル状の配線１０に電流が流れる。すなわち、プリント基板にカレントトランス機能を持たすことができる。換言すれば、電流検出用プリント基板１に、カレントトランスを形成することができる。

したがって、コイル状の配線１０の部分は、図１５に示した回路図のカレントトランス部８１に相当する。

このようにすると、コイル状の配線１０の部分が、スルーホール及びパターン配線によって形成されるために、形状や位置のばらつきが殆どない。したがって、巻線間隔や巻き付け強さにばらつきが殆どないので、複数の電流検出用プリント基板１を製作した場合に、個々の電流検出用プリント基板１に起因する電流検出値のばらつきを低減させることできる。ひいては、電流検出用プリント基板１を用いた複数の電流検出器を製作した場合でも、個々の電流検出器の電流の検出値のばらつきを低減させることができるカレントトランス部を提供することができる。

なお、電流検出用プリント基板１は、実際には、必要に応じて、導電体製の筐体内に収容されて使用される。もちろん、必要に応じて、磁束を通過させるための開口部等が筐体に設けられる。これは、図３、図９等の他の実施形態でも同様である。

また、図１５に示した電流用変換回路８４に相当する電流用変換回路５１を、図１の電流検出用プリント基板１上に構成してもよい。この場合、図１に示した出力端子２３，２４は不要となって、コイル状の配線１０の出力配線２１，２２が、直接、電流用変換回路５１に接続される。

また、基板の絶縁体部１１０は、例えば、ガラスエポキシで作られる。このような、基板の絶縁体部１１０の比透磁率は、磁性体よりも小さい。そのために、従来のように、コアとして用いる磁性体に配線を巻き付けてカレントトランスを構成するよりも、自己共振周波数が高くすることができる。したがって、検出可能な周波数帯域の上限が従来よりも高くなるという効果もある。

図３は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。
図３において、同図（ａ）は、電流検出用プリント基板１の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の一部（点線で囲んだＢ部分）を拡大した概略図であり、同図（ｃ）は、同図（ｂ）の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図（ｄ）は、同図（ｃ）を側面から見た場合の電流検出用プリント基板１の配線を図示したものであり、同図（ｅ）は、電流検出用プリント基板１の配線を、出力配線２１等の部分を中心に、側面から図示したものである。なお、図３に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電流検出用プリント基板１、スルーホール１１、パターン配線１２，１３等は、図１と同符号を用いている。

図３に示す電流検出用プリント基板１は、基本的には、図１に示した電流検出用プリント基板１と同様であるが、基板が多層構造になっていて、コイル状の配線１０が内部の層間に形成されている。

なお、本明細書では、多層構造の基板（以下、多層基板という）を構成する絶縁体部を、図面の上部から見て順に、第１絶縁体部、第２絶縁体部、第３絶縁体部、・・・という具合に呼ぶ。また、基板の各絶縁体部の間に形成される導体層を、図面の上部から見て順に、第１導体層、第２導体層、第３導体層、・・・という具合に呼ぶ。また、基板の表面に形成される導体層を表面層、基板の裏面に形成される導体層を裏面層と呼ぶ。

なお、両面基板も表面層および裏面層の２つの層があるので、多層基板と言えるが、絶縁体部が１つしかないので、基板の各絶縁体部の間に形成される導体層がない形態である。

図３の例では、基板の絶縁体部が、第１絶縁体部１１１、第２絶縁体部１１２、および第３絶縁体部１１３の３つの絶縁体部で構成されているために、第１絶縁体部１１１と第２絶縁体部１１２との間に第１導体層１３１が形成され、第２絶縁体部１１２と第３絶縁体部１１３との間に第２導体層１３２が形成されている。また、基板の表面１２１（第１絶縁体部の上の面）には表面層が形成可能である。また、基板の裏面１２２（第３絶縁体部の下の面）には裏面層が形成可能であるが、図３の例では、基板の裏面層を設けていない。

そのために、図３の場合、コイル状の配線１０は、第１導体層１３１と第２導体層１３２との層間に形成されていることになる。したがって、コイル状の配線１０が、基板の外側からは見ることができない構造にすることもできる。また、このような場合も、コイル状の配線１０の部分は、図１５に示した回路図のカレントトランス部８１に相当する。

また、図３（ｅ）に示すように、コイル状の配線１０の出力配線２１は、第１導体層１３１に形成されたコイル状の配線１０の一端１０ａに接続されたパターン配線２１ａと、スルーホール２１ｂと、基板の表面に形成されたパターン配線２１ｃによって形成されて、出力端子２３に接続される。コイル状の配線１０の出力配線２２については、同様であるために説明を省略する。

なお、図１５に示した電流用変換回路８４に相当する電流用変換回路５１を、図３の電流検出用プリント基板１上に構成してもよい。この場合、図３に示した出力端子２３，２４は不要となって、コイル状の配線１０の出力配線２１，２２が、直接、電流用変換回路５１に接続される。

図４は、コイル状の配線１０の他の例を示す図である。例えば、図４（ａ）に示すように、コイル状の配線１０が、基板の表面層と第２導体層１３２との層間に形成されていてもよい。なお、図４（ａ）の場合は、基板の裏面１２２に裏面層が設けられていないため、コイル状の配線１０が、基板の最上層である表面層と最下層である第２導体層１３２とを交互に接続することによって形成されていることになる。
また、図４（ｂ）に示すように、コイル状の配線１０が、基板の最上層である表面層と最下層である裏面層との層間に形成されていてもよい。なお、図４（ｂ）の場合は、図１と同様に、コイル状の配線１０が、基板の表面層と裏面層とを交互に接続することによって形成されていることになる。

また、一般的に、スルーホールとは、基板の層間に貫通穴を開け、その内側に導体層（例えば銅）を設けることによって、基板の層間の導通をさせるものである。なお、基板の層間とは、基板の表裏間にある全ての層間の場合もあるし、一部分の層間の場合もある。

このようなスルーホールは、リード線を挿入するタイプのものもあるが、層間の導通のみを目的としたスルーホールは、特にバイアホール（Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）と呼ばれる。そして、バイアホールには、基板の表面から裏面に亘って貫通穴を開ける貫通型のバイアホール（Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）と、特定の層間だけで貫通穴を開けるインターステシャルバイアホール（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）とがある。また、インターステシャルバイアホールには、図４（ａ）のように、基板の片面から穴が見えるブラインドバイア（Ｂｌｉｎｄ Ｖｉａ）と、図３のように、基板の両面から穴が見えないベリードバイア（Ｂｕｒｉｅｄ Ｖｉａ）とがある。

また、図３、図４に示した例は、所謂、４層基板（表面層と裏面層の層を含めて導体層が４つ形成可能）であるが、これに限定されることはなく、例えば、３層基板、６層基板、８層基板等の多層基板であってもよい。

図５は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。この図５に示す電流検出用プリント基板１は、図１と異なり、２つのコイル状の配線１０が、１つの電流検出用プリント基板１に備わっているところに特徴がある。具体的には、電流検出用プリント基板１の外側付近にある第１のコイル状の配線１０−１と、第１のコイル状の配線１０−１よりも貫通穴１０１に近い位置にある第２のコイル状の配線１０−２とが、電流検出用プリント基板１に備わっている。また、これらの第１のコイル状の配線１０−１および第２のコイル状の配線１０−２は、図１（ｂ）〜（ｃ）で示したものと同様に、スルーホール（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｏｌｅ）およびパターン配線によって形成されている。そのために、ここでは、その説明を省略する。また、もちろん、図３に示したような多層基板に適用することもできるが、ここでは、説明を省略する。

上述したように、図５に示した電流検出用プリント基板１では、２つのコイル状の配線１０が備わっているので、１つの電流検出用プリント基板１に、複数種類のカレントトランスを形成することが可能となる。この様子を図６を参照して説明する。

図６は、図５に示した電流検出用プリント基板１の結線図である。
図５に図示したように、第１のコイル状の配線１０−１の両端部１０−１ａ，１０−１ｂには、出力端子２３−１，２４−１が接続されている。また、第２のコイル状の配線１０−２の両端部１０−２ａ，１０−２ｂには、出力端子２３−２，２４−２が接続されている。この場合、図６に示すように結線することによって、１つの電流検出用プリント基板１に、複数種類のカレントトランスを形成することが可能となる。なお、図６において、「×」は、他と接続しないという意味である。

具体的には、図６（ａ）に示すように結線した場合、電流検出用プリント基板１には、第１のコイル状の配線１０−１を用いたカレントトランスが形成される。
また、図６（ｂ）に示すように結線した場合、電流検出用プリント基板１には、第２のコイル状の配線１０−２を用いたカレントトランスが形成される。
また、図６（ｃ）に示すように、出力端子２３−２と出力端子２４−１とを接続すると、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とが直列接続した場合のカレントトランスが形成される。したがって、この場合は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示した場合よりもインダクタンスの大きいカレントトランスを形成することができる。
また、図６（ｄ）に示すように、出力端子２３−１と出力端子２３−２とを接続し、出力端子２４−１と出力端子２４−２とを接続すると、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とを並列接続した場合のカレントトランスを形成することができる。

図７は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。この図７に示す電流検出用プリント基板１は、図５と同様に、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とが、１つの電流検出用プリント基板１に備わっているが、図５と異なり、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とが、あたかも２重螺旋構造のように配置されているところに特徴がある。また、この図７の場合でも、図５と同様に、１つの電流検出用プリント基板１に、複数種類のカレントトランスを形成することが可能となる。なお、図５及び図７では、配線の区別をし易くするために、出力端子の位置をずらして図示しているが、これに限定されるものではなく、他の位置関係にしてもよい。

また、図７に示すように、２重螺旋構造のように第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２を配置することができるが、この図７に示す例以外にも、多くの配置例が考えられる。

図８は、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２の配置例を示す図である。この図８は、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２の断面を概略的に示すものであって、様々な配置例があることを示している。なお、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とは、紙面で見て奥行き方向に対してずれているが、説明の都合上、通常は見えない部分を透過させて図示しているので、重なっているように見えている。

例えば、図８（ａ）は、同一の導体層に第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２を形成しているが、第１のコイル状の配線１０−１の方が第２のコイル状の配線１０−２よりも、パターン配線が長い例である。もちろん、第１のコイル状の配線１０−１の方よりも第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を長くしてもよい。
図８（ｂ）は、図８（ａ）と同様であるが、第１のコイル状の配線１０−１と第２のコイル状の配線１０−２とのパターン配線が同一長となっている例である。
図８（ｃ）は、第１のコイル状の配線１０−１よりも内側に第２のコイル状の配線１０−２のスルーホールを形成し、且つ、第１のコイル状の配線１０−１よりも内側の導体層に、第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を形成した例である。
図８（ｄ）は、第１のコイル状の配線１０−１よりも内側に第２のコイル状の配線１０−２のスルーホールを形成しているが、第１のコイル状の配線１０−１よりも外側の導体層に、第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を形成した例である。
図８（ｅ）は、第１のコイル状の配線１０−１よりも外側に第２のコイル状の配線１０−２のスルーホールを形成しているが、第１のコイル状の配線１０−１よりも内の導体層に、第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を形成した例である。

その他にも、様々な変形例が考えられるが、上記の例から容易に考えられるので、説明を省略する。なお、図８（ａ）及び（ｂ）のように、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を同一の導体層に形成する場合は、両面基板を用いることができる。

また、図８では、電流検出用プリント基板１の平面図で見たときに、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２のスルーホール及びパターン配線がずれている例を示した。このようにすると、様々な配置例が可能となるが、図８（ｃ）のように、第１のコイル状の配線１０−１のスルーホールよりも内側に、第２のコイル状の配線１０−２のスルーホールを形成し、且つ、第１のコイル状の配線１０−１のパターン配線よりも内側に、第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線を形成すれば、平面図で見たときに、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２のパターン配線が部分的に重なってもよい。もちろん、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２の関係を逆にすることも可能である。

なお、図５、図７では、２つのコイル状の配線１０が、１つの電流検出用プリント基板１に備わっている例を示したが、この数に限定されるものではなく、３つ以上のコイル状の配線１０を、１つの電流検出用プリント基板１に備えるようにしてもよい。もちろん、そうなると、１つの電流検出用プリント基板１に形成されるコイル状の配線１０の組み合わせも増やすことができる。また、電流検出用プリント基板１上に電流用変換回路５１を備える場合でも、同じ考え方を適用できる。この場合は、上記と同様に、コイル状の配線１０の両端部付近で、配線の結線をしてもよいし、電流用変換回路５１の内部で結線するようにしてもよい。すなわち、各配線の両端部または電気的に同一箇所において、他の配線の両端部または電気的に同一箇所と、電気的に接続可能である。

次に、図５、図７に示したような、電流検出用プリント基板１に複数のコイル状の配線１０が設けられている場合の効果を説明する。

一般にコイル（インダクタともいう）には、周波数特性があり、使用する周波数によって特性が変化する。具体的には、周波数の低い領域では、電流の検出レベルが低い。そのために、周波数の高い領域で使用することになるが、周波数が高くなりすぎても共振してしまう。共振するときの周波数を共振周波数と言うが、共振周波数付近では、電流の検出レベルの変化が大きすぎて、電流の検出には不向きである。そのために、概略的には、検出可能な周波数帯域が限定される。すなわち、使用できる周波数には、下限と上限とが生じる。

また、検出可能な周波数帯域は、コイルのインダクタンスが大きくなると、周波数が低くなる方に移行し、コイルのインダクタンスが小さくなると、周波数が高くなる方に移行する傾向がある。そのために、電力伝送用導電体６６に流れる交流電流の周波数によって、コイル状の配線１０のインダクタンスを適切な値に選定する必要がある。

さて、前述した高周波電源装置６１は、用途に応じて出力する高周波電力の周波数が異なる。例えば、用途に応じて、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ等の周波数が用いられる。そのために、これらの周波数に応じて、コイル状の配線１０のインダクタンスを選定する必要が生じるので、１つの電流検出用プリント基板１に、複数種類のカレントトランスを形成できるようにしておくと、利便性が高まる。例えば、２ＭＨｚ用のカレントトランスと１３．５６ＭＨｚ用のカレントトランスの両方を形成できるようにしておくと、それぞれの周波数に応じた電流検出用プリント基板１を用意する必要がないので、製品の種類を削減することができる。

また、図１、図３に示した例のように、コイル状の配線１０が、１重巻きの配線であると、巻数を多くするにも限度があるので、インダクタンスを大きくするにも限度がある。そこで、図６（ｃ）のような直列接続にすれば、コイル状の配線１０のインダクタンスを大きくできるので、検出可能な周波数帯域をより低くすることができる。

以上のように、スルーホールとパターン配線によって、プリント基板にコイル状の配線１０を形成することができる。しかし、コイル状の配線１０の代わりに、一部がコイル状に形成された配線１０−３（以下、一部コイル状の配線１０−３）であっても構わない場合がある。この一部コイル状の配線１０−３は、貫通穴１０１の周囲に沿って配置され、スルーホールとパターン配線とを交互に接続することによって、一部がコイル状に形成されたものである。図９では、一部コイル状の配線１０−３である場合の説明をする。

図９は、本発明に係る電流検出用プリント基板１の一例を示す図である。
図９において、同図（ａ）は、電流検出用プリント基板１の平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の一部（点線で囲んだＣ部分）を拡大した概略図であり、同図（ｃ）は、同図（ｂ）の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図（ｄ）は、同図（ｃ）を側面から見た場合の電流検出用プリント基板１の配線を図示したものであり、同図（ｅ）は、電流検出用プリント基板１の配線を、出力配線２１等の部分を中心に、側面から図示したものである。なお、図９に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。また、便宜上、電流検出用プリント基板１、スルーホール１１、パターン配線１２，１３等は、図１と同符号を用いている。

また、図１０は、一部コイル状の配線１０−３の断面を概略的に示したものである。

図９に示す電流検出用プリント基板１は、基本的には、図３に示した電流検出用プリント基板１と同様で、基板が多層構造になっていて、一部コイル状の配線１０−３のコイル状の部分が内部の層間に形成されている。

具体的には、一部コイル状の配線１０−３は、スルーホール１１とパターン配線１２，１３とによって形成されるが、スルーホール１１が、スルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出しているところに特徴がある。すなわち、一部コイル状の配線１０−３は、図１、図３で示したコイル状の配線１０とは異なり、一部がコイル状の配線となっている。

そのために、図２に示すように、交流電流が流れる導電体が、貫通穴の内側を通るように配置された場合に、電磁誘導によって一部コイル状の配線１０−３に流れる電流を出力する機能を有するようになる。

もちろん、図９、図１０のような形状にした場合、スルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出している部分があるので、図１などのコイル状の配線１０に比べて、カレントトランスとしての機能は低下すると考えられる。そのために、どの程度までスルーホール１１が、スルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出できるかを実験等によって確認する必要がある。そして、実験結果等に基づいて、突出度合いを定めればよい（後述する図１１の場合は、パターン配線１２，１３の突出度合を含む）。このように、一部コイル状の配線１０−３でも、カレントトランスとして機能させることができる。

図１１は、一部コイル状の配線１０−３の他の一例である。
この図１１に示すように、一部コイル状の配線１０−３には、様々な例が考えられる。例えば、図１１（ａ）では、スルーホール１１及びパターン配線１２，１３が、それぞれスルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出している。また、図１１（ｂ）では、パターン配線１２，１３が、それぞれスルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出している。また、図１１（ｃ）では、パターン配線１２の一箇所が、スルーホール１１とパターン配線１２との交点よりも突出している。

なお、スルーホール１１は、必ずしも基板を表面と裏面とを貫通する必要はなく、基板の一部分の層間を貫通するものでもよい。すなわち、スルーホール１１は、基板の最上層と最下層との間を貫通するか、基板の一部分の層間を貫通するものであればよい。そして、パターン配線１２，１３は、スルーホールが貫通する層のうちの任意の層に形成されたものであればよい。

また、その他にも、様々な変形例が考えられるが、上記の例から容易に考えられるので、説明を省略する。

また、スルーホール１１及び／又はパターン配線１２，１３が、スルーホール１１とパターン配線１２，１３との交点よりも突出する箇所は、一部コイル状の配線１０−３の全区間に亘っていてもよいし、一部コイル状の配線１０−３の一部の区間だけでも構わない。また、もちろん、図５、図７で示したようなコイル状の配線が複数ある場合にも、適用できる。

（電流検出用プリント基板１の変形例）
図１２は、電流検出用プリント基板１の変形例を示す図である。すなわち、図１２に示す電流検出用プリント基板１は、図１に示す電流検出用プリント基板１を略半分にしたような形状にしたものである。そして、この形状に合わせて、スルーホール１１とパターン配線１２，１３等を配置したものである。もちろん、図１２のようにしても、図３、図５、図７、図９等で説明したことを同様に適用できる。例えば、電流検出用プリント基板１に複数のコイル状の配線１０を設けたり、一部コイル状の配線１０−３にしたりすることができる。なお、便宜上、スルーホール１１、パターン配線１２，１３等の符号を、これまで説明した符号と同じにしているものがある。以下、具体的に、図１２に示す電流検出用プリント基板１の説明をする。

図１２において、同図（ａ）は、電流検出用プリント基板１の平面図（基板の上から見た図）であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の一部（点線で囲んだＤ部分）を拡大した概略図（切欠部１０２の方向から見た図）であり、同図（ｃ）は、同図（ｂ）の図示を簡略化するために、直線的に展開した図であり、同図（ｄ）は、同図（ｃ）を側面から見た場合の電流検出用プリント基板１の配線を図示したものである。なお、同図（ｄ）に図示した配線は、説明のために、通常は見えない部分を透過させて図示している。

図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、電流検出用プリント基板１は、基板に略半円形の切欠部１０２が設けられており、この切欠部の周囲にコイル状に形成された配線１０（以下、コイル状の配線１０という）が設けられている。このコイル状の配線１０は、基板を貫通しながら、基板の表面１２１と裏面１２２とを交互に接続することによって両端部１０ａ，１０ｂを有するコイル状に形成されたものである。この配線の内、基板を貫通する部分は、スルーホール（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｈｏｌｅ）１１によって形成され、基板の表面および裏面の配線は、パターン配線１２，１３によって形成されている。

なお、図１２（ｂ）〜（ｃ）において、点線で示した部分は、基板の裏面のパターン配線を示すが、透過したものであるため、点線で示している。また、コイル状の配線１０の両端部１０ａ，１０ｂには、出力配線２１，２２が接続されている。この出力配線が出力端子２３，２４に接続されている。

また、この例の場合は、両面構造の基板（両面基板）であるために、１つの絶縁体部１１０の表面層および裏面層にパターン配線が形成されることになる。

図１３は、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６および電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体６９が、電流検出用プリント基板１に設けられた切欠部１０２に隣接するように配置された場合を示す図である。なお、図面の簡略化のために、配線の図示は省略している。また、本実施例および以降の実施例では、電流検出用プリント基板等が、インピーダンス整合装置６３の入力端から整合回路６７までの間に設けられた場合を例にして説明をする。

図１２に示したような電流検出用プリント基板１にすると、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６が、図１３に示すように、切欠部１０２に隣接するように配置された場合に、電磁誘導によって、コイル状の配線１０に電流が流れる。すなわち、プリント基板にカレントトランス機能を持たすことができる。換言すれば、電流検出用プリント基板１に、カレントトランスを形成することができる。

なお、本明細書では、電力伝送用導電体６６の周囲に絶縁体６９がある状態であっても、図１３に示すように電力伝送用導電体６６および絶縁体６９が配置されている場合は、電力伝送用導電体６６が、切欠部１０２に隣接しているとみなす。

したがって、コイル状の配線１０の部分は、図１５に示した回路図のカレントトランス部８１に相当する。

このようにすると、コイル状の配線１０の部分が、スルーホール及びパターン配線によって形成されるために、形状や位置のばらつきが殆どない。したがって、巻線間隔や巻き付け強さにばらつきが殆どないので、複数の電流検出用プリント基板１を製作した場合に、個々の電流検出用プリント基板１に起因する電流検出値のばらつきを低減させることができる。ひいては、電流検出用プリント基板１を用いた複数の電流検出器を製作した場合でも、個々の電流検出器の電流の検出値のばらつきを低減させることができるカレントトランス部を提供することができる。

これまでの説明では、無線周波数帯域の周波数（例えば、数百ｋＨｚ以上の周波数）を有する高周波電力を用いる例を示したが、無線周波数帯域の周波数よりも低い周波数の交流電力を用いてもよい。

なお、無線周波数帯域の周波数を有する交流電流であると、巻線間隔や巻付け強さのばらつきが、電流の検出値に大きく影響を及ぼす。しかし、上記の実施形態のような電流検出用プリント基板を構成することによって、たとえ、無線周波数帯域の周波数を有する交流電流であっても、その影響を最小限に止めることができる。

また、これまでの説明では、電力伝送用導電体６６、６８が、例えば、円筒形状の銅製の棒、すなわち、断面が円形のものとして説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、断面が楕円形や長方形のものであってもよい。また、電流検出用プリント基板１の貫通穴１０１が円形（切欠部の場合は略半円形）であるとして説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、楕円形や長方形であってもよい。ただし、導電体を中心として磁束が生じるので、コイル状に形成された配線内に磁束を効率良く通過させるためには、電流検出用プリント基板１の貫通穴１０１を円形（切欠部の場合は略半円形）とした方が好ましい。

図１は、電流検出用プリント基板１の一例を示す図である。 図２は、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６および電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体６９が、電流検出用プリント基板１に設けられた貫通穴１０１の内側を通るように配置された場合を示す図である。 図３は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。 図４は、コイル状の配線１０の他の例を示す図である。 図５は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。 図６は、図５に示した電流検出用プリント基板１の結線図である。 図７は、電流検出用プリント基板１の他の一例を示す図である。 図８は、第１のコイル状の配線１０−１及び第２のコイル状の配線１０−２の配置例を示す図である。 図９は、本発明に係る電流検出用プリント基板１の一例を示す図である。 図１０は、一部コイル状の配線１０−３の断面を概略的に示したものである。 図１１は、一部コイル状の配線１０−３の他の一例である。 図１２は、電流検出用プリント基板１の変形例を示す図である。 図１３は、交流電流が流れる電力伝送用導電体６６および電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体６９が、電流検出用プリント基板１に設けられた切欠部１０２に隣接するように配置された場合を示す図である。 図１４は、インピーダンス整合装置が用いられる高周波電力供給システムの一例のブロック図である。 図１５は、インピーダンス整合装置６３の入力端から整合回路６７までの間に設けられる電流検出器８０および電圧検出器９０の概略の回路図である。 図１６は、電流検出器８０および電圧検出器９０の概略の外観図である。 図１７は、図１６に示した電流検出器８０および電圧検出器９０の構成説明図である。 図１８は、電流検出器８０、電圧検出器９０をインピーダンス整合装置内の整合回路と出力端との間に設ける場合の回路図である。

符号の説明

１ 電流検出用プリント基板
１０ コイル状の配線
１０−１ 第１のコイル状の配線
１０−２ 第２のコイル状の配線
１０−３ 一部コイル状の配線
１１ スルーホール
１２ パターン配線
１３ パターン配線
２１ 出力配線
２２ 出力配線
２３ 出力端子
２４ 出力端子
２５ 出力配線
２６ 出力配線
５１ 電流用変換回路
５２ 出力配線
５３ 電圧用変換回路
５４ 出力配線
６６ 電力伝送用導電体
６９ 電力伝送用導電体６６を覆う絶縁体
８０ 電圧検出器
８１ カレントトランス部
８４ 電流用変換回路
９０ 電圧検出器
９１ コンデンサ部
９１ｂ コンデンサ部の電極
９３ 電圧用変換回路
１０１ 貫通穴
１１０ 絶縁体部
１１１ 第１絶縁体部
１１２ 第２絶縁体部
１１３ 第３絶縁体部
１２１ 基板の表面
１２１ 基板の表面
１２２ 基板の裏面
１２２ 基板の裏面
１３１ 第１導体層
１３２ 第２導体層

Claims (6)

1. 基板を貫通する貫通穴または切欠部と、
   前記貫通穴または切欠部の周囲に沿って配置され、スルーホールとパターン配線とを交互に接続することによって、一部がコイル状に形成された少なくとも１つの配線とを備え、
   交流電流が流れる導電体が、前記貫通穴の内側を通るように配置されるか、切欠部に隣接するように配置された場合に、電磁誘導によって前記配線に流れる電流を出力する機能を有する電流検出用プリント基板。
2. 前記スルーホールは、基板の最上層と最下層との間を貫通するか、基板の一部分の層間を貫通するものであり、
   前記パターン配線は、前記スルーホールが貫通する層のうちの任意の層に形成されたものである請求項１に記載の電流検出用プリント基板。
3. 前記一部がコイル状に形成された配線には、前記スルーホール及び前記パターン配線の少なくともどちらかが、前記スルーホールと前記パターン配線との交点よりも突出している箇所が設けられている請求項１または請求項２に記載の電流検出用プリント基板。
4. 前記一部がコイル状に形成された配線は、両端部を有しており、この両端部に電流出力用の配線が接続される請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電流検出用プリント基板。
5. 前記一部がコイル状に形成された配線が基板に複数形成される場合は、各配線の両端部または電気的に同一箇所において、他の配線の両端部または電気的に同一箇所と、電気的に接続可能となっている請求項４に記載の電流検出用プリント基板。
6. 前記交流電流が、無線周波数帯域の周波数を有する交流電流である請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電流検出用プリント基板。
   
   

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