JP2020178014A - 電流検出用抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出用抵抗器を小型化する。【解決手段】シャント抵抗器１０，１１０は、扁平な抵抗体１１と、導電性の金属材からなり抵抗体１１の下面１１ａに積層される第１電極ブロック１２と、導電性の金属材からなり抵抗体１１の上面１１ｂに積層される第２電極ブロック１３，１１３と、を備え、第２電極ブロック１３，１１３は、抵抗体１１に接続される電極部１４と、電極部１４の側面から下方に向かって延びる延出部１５，１１５と、を有するブロック体である。【選択図】図２

Description

本発明は、電流検出用抵抗器に関する。

特許文献１には、第１端子と、第２端子と、第１端子と第２端子との間に配置された抵抗体と、が厚み方向に積層された電流検出用抵抗器が開示されている。

特開２０１８−１７０４７８号公報

上述のような縦型の電流検出用抵抗器においては、上側の端子はボンディングワイヤを介して配線に接続されるが、比較的大きな電流の検出に電流検出用抵抗器が用いられる場合には、複数本のボンディングワイヤを接続する必要がある。このように複数本のボンディングワイヤを支障なく端子に接続するためには、端子の面積を大きくする必要があり、結果として電流検出用抵抗器が大型化するおそれがある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、比較的大きな電流の検出に用いられる電流検出用抵抗器を小型化することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電流検出用抵抗器は、扁平な抵抗体と、導電性の金属材からなり抵抗体の下面に積層される第１電極ブロックと、導電性の金属材からなり抵抗体の上面に積層される第２電極ブロックと、を備え、第２電極ブロックは、抵抗体に接続される電極部と、電極部の側面から下方に向かって延びる延出部と、を有するブロック体である。

この態様によれば、抵抗体の上面は、下方に向かって延びる延出部を有する第２電極ブロックにより基板上の配線パターンに接続される。このように抵抗体と配線パターンとの接続にボンディングワイヤではなくブロック体が用いられるため、比較的大きな電流の検出に用いられる縦型の電流検出用抵抗器を小型化することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造を示す斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示す断面図である。 図３は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す断面図である。 図４は、図２のＣ−Ｃ線に沿う断面を示す断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造の変形例を示す図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造を示す図である。 図７は、図６のＤ−Ｄ線に沿う断面を示す断面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る電流検出用抵抗器の実装構造の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜４を参照して、本発明の第１実施形態に係る電流検出用抵抗器１０（以下、「シャント抵抗器１０」という。）についてについて説明する。

図１は、第１実施形態におけるシャント抵抗器１０が回路基板３０上に実装された実装構造１００を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示す断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す断面図であり、図４は、図２のＣ−Ｃ線に沿う断面を示す断面図である。

シャント抵抗器１０は、電流を検出するために用いられる抵抗器であり、例えば、パワーモジュールに搭載され、例えば、数十アンペアから数百アンペア程度の比較的大きな電流を検出するために使用される。図１に示される実装構造１００において、シャント抵抗器１０は、比較的大きな電流が流れる回路を有する回路基板３０上に実装される。

回路基板３０は、例えばガラスエポキシ基板やセラミック基板、メタルコア基板などからなる基板３１と、基板３１の一面に例えば銅箔などの導電性パターンにより形成される配線としての第１配線パターン３２及び第２配線パターン３３と、を有する。第１配線パターン３２と第２配線パターン３３とは、所定の隙間をあけて互いに対向する方向に延びて形成される。第１配線パターン３２及び第２配線パターン３３には、シャント抵抗器１０の後述の電極ブロック１２，１３がそれぞれ接続され、図１に矢印で示される方向に電流が流れる。なお、これは電流方向の例示であり、これに限定されず、逆方向に流すものでもよい。

シャント抵抗器１０は、上下方向に扁平な抵抗体１１と、導電性を有する金属材により形成される第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３と、を備える。図２に示すように、抵抗体１１の下面１１ａには、第１電極ブロック１２が積層され、抵抗体１１の上面１１ｂには第２電極ブロック１３が積層される。

このように、扁平な抵抗体１１に対して上下に電極を積層することによって、シャント抵抗器１０は縦型構造の抵抗器となる。この実施例では、抵抗体１１には、図２に矢印で示されるように、下方に配置される第１電極ブロック１２から上方に配置される第２電極ブロック１３へと向かう電流が流れる。

縦型構造のシャント抵抗器１０は、下面が平坦であるため、回路基板３０への実装が容易であり、また、下面の面積を小さくし実装面積を小さくすることで実装密度を向上させることが可能である。また、縦型構造のシャント抵抗器１０では、抵抗体１１が金属製の第１電極ブロック１２を介して基板３１に近接して配置されることになるため、基板３１を介して抵抗体１１で生じた熱を容易に放熱させることができる。

また、縦型構造のシャント抵抗器１０では、電流が流れる方向における抵抗体１１の厚さＨ１を薄くすることによって自己インダクタンスを小さくすることが可能であり、インダクタンスに起因する高周波電流の検出誤差を抑制することもできる。

抵抗体１１は、図２及び図３に示されるように、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さＨ１が比較的薄い直方体状に形成される。なお、抵抗体１１は、積層方向に直交する断面形状が円形である円柱状に形成されたものであってもよい。

抵抗体１１の厚さＨ１は、シャント抵抗器１０の自己インダクタンス値が小さくなるように、数ｍｍ（ミリメートル）以下、例えば、０．２ｍｍ程度に設定される。一方、抵抗体１１の一辺の長さＬ１は、回路基板３０への実装を容易とするために、抵抗体１１の厚さＨ１よりも大きい数ｍｍ、例えば３ｍｍ程度に設定される。

また、シャント抵抗器１０における電流経路は、抵抗体１１の厚さＨ１方向となるため、一般的なシャント抵抗器の電流経路に比べて短くなる。このため、抵抗体１１の比抵抗（体積抵抗値）は、一般的なシャント抵抗器の抵抗材料として用いられる合金単体の比抵抗に比べて大きな値に設定される。

シャント抵抗器１０が比較的大きな電流を検出するために用いられる場合は、抵抗体１１の抵抗値を５０μΩ以上１，０００μΩ以下の範囲内の値に設定することが想定される。それゆえ、抵抗体１１を構成する抵抗材料としては、比抵抗（体積抵抗率）が、一般的なシャント抵抗器における抵抗体の比抵抗（５０μΩ・ｃｍ〜１００μΩ・ｃｍ）に比べて大きい２００μΩ・ｃｍ（マイクロオームセンチメートル）以上、３００００μΩ・ｃｍ以下の範囲内に設計可能なものが用いられる。

具体的には、抵抗体１１の厚さＨ１を０．２ｍｍ、抵抗体１１の一辺の長さＬ１を３ｍｍ、とした場合に、抵抗体１１の抵抗値を５０μΩとするには、抵抗体１１の比抵抗は約２２５μΩ・ｃｍとなる。また、抵抗体１１の厚さＨ１を０．２ｍｍ、抵抗体１１の一辺の長さＬ１を３ｍｍ、とした場合に、抵抗体１１の抵抗値を１，０００μΩとするには、抵抗体１１の比抵抗は約４，５００μΩ・ｃｍとなる。また、抵抗体１１の比抵抗を大きくすることによって、同じ抵抗値を有する抵抗体１１の厚さＨ１を薄くすることが可能である。このように、抵抗体１１の厚さＨ１は、比抵抗の大きさを変えることによって適宜変更することが可能である。

このような抵抗材料としては、導電性を有する金属体の粉末と絶縁性を有する絶縁粒子とを混合して形成されたものが用いられる。より具体的には、抵抗材料は、金属体を形成するための金属粉と絶縁粒子とを焼結した焼結体であり、絶縁粒子とこの絶縁粒子を囲む三次元網目状の金属体とによって構成される。

焼結前の金属粉としては、アスペクト比が１．０以上２．０以下の範囲内にある粒子を用いるのが好ましい。また、金属粉としては粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある粒子を用い、絶縁粒子としては粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にある粒子を用いることができる。

ここで、抵抗体１１の抵抗材料を構成する金属体と絶縁粒子とについて説明する。

＜金属体＞
抵抗体１１の抵抗材料の金属体としては、一般的なシャント抵抗器の抵抗材料を用いることができる。抵抗特性の安定性を確保する観点から、大電流の検出に適した金属材料、例えば抵抗体１１の温度変化による抵抗値の変化の割合が小さな合金が好ましい。

具体例としては、ニクロムや、マンガニン（登録商標）、ゼラニン（登録商標）、銅ニッケルなどの抵抗材料から選択される少なくとも一つの合金が挙げられる。特に、抵抗材料の抵抗値を確保する観点からニクロムを用いるのが好ましい。また、加工性の観点からはマンガニン（登録商標）を用いることが好ましい。このように、抵抗体１１の抵抗材料の金属体としては、ニクロム、銅マンガン、及び銅ニッケルからなる群から選択される少なくとも一つを用いて形成するのが好ましい。

ここにいうニクロムは、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、銅マンガンは、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、銅ニッケルは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、又はこれを主成分とする合金である。なお、マンガニン（登録商標）は、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金、又はこれを主成分とする合金であり、ゼラニン（登録商標）は、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｓｎ系合金、又はこれを主成分とする合金である。

＜絶縁粒子＞
一方、抵抗体１１の抵抗材料の絶縁粒子としては、絶縁性に加えて耐熱性に優れたセラミックス材料を用いることができる。例えば、熱応力による接合部のクラックの発生を抑制する観点から、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）及びジルコニア（ＺｒＯ₂）からなる群から選択される少なくとも一つのセラミックス材料が挙げられる。

上述のセラミックス材料の中では、放熱性とヒートサイクル耐久性の観点から、絶縁材料として広く利用されている酸化アルミニウム（アルミナ）を用いることが好ましい。また、より高い放熱性が要求される用途では、熱伝導度の大きい窒化アルミニウム（窒化アルミ）を選択することが好ましく、高いヒートサイクル耐久性が要求される用途では、窒化ケイ素を選択することが好ましい。

次に、抵抗体１１の抵抗材料の製造方法について説明する。

抵抗体１１の抵抗材料の製造方法は、導電性を有する金属粉（金属の粉末）と絶縁性を有する絶縁粉（絶縁体の粉末）とを混合する混合工程と、混合により得られた混合粉末を所定の温度において一軸加圧法により混合粉体を加圧しながら焼結する焼結工程と、を有する。

混合工程においては、金属粉として融点が絶縁粉の融点よりも低い金属の粉末が用いられ、金属粉の粒径は絶縁粉の粒径に対して同等又は小さくなるように造粒するのが好ましい。

焼結工程においては、例えば、混合粉体の容器を真空に近い状態にすることで混合粉体をプレスする。なお、不活性雰囲気で混合粉体をプレスしてもよい。プレス圧を高くするほど、抵抗体１１の抵抗材料の比抵抗は低下するものの、電流が流れる導通経路（電流経路）を確保しやすくなる傾向がある。このため、プレス圧を高めに設定するのが好ましい。また、所定の温度は、金属塊の融点よりも低い温度であり、金属塊の融点よりも１５％程度低い温度に設定するのが好ましい。

上述の製造方法により、抵抗体１１の抵抗材料において絶縁粒子間を金属体が三次元網目状に形成される。

上記構成の抵抗体１１に積層される第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３は、無酸素銅やアルミ合金といった導電性の高い金属材により形成されるブロック体である。第１電極ブロック１２は、抵抗体１１の下面１１ａと第１配線パターン３２とを接続可能な形状に形成され、第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン３３とを接続可能な形状に形成される。

第１電極ブロック１２は、抵抗体１１と同様に、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さＨ２が比較的薄い直方体状に形成される。

第１配線パターン３２に接合される第１電極ブロック１２の下面１２ａには、めっき層１６が形成される。めっき層１６としては、実装時のはんだ濡れ性を向上させるためにスズ（Ｓｎ）めっきが施される。なお、実装する際のはんだによって第１電極ブロック１２が侵食されることを抑制するために、ニッケル（Ｎｉ）めっき層をさらに設けてもよい。また、めっき層１６としては、スズ（Ｓｎ）やニッケル（Ｎｉ）以外に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）、金−パラジウム（Ａｕ−Ｐｄ）等のめっきが施されてもよい。

第１電極ブロック１２の上面１２ｂには、抵抗体１１が接合される。上面１２ｂと抵抗体１１の接合は、抵抗体１１とＣｕ等の金属材を圧接したり、所定の接合層を介在させて抵抗体１１と金属材を接合したり、等の方法が採用できる。

第２電極ブロック１３は、抵抗体１１の上面１１ｂに接続される電極部１４と、電極部１４の側面１４ａから下方に向かって延びる延出部１５と、が一体的に形成されたブロック体であり、図２に示される断面視において略Ｌ字状に形成される。

電極部１４は、抵抗体１１と同様に、積層方向に直交する断面形状が略正方形であり、積層方向における厚さＨ３が比較的薄い直方体状に形成された部分である。電極部１４の下面１４ｂには、抵抗体１１が接合される。下面１４ｂと抵抗体１１の接合は、抵抗体１１とＣｕ等の金属材を圧接したり、所定の接合層を介在させて抵抗体１１と金属材を接合したり、等の方法が採用できる。

延出部１５は、第２配線パターン３３に接合される平坦な下端面１５ａを有し、積層方向に沿う下端面１５ａからの高さＨ４が、抵抗体１１の厚さＨ１と第１電極ブロック１２の厚さＨ２と電極部１４の厚さＨ３とを足し合わせた高さとなる直方体状に形成される部分である。つまり、第２電極ブロック１３は、延出部１５の下端面１５ａが、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同一平面上に位置するように形成される。

延出部１５の下端面１５ａには、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同様に、めっき層１７が形成される。めっき層１７としては、実装時のはんだ濡れ性を向上させるためにスズ（Ｓｎ）めっきが施される。なお、実装する際のはんだによって第２電極ブロック１３が侵食されることを抑制するために、ニッケル（Ｎｉ）めっき層をさらに設けてもよい。また、めっき層１７としては、スズ（Ｓｎ）やニッケル（Ｎｉ）以外に、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）、金−パラジウム（Ａｕ−Ｐｄ）等のめっきが施されてもよい。

また、延出部１５は、抵抗体１１及び第１電極ブロック１２と延出部１５との間に所定の大きさの隙間Ｃ１が形成されるように、電極部１４の側面１４ａから積層方向に対して直交する方向に延びる部分を有する。この部分には、隙間Ｃ１の大きさが所定の大きさよりも小さくなることを防止するために、抵抗体１１の上面１１ｂ側の側面が当接可能な規制面１５ｂが設けられる。なお、規制面１５ｂは、図２に示すように、段差によって形成される面であってもよいし、下方に突出する突起によって形成される面であってもよい。また、規制面１５ｂは、抵抗体１１と第２電極ブロック１３とを接合する際に、位置決めガイドとして利用されてもよい。隙間Ｃ１の大きさは、シャント抵抗器１０に要求される耐電圧に応じて設定される。

上記形状の第２電極ブロック１３は、板材を折り曲げて形成されるのではなく、例えば棒状の素材を圧延加工等により電極部１４及び延出部１５を有する形状に成形することによってブロック状に形成される。

例えば、板材を折り曲げることによって電極部１４と延出部１５とを形成した場合、スプリングバックが生じることにより、電極部１４と延出部１５とが成す角度が安定せず、延出部１５の下端面１５ａの位置がばらつくことになる。このように延出部１５の下端面１５ａの位置がばらついてしまうと、延出部１５の下端面１５ａを、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同一平面上に位置させることができず、端子平坦度が大きくなる。この結果、はんだ付け強度の低下などによって延出部１５の下端面１５ａと第２配線パターン３３との接触状態が不安定となり、シャント抵抗器１０に比較的大きい電流を流すことが困難になるおそれがある。

これに対して圧延加工等によって電極部１４と延出部１５とをブロック状に形成した場合、電極部１４と延出部１５とが成す角度を安定して形成することが容易である。このため、延出部１５の下端面１５ａを、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同一平面上に位置させることも容易であり、端子平坦度を小さくすることができる。この結果、第１電極ブロック１２の下面１２ａと第１配線パターン３２との接触状態及び延出部１５の下端面１５ａと第２配線パターン３３との接触状態が安定し、シャント抵抗器１０に比較的大きい電流を流すことが可能となる。なお、第２電極ブロック１３の成形方法は、圧延加工に限定されず、スプリングバックを生じさせることなく上記形状を成形することができればどのような方法であってもよく、例えば切削加工やプレス加工であってもよい。

また、第２電極ブロック１３を上記形状とすることにより、抵抗体１１は、第２電極ブロック１３を介して第２配線パターン３３に接続される。このようにシャント抵抗器１０が縦型の構造であったとしても、抵抗体１１を第２配線パターン３３に接続するために複数本のボンディングワイヤを接続する必要がなくなることによって、シャント抵抗器１０の実装性を向上させることができる。また、複数本のボンディングワイヤを接続する必要がなくなることによって、電極端子の面積を小さくすることが可能となり、結果としてシャント抵抗器１０を小型化することができる。

また、ボンディングワイヤを使用した場合と比べ、上記形状の第２電極ブロック１３を用いた場合の方が、抵抗体１１及び電極部１４を通過した電流が流れる部分の抵抗を小さくすることができるため、比較的大きな電流をシャント抵抗器１０に流すことが可能となる。

また、シャント抵抗器１０では、抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３が、樹脂等の絶縁材１９によってモールド成形される。具体的には、第１電極ブロック１２の下面１２ａと、第２電極ブロック１３の上面１３ａと、延出部１５の下端面１５ａと、が露出されるようにこれらはモールド成形される。

このようにモールド成形することによって、抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３の側面が全周に渡って絶縁材１９により被覆され、また、抵抗体１１及び第１電極ブロック１２と延出部１５との間の隙間Ｃ１に絶縁材１９が充填される。

シャント抵抗器を縦型の構造とした場合、シャント抵抗器を実装する際に生じるはんだフィレットによって、上側の電極と下側の電極とが短絡してしまうおそれがある。本実施形態のシャント抵抗器１０では、上述のように抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３の側面が絶縁材１９により被覆されているため、はんだフィレットが形成されず、第１電極ブロック１２と第２電極ブロック１３とが短絡することを防止することができる。

ここで、第１電極ブロック１２と抵抗体１１とを基板３１に実装した後に、上記形状の第２電極ブロック１３に相当する部材を、取り付けることによっても、複数のボンディングワイヤを用いることなく比較的大きな電流を抵抗体１１に流すことが可能になると考えられる。しかしながら、この場合、実装工程が多くなることで製造コストの増加や品質のばらつきが生じるおそれがある。

これに対して、本実施形態のシャント抵抗器１０は、上述のようにモールド成形によって一体的な構成となっているため、基板３１上にシャント抵抗器１０を設置し、はんだ付けを行うことで容易に実装することができる。このように、シャント抵抗器１０は、実装性が良好であるとともに、扱いや管理が容易であることから実装構造１００の製造コストを低減させることができる。

また、モールド成形によって一体的な構成とする際、抵抗体１１及び第１電極ブロック１２と延出部１５との間の隙間Ｃ１にも絶縁材１９が充填されるため、第１電極ブロック１２と第２電極ブロック１３との絶縁性を向上させることができる。

絶縁材１９から露出している第２電極ブロック１３の上面１３ａには、めっき層１８が形成される。めっき層１８としては、ワイヤーボンディング時に第２電極ブロック１３が侵食されることを抑制するためにニッケル（Ｎｉ）めっきが施される。なお、めっき層１７としては、ニッケル（Ｎｉ）以外に、スズ（Ｓｎ）や銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金、金（Ａｕ）等のめっきが施されておもよい。

このように、第２電極ブロック１３の上面１３ａは、ワイヤーボンディングが可能なボンディング面となっている。具体的には、第２電極ブロック１３の上面１３ａにはワイヤーボンディングによって接続ワイヤ３６が形成され、この接続ワイヤ３６を介して、シャント抵抗器１０における電圧降下を検出するための電位が出力される。

一方、図１に示されるように、上記構成のシャント抵抗器１０が実装される回路基板３０の基板３１には、シャント抵抗器１０における電圧降下を検出するために、シャント抵抗器１０の上流側の電位が導かれる第１電圧端子３４と、シャント抵抗器１０の下流側の電位が導かれる第２電圧端子３５と、が設けられる。

第１電圧端子３４は、第２配線パターン３３との間に所定の隙間をあけて隣接して配置され、第１配線パターン３２から斜め方向に延びる接続配線３４ａを介して第１配線パターン３２に接続される。

第２電圧端子３５は、第１配線パターン３２との間に所定の隙間をあけて隣接して配置され、ワイヤーボンディングにより形成される接続ワイヤ３６を介してシャント抵抗器１０の第２電極ブロック１３に接続される。

第１電圧端子３４及び第２電圧端子３５には、第１電圧端子３４と第２電圧端子３５との間の電圧信号に基づいてシャント抵抗器１０における電圧降下を検出し、検出された電圧降下に基づいてシャント抵抗器１０を流れる電流値を演算する図示しない電流検出装置が接続される。なお、電流検出装置には、電圧信号を処理するためのオペアンプやマイコン等の信号処理手段が含まれる。

ここで、基板３１上に設けられる接続配線３４ａと、シャント抵抗器１０と基板３１とを接続する接続ワイヤ３６と、は、回路基板３０を上方から見たときに交差するように配置される。

このように、検出用の電圧信号を引き出す引出線である接続配線３４ａと接続ワイヤ３６とを空間において交差させることにより、これらを交差させない場合と比較して、接続配線３４ａと接続ワイヤ３６との間に形成されるループ面積が小さくなり、接続配線３４ａ及び接続ワイヤ３６において生じる寄生インダクタンスを抑制することが可能となる。この結果、電流検出装置による電流の検出精度を向上させることができる。

上記構成のシャント抵抗器１０をさらに小型化するには、電極部１４の厚さＨ３を薄くすることが考えられる。しかし、電極部１４の厚さＨ３を薄くすると抵抗が増大し、電流検出精度が低下してしまうおそれがあることから電極部１４の厚さＨ３は、所定の厚さ以上とする必要がある。

以下に、電極部１４の厚さＨ３の適正値について検討する。

抵抗体１１の抵抗値は、上述のように、５０μΩ以上１，０００μΩ以下の範囲に設定することが想定される。電流検出精度を向上させるためには、電極部１４の抵抗値は、可能な限り低く、具体的には抵抗体１１の抵抗値の１０分の１以下となるように設定されることが好ましい。

抵抗体１１を通過し電極部１４を流れる電流は、図２に矢印で示すように、延出部１５に向かう。このため、電極部１４の抵抗値Ｒは、図４に示すように、側面１４ａの面積をＡ１とした場合、以下の式（１）から求められる。
［数１］
Ｒ＝ρ*Ｌ／Ａ１ ・・・（１）

上記式（１）におけるＬは、側面１４ａに向かう電極部１４の長さ、すなわち、電極部１４の一辺の長さＬ１であり、ρは、電極部１４を構成する銅の比抵抗（１．７μΩ・ｃｍ）である。

抵抗体１１の抵抗値が５０μΩであり、電極部１４の抵抗値Ｒを５μΩ以下にする場合、電極部１４の一辺の長さＬ１を３ｍｍとすると、電極部１４の厚さＨ３は、３．４ｍｍ以上とする必要がある。また、抵抗体１１の抵抗値が１，０００μΩであり、電極部１４の抵抗値Ｒを１００μΩ以下にする場合、電極部１４の一辺の長さＬ１を３ｍｍとすると、電極部１４の厚さＨ３は、０．１７ｍｍ以上とする必要がある。

このように、電極部１４の厚さＨ３を抵抗体１１の抵抗値に応じて適宜変更することによって、上記構成のシャント抵抗器１０を用いた電流検出精度を向上させることができる。

また、上記構成のシャント抵抗器１０では、電流検出精度をさらに向上させるために、電極部１４に続く延出部１５の抵抗値も低減させている。具体的には、図３に示される積層方向と平行に延びる延出部１５の積層方向に直交する断面における断面積Ａ２は、下端面１５ａに至るまで同じ大きさであり、側面１４ａの断面積Ａ１よりも大きく設定されている。

このように電極部１４を通過した電流が流れる延出部１５の抵抗値も低減させることで上記構成のシャント抵抗器１０を用いた電流検出精度を向上させることができる。なお、延出部１５の下端面１５ａに向かって断面積Ａ２を徐々に大きくすることによって延出部１５の抵抗値をさらに低減させてもよい。ただし、断面積Ａ２を徐々に大きくするとシャント抵抗器１０の実装面積が大きくなってしまうため、シャント抵抗器１０の実装性を向上させるためには、断面積Ａ２は下端面１５ａまで同じ大きさであることが好ましい。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

シャント抵抗器１０では、第１電極ブロック１２と第２電極ブロック１３との間に配置された抵抗体１１は、下面１１ａに積層された第１電極ブロック１２と、下方に向かって延びる延出部１５を有する第２電極ブロック１３とにより基板３１上の配線パターン３２，３３に接続される。特に、抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン３３との接続は、ワイヤーボンディングによって形成される接続ワイヤではなく、ブロック体である第２電極ブロック１３によって行われる。

このように抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン３３との接続に、断面積の小さい接続ワイヤではなく、断面積の大きいブロック体を用いることによって、比較的大きな電流を流すことが可能な電流経路を確保することができる。この結果、シャント抵抗器１０に比較的大きな電流を流すことが可能となる。

また、抵抗体１１の上面１１ｂに設けられる電極に複数の接続ワイヤをボンディングする必要がないことから、抵抗体１１の断面積や抵抗体１１の上面１１ｂに設けられる電極の面積を小さくすることで、比較的大きな電流の検出に用いられるシャント抵抗器１０であっても小型化することが可能である。このようにシャント抵抗器１０を小型化することによって、回路基板３０へのシャント抵抗器１０の実装性を向上させることができる。

続いて、図５を参照して、第１実施形態に係るシャント抵抗器１０の他の実装構造について説明する。

図５には、上述の実装構造１００とは異なる実装構造２００が示されており、この実装構造２００では、上記構成のシャント抵抗器１０が、上述の回路基板３０とは異なる回路基板１３０上に実装されている。

回路基板１３０は、基板１３１と、基板１３１に設けられた第１配線パターン１３２及び第２配線パターン１３３と、を有する。第２配線パターン１３３は、直線状に延びる第１配線パターン１３２を挟んで第１配線パターン１３２と平行に延びる一対の分岐パターン１３３ａ，１３３ｂと、一対の分岐パターン１３３ａ，１３３ｂを接続する接続パターン１３３ｃと、を有する。

また、基板１３１には、一対の分岐パターン１３３ａ，１３３ｂの一方の分岐パターン１３３ａと第１配線パターン１３２との間に、第１配線パターン１３２から分岐された第１電圧端子１３４が設けられ、一対の分岐パターン１３３ａ，１３３ｂの他方の分岐パターン１３３ｂと第１配線パターン１３２との間に、第２電圧端子１３５が設けられる。

シャント抵抗器１０は、第１電極ブロック１２の下面１２ａが第１配線パターン１３２に接続され、延出部１５の下端面１５ａが第２配線パターン１３３の接続パターン１３３ｃに接続され、ワイヤーボンディングによって形成される接続ワイヤ１３６を介して第２電極ブロック１３と第２電圧端子１３５とが接続されることにより、回路基板１３０に実装される。

上記第１実施形態と同様に、第１電圧端子１３４及び第２電圧端子１３５には、図示しない電流検出装置が接続され、図５に矢印で示されるようにシャント抵抗器１０を流れる電流の値が電流検出装置によって演算される。

この変形例では、シャント抵抗器１０に向かう電流が流れる第１配線パターン１３２とシャント抵抗器１０を通過した電流が流れる第２配線パターン１３３とが平行に配置される。

このため、第１配線パターン１３２を流れる電流により生じる磁束と、一対の分岐パターン１３３ａ，１３３ｂを流れる電流により生じる磁束と、が互いに打ち消し合うことで第１配線パターン１３２及び第２配線パターン１３３が有するインダクタンス成分が低減される。このように、シャント抵抗器１０の周辺のインダクタンス成分を低減させることにより、例えば、２０ｋＨｚ以上の高周波電流がシャント抵抗器１０に流れる場合であっても電流検出精度を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図６及び図７を参照して、第２実施形態に係るシャント抵抗器１１０について説明する。図６は、第２実施形態におけるシャント抵抗器１１０が回路基板２３０上に実装された実装構造３００を示す図であり、図７は、図６のＤ−Ｄ線に沿う断面を示す断面図である。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。

シャント抵抗器１１０の基本的な構成は、第１実施形態に係るシャント抵抗器１０と同様である。シャント抵抗器１１０は、抵抗体１１の上面に積層される第２電極ブロック１１３の延出部１１５の形状が異なっている点でシャント抵抗器１０と相違する。

図６及び図７に示すように、シャント抵抗器１１０が実装される回路基板２３０は、基板２３１と、基板２３１に設けられた第１配線パターン２３２及び第２配線パターン２３３と、を有する。第１配線パターン２３２と第２配線パターン２３３とは、所定の隙間をあけて互いに対向する方向に延びて形成される。第１配線パターン２３２には、シャント抵抗器１１０の第１電極ブロック１２が、第２配線パターン２３３には、シャント抵抗器１１０の第２電極ブロック１１３がそれぞれ接続され、図６に矢印で示される方向に電流が流れる。

また、基板２３１には、第１配線パターン２３２から分岐された第１電圧端子２３４と、第２配線パターン２３３と平行に延びる第２電圧端子２３５と、が設けられる。

シャント抵抗器１１０の第２電極ブロック１１３の延出部１１５は、図７に示されるように、その下方において、第２配線パターン２３３に接続される第１延出部１１５ａと、第２電圧端子２３５に接続される第２延出部１１５ｃと、に分岐される。

つまり、シャント抵抗器１１０の第２電極ブロック１１３は、ワイヤーボンディングによって形成される接続ワイヤを介することなく、延出部１１５に形成された第２延出部１１５ｃを介して第２電圧端子２３５に直接接続される。

このため、シャント抵抗器１１０では、第２電極ブロック１１３の上面をワイヤーボンディングのために露出させる必要がないことから、第２電極ブロック１１３の上面も絶縁材１１９により覆われている。

第１延出部１１５ａの第１下端面１１５ｂと第２延出部１１５ｃの第２下端面１１５ｄとには、第１電極ブロック１２の下面１２ａと同様に、それぞれ、めっき層１１７ａ，１１７ｂが形成される。

また、第１電圧端子２３４及び第２電圧端子２３５には、上記第１実施形態と同様に、図示しない電流検出装置が接続され、図６に矢印で示されるようにシャント抵抗器１１０を流れる電流の値が電流検出装置によって演算される。

以上の第２実施形態によれば、上記第１実施形態による効果を奏するとともに、以下に示す効果を奏する。

シャント抵抗器１１０では、第２電極ブロック１１３と第２電圧端子２３５との接続が、ワイヤーボンディングによって形成される接続ワイヤではなく、延出部１１５を分岐することにより形成された第２延出部１１５ｃを介して行われる。このように、回路基板２３０にシャント抵抗器１１０をはんだ付けすることで、第２電極ブロック１１３と第２電圧端子２３５との接続が行われることから、ワイヤーボンディングを行う必要がなくなるため、回路基板２３０へのシャント抵抗器１１０の実装性を向上させることができる。

続いて、図８を参照して、第２実施形態に係るシャント抵抗器１１０の他の実装構造について説明する。

図８には、上述の実装構造３００とは異なる実装構造４００が示されており、この実装構造４００では、上記構成のシャント抵抗器１１０が、上述の回路基板２３０とは異なる回路基板３３０上に実装されている。

回路基板３３０は、基板３３１と、基板３３１に設けられた第１配線パターン３３２及び第２配線パターン３３３と、を有する。第１配線パターン３３２と第２配線パターン３３３とは、互いに平行に延びて形成される。

また、基板３３１には、第１配線パターン３３２から分岐された第１電圧端子３３４が設けられるとともに、上記構成のシャント抵抗器１１０の第２延出部１１５ｃに対向する位置から延びる第２電圧端子３３５が設けられる。

シャント抵抗器１１０は、第１電極ブロック１２の下面１２ａが第１配線パターン３３２に接続され、延出部１１５の第１下端面１１５ｂが第２配線パターン３３３に接続され、延出部１１５の第２下端面１１５ｄが第２電圧端子１３５に接続されることにより、回路基板３３０に実装される。

上記第２実施形態と同様に、第１電圧端子３３４及び第２電圧端子３３５には、図示しない電流検出装置が接続され、図８に矢印で示されるようにシャント抵抗器１１０を流れる電流の値が電流検出装置によって演算される。

この変形例では、シャント抵抗器１１０に向かう電流が流れる第１配線パターン３３２とシャント抵抗器１０を通過した電流が流れる第２配線パターン３３３とが平行に配置される。

このため、第１配線パターン３３２を流れる電流により生じる磁束と、第２配線パターン３３３を流れる電流により生じる磁束と、が互いに打ち消し合うことで第１配線パターン３３２及び第２配線パターン３３３が有するインダクタンス成分が低減される。このように、シャント抵抗器１１０の周辺のインダクタンス成分を低減させることにより、例えば、２０ｋＨｚ以上の高周波電流がシャント抵抗器１１０に流れる場合であっても電流検出精度を向上させることができる。

以下に、上記各実施形態におけるシャント抵抗器１０，１１０の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、シャント抵抗器１０，１１０は、扁平な抵抗体１１と、導電性の金属材からなり抵抗体１１の下面１１ａに積層される第１電極ブロック１２と、導電性の金属材からなり抵抗体１１の上面１１ｂに積層される第２電極ブロック１３，１１３と、を備え、第２電極ブロック１３，１１３は、抵抗体１１に接続される電極部１４と、電極部１４の側面から下方に向かって延びる延出部１５，１１５と、を有するブロック体である。

この構成では、特に、抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン３３，１３３，２３３，３３３との接続が、ワイヤーボンディングによって形成される接続ワイヤではなく、ブロック体である第２電極ブロック１３，１１３によって行われる。

このように抵抗体１１の上面１１ｂと第２配線パターン３３，１３３，２３３，３３３との接続に、断面積の小さい接続ワイヤではなく、断面積の大きいブロック体を用いることによって、比較的大きな電流を流すことが可能な電流経路を確保することができる。この結果、シャント抵抗器１０，１１０に比較的大きな電流を流すことが可能となる。

また、抵抗体１１の上面１１ｂに設けられる電極に複数の接続ワイヤをボンディングする必要がないことから、抵抗体１１の断面積や抵抗体１１の上面１１ｂに設けられる電極の面積を小さくすることで、比較的大きな電流の検出に用いられるシャント抵抗器１０，１１０であっても小型化することが可能である。このようにシャント抵抗器１０，１１０を小型化することによって、回路基板３０，１３０，２３０，３３０へのシャント抵抗器１０，１１０の実装性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂ及び第１電極ブロック１２の下面１２ａは、互いに異なる配線パターンにそれぞれ接続され、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂの面積は、第１電極ブロック１２の下面１２ａの面積よりも小さい。

このように、第２配線パターン３３，１３３，２３３，３３３に接続される延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂの面積を、第１配線パターン３２，１３２，２３２，３３２に接続される第１電極ブロック１２の下面１２ａの面積よりも小さくすることにより、第１電極ブロック１２と延出部１５，１１５とが並ぶ方向におけるシャント抵抗器１０，１１０の長さを短くすることが可能となる。この結果、シャント抵抗器１０，１１０が小型化され、回路基板３０，１３０，２３０，３３０へのシャント抵抗器１０，１１０の実装性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂと、第１電極ブロック１２の下面１２ａとは、同一平面上にある。

延出部１５，１１５を有する第２電極ブロック１３，１１３はブロック体であるため、折り曲げ加工により延出部１５，１１５を形成する場合と比較し、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂの位置を第１電極ブロック１２の下面１２ａの位置に精度よく合わせることが可能である。このように、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂと第１電極ブロック１２の下面１２ａとを同一平面上に位置させ、端子平坦度を小さくすることによって、回路基板３０，１３０，２３０，３３０へのシャント抵抗器１０，１１０の実装性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂの面積は、電極部１４の側面１４ａの面積よりも大きい。

このように、延出部１５，１１５の下端面１５ａ，１１５ｂの面積を、電極部１４の側面１４ａの面積よりも大きくし、抵抗体１１及び電極部１４を通過した電流が流れる延出部１５，１１５における抵抗値を低減させることでシャント抵抗器１０，１１０を用いた電流検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、延出部１５，１１５のうち積層方向と平行に延びる部分における積層方向に直交する断面の面積は、下端面１５ａ，１１５ｂまで同じ大きさである。

このように、積層方向と平行に延びる部分の延出部１５，１１５の積層方向に直交する断面の面積を下端面１５ａ，１１５ｂまで同じ大きさとすることにより、延出部１５，１１５の抵抗値が極端に大きくなることを抑制しつつ、シャント抵抗器１０，１１０を小型化することが可能である。この結果、回路基板３０，１３０，２３０，３３０へのシャント抵抗器１０，１１０の実装性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、電極部１４の厚さは、電極部１４の抵抗値が抵抗体１１の抵抗値の１０分の１以下となるように設定される。

このように、電極部１４の厚さを、電極部１４の抵抗値が抵抗体１１の抵抗値の１０分の１以下となるように設定し、抵抗体１１を通過した電流が流れる電極部１４における抵抗値を所定の大きさに制限することでシャント抵抗器１０，１１０を用いた電流検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、抵抗体１１の比抵抗は、２００μΩ・ｃｍ以上３００００μΩ・ｃｍ以下である。

このように、抵抗体１１の比抵抗を２００μΩ・ｃｍ以上３００００μΩ・ｃｍ以下の範囲内に設定することにより、抵抗体１１の厚さが薄い縦型構造のシャント抵抗器１０，１１０においても、抵抗体１１の抵抗値を電流の検出に必要な抵抗値とすることができる。また、このように抵抗体１１の比抵抗を比較的大きい値とすることによって、検出される電圧の信号レベルが上昇して検出電圧のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比）が高くなり、結果として、シャント抵抗器１０，１１０を用いた電流検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、抵抗体１１は、アルミナ、窒化アルミ、窒化ケイ素及びジルコニアからなる群から選択される少なくとも一つにより形成された絶縁粒子と、ニクロム、銅マンガン、及び銅ニッケルからなる群から選択される少なくとも一つにより形成された金属体と、を含む。

このように、温度変化による抵抗値の変化が小さい金属体と、熱膨張係数が低い絶縁性粒子と、から抵抗体１１を構成することにより、抵抗体１１の抵抗値を電流の検出に必要な抵抗値とすることができるとともに、熱応力を基板３１，１３１，２３１，３３１の熱応力に近づけることでヒートサイクルにより抵抗体１１と基板３１，１３１，２３１，３３１との間にクラックが生じることを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、抵抗体１１と、第１電極ブロック１２と、第２電極ブロック１３，１１３と、は、絶縁材１９，１１９によりモールド成形される。

このように、抵抗体１１、第１電極ブロック１２及び第２電極ブロック１３，１１３の側面を絶縁材１９，１１９により被覆することによって、縦型構造のシャント抵抗器１０，１１０であっても、実装する際に生じるはんだフィレットによって、第１電極ブロック１２と第２電極ブロック１３，１１３とが短絡することを防止することができる。

また、モールド成形によってシャント抵抗器１０，１１０を一体的な構成とすることによって、シャント抵抗器１０，１１０を基板３１，１３１，２３１，３３１上に設置し、はんだ付けを行うことでシャント抵抗器１０，１１０を容易に実装することが可能となる。このように、シャント抵抗器１０，１１０は、実装性が良好であるとともに、扱いや管理が容易であることから実装構造１００，２００，３００，４００の製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態によれば、第２電極ブロック１３は、少なくとも一部が露出した状態でモールド成形される。

このように、第２電極ブロック１３の少なくとも一部を露出させた状態でモールド成形することにより、第２電極ブロック１３の表面に接続ワイヤ３６をボンディングすることが可能となる。このため、シャント抵抗器１０を流れる電流を検出するための電圧信号を第２電極ブロック１３から容易に取り出すことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１０，１１０ シャント抵抗器（電流検出用抵抗器）
１１ 抵抗体
１２ 第１電極ブロック
１３，１１３ 第２電極ブロック
１４ 電極部
１５，１１５ 延出部
１９，１１９ 絶縁材
３０，１３０，２３０，３３０ 回路基板
３２，１３２，２３２，３３２ 第１配線パターン（配線）
３３，１３３，２３３，３３３ 第２配線パターン（配線）
３４，１３４，２３４，３３４ 第１電圧端子
３５，１３５，２３５，３３５ 第２電圧端子
１００，２００，３００，４００ 実装構造

Claims (10)

1. 電流検出用抵抗器であって、
   扁平な抵抗体と、
   導電性の金属材からなり前記抵抗体の下面に積層される第１電極ブロックと、
   導電性の金属材からなり前記抵抗体の上面に積層される第２電極ブロックと、を備え、
   前記第２電極ブロックは、前記抵抗体に接続される電極部と、前記電極部の側面から下方に向かって延びる延出部と、を有するブロック体である、
   電流検出用抵抗器。
2. 請求項１に記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記延出部の下端面及び前記第１電極ブロックの下面は、互いに異なる配線にそれぞれ接続され、
   前記延出部の前記下端面の面積は、前記第１電極ブロックの前記下面の面積よりも小さい、
   電流検出用抵抗器。
3. 請求項２に記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記延出部の前記下端面と、前記第１電極ブロックの前記下面とは、同一平面上にある、
   電流検出用抵抗器。
4. 請求項２または３に記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記延出部の前記下端面の面積は、前記電極部の前記側面の面積よりも大きい、
   電流検出用抵抗器。
5. 請求項２から４のいずれか１つに記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記延出部のうち積層方向と平行に延びる部分における前記積層方向に直交する断面の面積は、前記下端面まで同じ大きさである、
   電流検出用抵抗器。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記電極部の厚さは、前記電極部の抵抗値が前記抵抗体の抵抗値の１０分の１以下となるように設定される、
   電流検出用抵抗器。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記抵抗体の比抵抗は、２００μΩ・ｃｍ以上３００００μΩ・ｃｍ以下である、
   電流検出用抵抗器。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記抵抗体は、
   アルミナ、窒化アルミ、窒化ケイ素及びジルコニアからなる群から選択される少なくとも一つにより形成された絶縁粒子と、
   ニクロム、銅マンガン、及び銅ニッケルからなる群から選択される少なくとも一つにより形成された金属体と、を含む、
   電流検出用抵抗器。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の電流検出用抵抗器であって、
   前記抵抗体と、前記第１電極ブロックと、前記第２電極ブロックと、は、絶縁材によりモールド成形される、
   電流検出用抵抗器。
10. 請求項９に記載の電流検出用抵抗器であって、
    前記第２電極ブロックは、少なくとも一部が露出した状態でモールド成形される、
    電流検出用抵抗器。

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