分流电阻模块的制作方法

1.本发明涉及一种配备有分流电阻的分流电阻模块。


背景技术：

2.例如，为了检测功率半导体设备等设备的电流，而使用分流电阻器。
3.分流电阻器公知的有例如专利文献1所示那样的表面安装式或板状的构造体。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2013-201339号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.在功率半导体等高压用途(电流检测)中，需要能应对大电流的分流电阻器的结构，其结果是分流电阻器的尺寸变大，存在对基板的安装面积增大的问题。
9.因此，本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种小型化、能够应对大电流、能够高精度地进行电流检测的分流电阻模块。
10.解决问题的方案
11.本发明的一种方式的分流电阻模块，其特征在于，包括：分流电阻器，具有多个柱状的电阻体、以及位于所述电阻体的两端的电极；以及基板，具有能够容纳所述电阻体的多个通孔、以及插入到所述通孔的用于检测所述分流电阻器的所述电极间的电压的多个电压检测端子，各电压检测端子聚集在所述分流电阻器的重心附近。
12.发明的效果
13.根据本发明的分流电阻模块，将构成分流电阻器的多个柱状电阻体分别容纳于设置于基板上的各个通孔，此外，将多个电压检测端子聚集在分流电阻器的重心附近。由此，能够以小型化做成为可应对大电流的构造，并且能够对于电压检测端子，减少电流流过分流电阻器时产生的磁通量的影响，能够高精度地进行电流检测。
附图说明
14.【图1a】图1a为第一实施方式的分流电阻模块的俯视图。
15.【图1b】图1b为第一实施方式的分流电阻模块的后视图。
16.【图2】图2为沿着图1a示出的a-a线切断并从箭头方向观察到的分流电阻模块的截面图。
17.【图3a】图3a为表示插通于基板的分流电阻器的局部放大截面图。
18.【图3b】图3b为表示插通于基板的分流电阻器的局部放大截面图。
19.【图4】图4为用于说明磁通量的抵消效果的分流电阻模块的示意图。
20.【图5】图5为表示两个分流电阻器和电压检测端子的配置例的局部放大俯视图。
21.【图6】图6为表示三个分流电阻器和电压检测端子的配置例的局部放大俯视图。
22.【图7】图7为表示四个分流电阻器和电压检测端子的配置例的局部放大俯视图。
23.【图8】图8为表示八个分流电阻器和电压检测端子的配置例的局部放大俯视图。
24.【图9a】图9a为用于说明从电压检测端子引出信号线的位置的分流电阻模块的示意图(立体图)。
25.【图9b】图9b为图9a的截面示意图。
26.【图10a】图10a为表示信号线的引出例的内层面图。
27.【图10b】图10b为表示接地线的引出例的内层面图。
28.【图10c】图10c为层压板的截面示意图。
29.【图11】图11为表示从基板表面引出信号线的变形例的分流电阻模块的示意图。
30.【图12】图12为第二实施方式的分流电阻模块的示意立体图。
31.【图13】图13为第三实施方式的分流电阻模块的分解立体图。
32.【图14a】图14a为第三实施方式的分流电阻模块的表面立体图。
33.【图14b】图14b为第三实施方式的分流电阻模块的背面立体图。
34.【图15】图15为第三实施方式的从背面观察到分流电阻模块的分解立体图。
具体实施方式
35.以下将参照附图说明本实施方式的分流电阻模块。
36.本发明人反复认真反复研究的结果是得出了本发明，其为了应对大电流，而将分流电阻器从以平面方式配置在基板上的结构变更为插通到基板的结构，并且能够抑制电流流过分流电阻器时产生的磁通量对电压检测端子的影响。
37.也就是说，本实施方式的分流电阻模块，其特征在于，包括：
38.(1)分流电阻器，具有多个柱状的电阻体、以及位于所述电阻体的两端的电极；以及
39.(2)基板，具有能够容纳所述电阻体的多个通孔、以及插入到所述通孔的用于检测所述分流电阻器的所述电极间的电压的多个电压检测端子，
40.(3)各电压检测端子聚集在所述分流电阻器的重心附近。
41.以下说明第一实施方式的分流电阻模块1的构造。
42.＜第一实施方式的分流电阻模块1＞
43.图1a为第一实施方式的分流电阻模块的俯视图，图1b为第一实施方式的分流电阻模块的后视图，图2为沿着图1a示出的a-a线切断并从箭头方向观察到的分流电阻模块的截面图。图3a和图3b表示插通于基板的分流电阻器的局部放大截面图。
44.如图1a、图1b以及图2所示，分流电阻模块1具备：多个分流电阻器2和以可容纳方式支撑分流电阻器2的电阻体4的基板。
45.(分流电阻器2)
46.如图3a和图3b所示，分流电阻器2是在高度方向(z方向)上具有高度的柱状(棒状)，例如以圆柱形状形成。
47.分流电阻器2构成为具有柱状的电阻体4、以及在电阻体4的上下两端配置的第一电极5和第二电极6。第一电极5和第二电极6比电阻体4的电阻值低。虽然不限定材质，例如，
电阻体4是cu－ni系、cu－mn系、ni―cr系等金属，电极5、6是cu等金属。在图3a中，位于电阻体4上端的第一电极5的直径大于电阻体4的直径，还大于在基板3上形成的通孔7的直径。此外，在图3a中，位于电阻体4下端的第二电极6的直径与电阻体4的直径大致相同。如上所述，由于第一电极5的直径比基板3的通孔7的直径大，将分流电阻器2插入基板3的通孔7时，第一电极5卡在基板3的表面3a以防止脱落。如图3a所示的那样，分流电阻器2的第一电极5通过焊料层20与在基板3的表面3a形成的表面导电部10电连接。此外，分流电阻器2的第二电极6通过焊料层20与在基板3的背面3b形成的背面部11电连接。如图3a所示的那样，电阻体4被容纳在通孔7内。
48.在图3a中，即使在第二电极6和基板3的通孔7之间空出一些间隙的情况下，也能够防止焊料粘到容纳于通孔7内的电阻体4上，不影响电阻特性。
49.图3b中示出的分流电阻器2的第二电极6与图3a不同，比电阻体4的直径略大，但比第一电极5的直径小。例如，图3b中示出的第二电极6的直径与通孔7的直径大致相同。由此，能够将分流电阻器2从第二电极6一侧插入通孔7。在图3b中，在分流电阻器2插入了通孔7的状态下，第二电极6的一部分进入基板3的通孔7内。填充第二电极6与通孔7之间的间隙，有效防止焊料层20侵入该间隙，并且能够使第二电极6和背面导电部11之间通过焊料层2适当地导通连接。
50.(基板3)
51.如图1a、图1b以及图2中示出的那样，在基板3上形成能够容纳分流电阻器2的电阻体4的多个通孔7和多个电压检测端子8a、8b。基板3例如是印刷电路板，基板3的表面3a或背面3b上，还安装了分流电阻器2之外的未图示的各种电子部件。
52.图1a和图1b中示出的实施方式中，因为在基板3上支撑的分流电阻器2的数量是四个，在基板3上形成有4个通孔7。各通孔7从基板3的表面(第一面)3a形成到表面3a相对的背面(第二面)3b。如图2所示出的那样，表面3a和背面3b优选为与xy平面平行的面。
53.在基板3的表面3a上，设有图3a所示的表面导电部10，基板3的背面3b上，设有图3a所示的背面导电部11。表面导电部10与导通设置部12连接，该导通设置部12用于与母线等外部配线部件14电连接(参照图2)，表面导电部10，除了与第一电极5焊接的通孔7的周围区域外涂覆有绝缘层21。背面导电部11除了与第二电极6导通的部位等之外也涂覆有绝缘层。
54.如图2所示出的那样，各分流电阻器2在插通于基板3的各通孔7而电阻体4被容纳于通孔7的状态下，各分流电阻器2的电极5、6分别焊接于表面导电部10和背面导电部11上，从而电连接在一起(参照图3a、图3b)。
55.如图1a所示出的那样，在远离通孔7的位置，形成有导通设置部12。在导通设置部12上，例如形成有贯通基板3的固定孔12a。如图2那样，母线等外部配线部件14设置在导通设置部12上部，通过将螺钉等固定部件15穿过固定孔12a，能够将外部配线部件14适当地固定支撑在基板3上部。通过外部配线部件14流经基板3的电流，经过表面导电部10－分流电阻器2－背面导电部11的电流路径。
56.如图1a、图1b所示的那样，在基板3上形成两个电压检测端子8a、8b。这些电压检测端子8a、8b，例如是从基板3的表面3a到背面3b形成的通孔的内壁表面形成有导电层的结构。第一电压检测端子8a与表面导电部10电连接，与背面导电部11非电连接。如图1b所示的那样，背面导电部11和第一电压检测端子8a之间是电性断开的。一方面，第二电压检测端子
8b与背面导电部11电连接，与表面导电部10非电连接。
57.如图1a所示的那样，从各电压检测端子8a、8b分别沿着基板3的内层面引出信号线16、17，例如，这些信号线16、17与基板3的背面3b侧的第一外部连接端子23和第二外部连接端子24电连接。如图1b所示的那样，在基板3的背面3b上，除了第一外部连接端子23和第二外部连接端子24还设有接地端子25。另外，第一外部连接端子23、第二外部连接端子24以及接地端子25可以在基板3的表面3a形成，也可以在基板3的表面3a和背面3b分开形成。
58.第一外部连接端子23和第二外部连接端子24与未图示的电流计连接，第一外部连接端子23和第二外部连接端子24之间的电压值，即测量分流电阻器2的电极5、6间的电压值。在本实施方式中，能够测量四个分流电阻器2的合成电压值。此时，由于分流电阻器2的电阻体4的电阻值是已知的，根据欧姆定律，能够检测电流值。这样，图1中示出的分流电阻模块1能够作为电流检测装置使用。
59.如图3a等所示的那样，本实施方式中，分流电阻模块1中适用的分流电阻器2的电阻体4由于是柱状，与平板状的构成相比，能够确保小型化和大横截面积，而不扩大基板3的安装面积，能够应对大电流。此外，在本实施方式中，是将柱状的电阻体4容纳至基板3的通孔7的结构，能够实现使分流电阻模块1缩短。另外，在本实施方式中，因为使用多个柱状的电阻体4，能够进一步降低电阻值，能够更有效地应对大电流。
60.(关于电压检测端子8a、8b的配置)
61.在本实施方式中，设计电压检测端子8a、8b的配置，构造为尽量不受电流流经分流电阻器2时产生的磁通量的影响。磁通量的抵消效果用图4的示意图来说明。
62.在图4中，两个分流电阻器2在基板3的表面3a和背面3b之间在俯视观察的情况下空出间隔配置。另外，虽然在图4中省略了，但如图3a和图3b中说明的那样，在各分流电阻器2中，柱状的电阻体4的上下端被设有电极5、6。在图4中，分流电阻器2虽然是以棒状图示的，实际上，是图3a、图3b的构造。在图4中，假定有从基板3的背面3b经由各分流电阻器2而流至基板3的表面3a的电流路径a，则根据右手螺旋定律，以各分流电阻器2为轴，在各分流电阻器2的周围产生磁通量(磁场)b。若电压检测端子8受磁通量的影响，则电压值变动，不能够测量正确的电流值，因此，需要尽量弱化磁通量对电压检测端子8的影响。
63.如图4的电流路径a所示的那样，在各分流电阻器2中由于电流流经的方向相同，在各分流电阻器2的周围产生相同方向的磁通量。因此，各分流电阻器2之间的位置，因为磁通量的方向相反而会相互抵消，如图4所示的那样，由于将电压检测端子8配置于两个分流电阻器2之间，能够弱化磁通量b对电压检测端子8的影响。优选地，由于将电压检测端子8配置于两个分流电阻器2之间，能够适当地发挥磁通量b的抵消效果，能够更有效地抑制对电压检测端子8的磁通量影响。
64.在本实施方式中，如上述(3)中记载的那样，使各电压检测端子8a、8b聚集在分流电阻器2的重心附近。各电压检测端子8a、8b的具体配置通过图5～图8说明。
65.在图5中，是在两个通孔7容纳分流电阻器2的电阻体4(未图示)而配置了两个分流电阻器2的例子。如图5所示的那样，各分流电阻器2在y方向上被空出间隔地配置。这里，所谓“重心”，包含物理的重心和几何的重心中的任一个概念。在图5所示的分流电阻器2的重心o1从各分流电阻器2的中心o2向各分流电阻器2的排列方向即y方向上距离相等。另外，换句话说，重心o1也能够被解读为各通孔7的重心。
66.然后，如图5所示的那样，两个电压检测端子8a、8b在俯视观察的情况下聚集在分流电阻器2的重心o1附近。
67.如图5所示的那样，两个电压检测端子8a、8b在横跨重心o1的x方向(与y方向正交的方向)上等距配置。换句话说，电压检测端子8a、8b的重心o3与分流电阻器2的重心o1一致。
68.图6是三个通孔7容纳分流电阻器2的电阻体4(未图示)，且配置了三个分流电阻器2的例子。
69.在图6中，三个分流电阻器2的中心o2在同心圆c1上以每120度为间隔配置。然后，两个电压检测端子8a、8b聚集在与各分流电阻器2的中心o2等距离的重心o1附近。各电压检测端子8a、8b至少配置在同心圆c1内。如图6所示的那样，两个电压检测端子8a、8b夹着重心o1在y方向上等距离配置。换句话说，电压检测端子8a、8b的重心o3与分流电阻器2的重心o1一致。
70.图7是在四个通孔7容纳分流电阻器2的电阻体4(未图示)，而配置了四个分流电阻器2的例子。在图7中，四个分流电阻器2的中心o2在同心圆c2上以每90度为间隔配置。
71.在图7中，四个分流电阻器2在x方向和y方向上以矩阵配置。然后，两个电压检测端子8a、8b聚集在与各分流电阻器2的中心o2等距离的重心o1附近。各电压检测端子8a、8b至少配置在同心圆c2内。如图7所示的那样，两个电压检测端子8a、8b夹着重心o1在y方向上等距离配置。换句话说，电压检测端子8a、8b的重心o3与分流电阻器2的重心o1一致。
72.图8是在八个通孔7容纳分流电阻器2的电阻体4(未图示)而配置了八个分流电阻器2a、2b的例子。
73.在图8中，四个分流电阻器2a的中心o2在同心圆c3上以每90为间隔配置，在x方向和y方向上以矩阵配置。进一步地，在四个分流电阻器2a外侧，剩余的四个分流电阻器2b的中心o2在比同心圆c3的直径大的同心圆c4上以每90度为间隔配置，分流电阻器2a和分流电阻器2b以每45度为间隔配置。八个分流电阻器2的物理的重心为重心o1，两个电压检测端子8a、8b聚集在重心o1附近。各电压检测端子8a、8b至少配置在同心圆c3内。如图8所示的那样，两个电压检测端子8a、8b夹着重心o1在y方向上等距离配置。换句话说，电压检测端子8a、8b的重心o3与分流电阻器2的重心o1一致。
74.在上述图5～图8的配置例中，任一各电压检测端子8a、8b都聚集在分流电阻器2的重心o1附近，据此，能够有效地抑制磁通量对各电压检测端子8a、8b的影响。
75.此外，如上述那样，由于使各电压检测端子8a、8b的重心o3和各分流电阻器2的重心o1一致，能够更为有效地提高磁通量的抵消效果，能够进行精确的电流检测。
76.(关于信号线16、17的引出位置)
77.在本实施方式中，在改良各电压检测端子8a、8b的配置之外，还改良了从各电压检测端子8a、8b引出的各信号线16、17的引出位置。
78.图9a为用于说明从电压检测端子引出信号线的位置的分流电阻模块的示意图(立体图)，图9b为图9a的截面示意图。
79.如图9a和图9b所示的那样，从各电压检测端子8a、8b引出的信号线16、17是从基板3的厚度方向相同高度引出。在本实施方式中，优选的各信号线16、17一定从相同高度引出。由于各信号线16、17从相同高度引出，能够使从电压检测端子8a到信号线16的信号线接收
的磁通量的强度与从电压检测端子8b到信号线17的信号线接收的磁通量强度彼此接近，能够最大限度地利用磁通量的抵消效果，并且，尽量不受到产生的磁通量的影响地引出各信号线16、17，从而能够更有效地缩小磁通量差，能够进行更精确的电流检测。
80.关于各信号线16、17和接地线19的引出相关联的具体的构成通过图10a～图10c说明。图10a为信号线的引出例的内层面图，图10b为表示接地线的引出例的内层面图，图10c为层压板的截面示意图。
81.如图10c所示的那样，基板3是多个层30～33层叠而成的层压板。从各电压检测端子8a、8b引出的信号线16、17，例如配置于图10c中示出的层31和层32之间的同一中央内层面31a上。这样，信号线16、17从同一高度引出。在这一实施方式中，中央内层面31a位于基板3的厚度中心。如图10a所示的那样，信号线16、17在中央内层面31a上部，从各电压检测端子8a、8b被引出到与外部连接端子23、24(参照图1b)连接的通孔导通部22a、22b。如图10a和图10b所示的那样，各信号线16、17以比接地线19尽量细的图案形成。
82.此外，图10b中示出的接地线19，能够在中央内层面31a以外的内层面形成，例如在层30和层31之间的内层面30a上部形成。如图10b所示的那样，接地线19从电压检测端子8b被引出到与接地端子25(图1b参照)连接的通孔导通部22c。
83.图9a、图9b以及图10a～图10c，各信号线16、17从基板3内的同一内层面引出，例如图11所示的那样，各信号线16、17例如能够沿基板3的表面3a引出。例如，若信号线16、17在与电流路径a垂直的方向(x方向)引出，则妨碍电流路径a，因此优选的是各信号线16、17的引出方向与电流路径a相同方向(在图11中为y方向)。
84.＜第二实施方式的分流电阻模块＞
85.在以上说明的第一实施方式的分流电阻模块1中，多个电压检测端子8a、8b在俯视观察的情况下空出间隔配置。此时，为了各电压检测端子8a、8b难以受到磁通量的影响，而使电压检测端子8a、8b聚集在分流电阻器2的重心o1的附近。
86.另一方面，在第二实施方式中，如图12所示的那样，使第一电压检测端子8a、第二电压检测端子8b和分流电阻器2的重心o1位于基板3的沿厚度方向(z方向)的同一直线l上。这样的构成通过将基板3作为建构布线基板而能够实现。这样，因为使第一电压检测端子8a、第二电压检测端子8b与分流电阻器2的重心o1在高度方向(z方向)上一致，第一电压检测端子8a和第二电压检测端子8b能够配置在最能抵消磁通量的中心位置，从而能够进行更精确的电流检测。
87.＜第三实施方式的分流电阻模块＞
88.图13为第三实施方式的分流电阻模块的分解立体图。图14a为第三实施方式的分流电阻模块的表面立体图，图14b为背面立体图。图15为第三实施方式的从背面观察到分流电阻模块的分解立体图。
89.如图13所示的那样，多个柱状的电阻体4的上端与公共的第一电极5连接。一方面，各电阻体4的下端设有第二电极6。这样，在图13中，多个电阻体4固定在公共的第一电极5上构成一体型分流电阻器2。在分流电阻器的第一电极的中央，形成有用于使用固定部件41固定母线40的固定孔2c。另外，此固定孔2c形成到第一电极5的中途，并没有贯穿。
90.如图13所示的那样，在基板3中，形成与电阻体4的数量相同的通孔7。各通孔7形成有与第二电极6大致相同的直径或比第二电极6的直径略大的直径。在这一实施方式中，通
孔7和第二电极6的直径大致相同。
91.如图13所示的那样，在基板3的中心，形成多个电压检测端子8a、8b。电压检测端子8a、8b的优选配置是以图7所说明的那样。在基板3的表面，形成有表面导电部10的图案。表面导电部10在分流电阻器2设置时，与分流电阻器2的第一电极5接触。此外，如图15所示的那样，在基板3的背面形成有背面导电部11。另外，背面导电部11除了与第二电极6的连接部位之外，被抗蚀剂等的绝缘层覆盖。此外，如图13所示的那样，在基板3的侧面，从各电压检测端子8a、8b引出信号线16、17。
92.另外，在图13中，基板3只图示了分流电阻器2的搭载部分，实际上，还具有更大的面积，搭载有未图示的各种电子部件。
93.图13中示出的分流电阻器2的各电阻体4和各第二电极6通过各通孔7，将分流电阻器2设置在基板3的表面。进一步地，第一电极5和表面导电部10之间、以及第二电极6和背面导电部11之间分别进行焊接，从而完成图14a和图14b示出的分流电阻模块。图14a和图14b中示出的编码20是焊料层。
94.此外，虽然说明了本实施方式和变形例，但作为其他的实施方式，也可以是将上述全部实施方式和变形例进行整体的或部分的组合。
95.此外，本实施方式不限于上述的实施方式和变形例，在不脱离技术思想主旨的范围内可以有各种变更、替换或变形。进一步地，由于技术进步或衍生的其他技术，能够通过其他方式实现该技术的构思，也可以用该方法实施。因此，权利要求书的范围覆盖了可以包含在技术构思范围内的全部实施方式。
96.下面整理了上述实施方式的特点。
97.在上述实施方式中记载的分流电阻模块，包括：分流电阻器，具有多个柱状的电阻体、以及位于所述电阻体的两端的电极；以及基板，具有能够容纳所述电阻体的多个通孔、以及插入到所述通孔的用于检测所述分流电阻器的所述电极间的电压的多个电压检测端子，各电压检测端子聚集在所述分流电阻器的重心附近。
98.此外，在本实施方式的分流电阻模块中，优选的，所述分流电阻器的重心与多个所述电压检测端子的重心一致。
99.此外，在本实施方式的分流电阻模块中，优选的，来自所述每个电压检测端子的信号线，从相同高度位置引出。
100.此外，在本实施方式的分流电阻模块中，优选的，所述分流电阻器的重心和各电压检测端子与所述基板的高度方向在同一直线上。
101.工业上的可利用性
102.如上所述，本发明的分流电阻模块，其小型化，能够应对大电流，能够高精度地进行电流检测，例如，能够适用于功率半导体装置等的控制用途的电流检测、电池的能源管理。
103.本技术基于2019年10月11日申请的日本专利申请no.2019-187875。该内容全部包含在此。