CN112955755B - 电流检测装置 - Google Patents

Abstract

一种电流检测装置，包括：由多个绝缘层层叠而成的层叠体；设置于所述层叠体的内层中的电流检测元件；与所述电流检测元件隔层间绝缘层设置的电流线路，用于使电流流过所述电流检测元件；贯通所述层间绝缘层而连接所述电流检测元件和电流线路的多个电流过孔；以及与所述电流检测元件电连接的电压检测过孔，用于获取该电流检测元件的电压降。

Description

电流检测装置

技术领域

本发明涉及一种电流检测装置。

背景技术

在现有技术中，提出一种由电阻元件内嵌型基底构成的电流检测装置，在所述电阻元件内嵌型基底内，电流检测电阻元件内嵌于由多个绝缘层(陶瓷层)层叠而成的层叠体内(例如，见专利文献1和专利文献2)。

在专利文献1中，通过在贯通彼此层叠的多个绝缘层的过孔内填入金属的方式连接电阻器的电极，从而提高嵌于层叠基底内的电阻器的散热效果。

专利文献2公开的技术采用与专利文献1类似的结构，但是其中通过调节沿预定方向排列的多个第一(第二)感测过孔导体的个数，可在无需分别调节各个第一(第二)感测过孔导体的过孔直径的情况下，通过将多个第一(第二)感测过孔导体并联而以一种等效的虚拟方式增大电阻器的电阻膜宽度W，从而实现对电阻膜宽度的等效虚拟调节。

通过这种方式，可在不改变与电流检测电阻的电阻膜连接的各第一、第二感测过孔导体的直径的情况下，容易地实现层叠体内所设电流检测电阻的阻值设计。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：公开号为2014-239142的日本专利申请

专利文献2：公开号为2015-002333的日本专利申请

发明内容

本发明待解决的问题

随着电流检测装置的尺寸越来越小，电阻器的内嵌设置方式日益发展。对于作为内层的金属铜图案，由于高厚度的此类图案的形成逐渐成为可能，因此对于所流过电流相对较大的分流电阻器而言，人们正在探讨以嵌入层叠基底内的分流电阻器代替安装于基底上的分流电阻器。

对于安装于基底上的现有分流电阻器，为了确定此类分流电阻器的合适使用方法，人们已对电流图案以及电压检测图案的布线方式进行了验证。然而，对于嵌入基底的电流检测装置，目前几乎尚无与适合于此类电流检测装置的电压检测结构以及与该电压检测结构关联的电流检测精度的改善相关的提议。

本发明的目的在于提高使用基底内嵌电阻器的电流检测装置的电流检测精度。

解决问题的技术手段

根据本发明的一个方面，提供一种电流检测装置，包括：由多个绝缘层层叠而成的层叠体；设于所述层叠体内层中的电流检测元件；与所述电流检测元件隔层间绝缘层设置的电流线路，用于使电流流过所述电流检测元件；贯通所述层间绝缘层而连接所述电流检测元件和电流线路的多个电流过孔；以及与所述电流检测元件电连接的电压检测过孔，用于获取该电流检测元件的电压降。

优选地，还设有通过所述电压检测过孔与所述电流线路连接的电压线路。

优选地，所述多个电流过孔中包括设于靠近所述电流检测元件的电阻体的位置上的邻近过孔。

所述电压检测过孔可设置为至少部分与所述邻近过孔重叠。

通过所述电流线路置于所述邻近过孔与所述电压检测过孔之间的方式使所述邻近过孔与所述电压检测过孔连接。

所述邻近过孔的直径可大于所述电压检测过孔的直径。

本说明书包含作为本申请优先权基础的申请号为2018-172587的日本专利申请的公开内容。

发明效果

根据本发明，可以提高使用基底内嵌电阻器的电流检测装置的电流检测精度。

附图说明

图1为本发明实施方式的电流检测装置的一种例示结构分解透视图。

图2为图1结构的截面图。

图3为形成有电流线路的片层的一种例示结构透视图。

图4A为分流电阻器和过孔的例示结构透视图。

图4B所示为图4A中电流过孔与电压检测过孔之间的一种例示位置关系。

图5为电流检测装置的例示电路结构功能框图。

图6为图4A结构的第一变形实施例透视图。

图7为图4A结构的第二变形实施例透视图。

图8为图4A结构的第三变形实施例透视图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细说明本发明一种实施方式的电流检测装置。

图1为本发明实施方式的电流检测装置的一种例示结构分解透视图。图2为图1结构的截面图。图4A为形成有电流线路的片层的一种例示结构透视图。图4为无源器件(如分流电阻器)与过孔的详细例示结构透视图。图4B所示为图4A中电流过孔与电压检测过孔之间的一种例示位置关系。

如图1，图2及图3所示，本实施方式电流检测装置A由多个绝缘层构成，这些绝缘层例如为通过将由以氧化钡、二氧化硅、氧化铝等为主成分的陶瓷材料形成的多个陶瓷坯片11，……，17，21，31按从下至上的顺序层叠后进行烧结而形成的陶瓷层叠体。除了陶瓷材料之外，本发明也可由多层树脂类基片形成的多层树脂基底构成。

底部基片B例如由陶瓷坯片11-1，2，3，……，n(n为1以上的整数)的层叠体构成。由该层叠体构成的底部基片中，各个陶瓷坯片11-3，……，n例如在层叠过程中在相同区域内形成开孔15-3，……，n。

由此可见，可无需在所有陶瓷坯片11-1，2，3，……，n中均形成开孔。举例而言，在图1示例中，底层陶瓷坯片11-1，2不设开孔。在该情形中，分流电阻器1设置于未形成开孔15的第一底部基片B1上以及形成有开孔15的第二底部基片B2的该开孔15内。

分流电阻器1嵌于开孔15-3，……，n内，并位于陶瓷坯片11-1，2上。分流电阻器1例如含有电阻体3以及与该电阻体两端连接的第一电极5a和第二电极5b。

第一电极5a和第二电极5b由Cu等导电金属材料构成。作为电阻体3的材料，可以使用Cu-Ni类、Cu-Mn类、Ni-Cr类等金属材料。分流电阻器1既可以为单纯的Cu-Ni类等金属，也可为电阻金属材料构成的膜状结构。凡此种种统称电流检测元件。

此外，陶瓷坯片11-1～n上还设置陶瓷坯片17，21，31等，以构成层叠体。如此，分流电阻器1即设置于层叠体的内部。

在形成上述结构以后，通过压力处理和低温烧结处理，使得陶瓷坯片形成一体。其中，通过预先在陶瓷坯片内混入玻璃，可以在800℃左右的较低温度下实现烧结。因此，可以在形成分流电阻器1以及下述含有Ag等物质的金属线路等之后，实施用于使其形成一体的烧结处理。

在陶瓷坯片17中，内含分流电阻器1的第一电极5a和第二电极5b的部分上分别形成第一电流线路41a和第二电流线路41b。第一电流线路41a和第二电流线路41b例如通过丝网印刷形成。

在陶瓷坯片17中，第一电极5a与第一电流线路41a沿层叠方向重叠的区域内形成多个导电过孔(也称金属过孔、导电性过孔等)18a-1，2，3，……，18a-9(统称18a)，这些导电过孔分别填充在贯通孔(接触孔：CH)内。

此外，在陶瓷坯片17中，第二电极5b与第二电流线路41b沿层叠方向重叠的区域内形成导电过孔18b-1，2，3，…18b-9(统称18b)，这些导电过孔分别填充在设于与陶瓷坯片17的平面内方向隔开的面积相对较小的多个贯通孔内。此外，此类电流过孔共同以标记18表示。

举例而言，可通过以排列有针状部件的开孔模具在陶瓷坯片17中开孔而形成贯通孔，并通过在贯通孔内填充导电金属而形成导电过孔。

如上所述，陶瓷坯片17，21还用做线路与分流电阻器之间的层间绝缘层。

陶瓷坯片21由陶瓷坯片层叠片21-1，21-2，……，21-m构成。各层叠片21-1，21-2，……，21-m中，在分别与电流过孔18a-2，18b-2沿垂直方向对应的位置上分别设有过孔导体23-1a～23-ma以及过孔导体23-1b～23-mb。过孔导体23-1a～23-ma和过孔导体23-1b～23-mb与设于陶瓷坯片31上的电压线路33a，33b电连接。

过孔18a，18b的数目可以为任意数目，并且可例如按照3×3或7×3等方式排列设置。下文中，将过孔18a，18b称为“电流过孔”。此外，多个电流过孔在平面内的设置方式可例如为：相对于分流电阻器1的长边方向(即电极-电阻-电极排列方向)，分别在与该方向平行和垂直的方向上，使电流过孔相互间隔开预定距离的方式排列设置。在图1之后，均以3×3的基本排列方式为例进行说明。

同样地，如图2所示，第一电极5a与第一电流线路41a之间以及第二电极5b与第二电流线路41b之间分别通过多个电流过孔18电连接。如此，即可通过分流电阻器1检测第一电流线路41a和第二电流线路41b上流过的电流。过孔导体23-1a～23-ma和过孔导体23-1b～23-mb分别形成电压检测过孔19。一侧的电压检测过孔19以与电流过孔18a-2大致处于同一直线的方式层叠，第一电流线路41a置于两者之间；另一侧的电压检测过孔19以与电流过孔18b-2大致处于同一直线的方式层叠，第二电流线路41b置于两者之间。

如此，在分流电阻器1的电极与电流线路41a，41b之间设有绝缘性的陶瓷坯片17的情况下，通过形成在陶瓷坯片17内的多个电流过孔18将分流电阻器1的电极与电流线路41a，41b电连接，从而使得分流电阻器1内稳定地流过较大的电流。

通过这种方式，可以使电流检测装置A的操作具有稳定性，从而提高与电流检测装置A的操作相关的可靠性。此外，还可提高电流检测装置A的电流检测精度。

图4A为分流电阻器1和电流过孔18的一种详细的例示结构透视图。图中，还一并示出了为了获取第一电极5a和第二电极5b之间电压降的电压检测过孔。图4B所示为图4A中的电流过孔与电压检测过孔之间的一种例示位置关系。

图4A中，通过将左半部分区域的电流线路41a以虚线绘出而清楚地展示过孔结构，而右半部分区域的电流线路41b以实线绘出，且电压线路33b以虚线绘出。图6至图8与此同。位于电流线路41下方的过孔18为电流过孔。在该结构中，电流过孔18与电压检测过孔19沿陶瓷坯片17的层叠方向重叠，电流线路41a，41b置于两者之间。

与分流电阻器1的电阻体3最为接近的电流过孔例如为邻近过孔18a-1～3和邻近过孔18b-1～3，电压检测过孔19分别层叠于这些邻近过孔当中的邻近过孔18a-2和18b-2的上方。

此外，电压检测过孔19上形成电压线路33a，33b。通过这种结构，可以将电压检测过孔19分别设置于第一电极5a和第二电极5b中与电阻体3最为邻近的位置上。如此，可以缩短电压检测过孔19与电阻体3之间的距离，从而减小分流电阻器1的电极5a，5b(由Cu等材质形成)对TCR的影响。图4B所示为电压检测过孔19与位于其下方的电流过孔18之间的位置关系。在图4B(a)示例中，电压检测过孔19与电流过孔18沿X方向彼此错开。其中，由于电压检测过孔19与电流过孔18之间存在重叠部分，因此仍旧能够维持电流检测精度。与此相对，在图4B(b)示例中，电压检测过孔19与电流过孔18沿Y方向彼此错开，而且相互之间不存在重叠部分。虽然图中未示出，但是电压检测过孔19与电流过孔18通过线路41导通。电流检测过孔19优选尽可能地与电极5的电阻体3邻近部分连接。然而，在图4B(b)例示结构中，构成电流路径的Cu线路41需要经过电压检测过孔与电流过孔18之间错开的距离，从而使得电压检测过孔基本上连接在与电阻体3远离的位置上。如此，会对线路41等物的TCR造成影响，不利于高精度的电流检测。

图5为电流检测装置的例示电路结构功能框图。该图所示为分流电阻器1处于安装状态的一例。分流电阻器1设置于形成在陶瓷坯片17内的线路41a，41b之间。分流电阻器1的电极5a，5b分别与用于测量电压的电压线路19，19连接。电压线路19，19的另一端与IC连接。此外，虽然图1和图2等图中未示出该IC，但是其可装于由层叠体构成的电流检测装置A上或内嵌于其中，也可与电流检测装置A分立并通过线路连接。这些部件总体构成电流检测模块X。IC内含A/D转换电路63、放大电路65及微计算电路67等，并向各种设备输出与电压信号相应的信号。通过这一结构，可以形成能够通过分流电阻器1测量线路41a，41b电流的电流检测模块X。

如上所述，根据本实施方式，可以提高使用基底内嵌型分流电阻器的电流检测装置的电流检测精度。此外，还可提高电流检测装置的可靠性。另外，还可减小对TCR的影响。

(第一变形实施例)

图6为本实施方式第一变形实施例电流检测装置中分流电阻器与过孔结构透视图，与图4A对应。如图6所示，在该第一变形实施例中，电压检测过孔19的直径R2小于电流过孔18a-2的直径R1(标于图中18-7的位置)。电流过孔18b-2与此同。

通过这种方式，可易于使电压检测过孔19处于电流过孔18的平面内，而且即使当电压检测过孔19与电流过孔18之间的相对位置在陶瓷坯片(17)的平面方向上存在一定程度的层叠错位，也能够减小因该错位引起的对电流检测精度的影响。

(第二变形实施例)

图7为本实施方式第二变形实施例电流检测装置中分流电阻器与过孔结构透视图，与图4A对应。

如图7所示，在该第二变形实施例中，电压检测过孔19与分流电阻器1的电极5a，5b直接连接，电流线路41a，41b不处于两者之间。也就是说，电流过孔18不设于靠近电阻体3的区域AR1，AR2内。电流过孔18的数目为多个。

通过这种方式，可实现省去将电流过孔18位置与电压检测过孔19位置对准这一步骤的优点。

然而，由于必须确保电压检测过孔19的专用区域，因此本实施方式的电流线路41a，41b有效连接面积小于其他实施方式。

(第三变形实施例)

图8为本实施方式第三变形实施例电流检测装置中分流电阻器与过孔结构透视图，与图4A对应。

如图8所示，在该第三变形实施例中，形成有多个电流过孔18，从而确保电流线路41a，41b的有效连接面积。在该布线方式中，电压检测过孔19设于电流过孔18a-2和18a-3之间，并相对于电阻体3与电极5a，5b的连接平面的延伸方向，与其错开距离L3。电极5b与此同。

如此，由于形成多个电流过孔18，因此可以确保稳定的电流路径。此外，由于电压检测过孔19既不与电流过孔18a-2重叠，也不与电流过孔18a-3重叠，因此还具有无需将电流过孔18位置与电压检测过孔19位置对准的优点。然而，本实施方式的电流检测精度劣于其他实施方式。

上述实施方式并不局限于附图所示的各种结构，在能够实现本发明效果的范围内还可进行适当改变。此外，只要不脱离本发明目的的范围，还可在适当变更后实施。另外，本发明的各组成要素可以进行任意的取舍和选择，所有具备通过此等取舍和选择而获取的结构的发明同样涵盖于本发明中。

工业实用性

本发明可用于电流检测装置。

附图标记

A 电流检测装置

B 底部基片

X 电流检测模块

1 分流电阻器

3 电阻体

5a 第一电极

5b 第二电极

11-n，……，1 底部基片的陶瓷坯片(绝缘层)

15-3，……，n 开孔

17，21 陶瓷坯片(层间绝缘层)

18a-1，2，3，……，9 电流过孔

18b-1，2，3，……，9 电流过孔

18a-1，2，3 邻近过孔

18b-1，2，3 邻近过孔

19 电压检测过孔

31 陶瓷坯片(形成有电压线路的顶部绝缘层)

33a 第一电压线路

33b 第二电压线路

41a 第一电流线路

41b 第二电流线路

本说明书中引用的所有出版物、专利及专利申请皆因该引用而完整并入本说明书中。

Claims (6)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：

一层叠体，由多个绝缘层层叠而成；

一电流检测元件，设置于所述层叠体的内层中，且配置于所述绝缘层形成的开孔内，所述电流检测元件具有电阻体及与所述电阻体的两端连接的电极；

一电流线路，与所述电流检测元件隔一层间绝缘层设置，用于使电流流过所述电流检测元件；

多个电流过孔，贯通所述层间绝缘层而连接所述电极和所述电流线路，所述多个电流过孔包括在接近所述电阻体的位置上与所述电极连接的过孔以及在比该过孔更远离所述电阻体的位置上与所述电极连接的过孔；以及

一电压检测过孔，与所述电流检测元件电连接，用于获取所述电流检测元件的电压降。

2.如权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，还设有通过所述电压检测过孔与所述电流线路连接的电压线路。

3.如权利要求1或2所述的电流检测装置，其特征在于，所述多个电流过孔中包括设于靠近所述电流检测元件的所述电阻体的位置上的邻近过孔。

4.如权利要求3所述的电流检测装置，其特征在于，所述电压检测过孔设置为至少部分与所述邻近过孔重叠。

5.如权利要求3所述的电流检测装置，其特征在于，通过所述电流线路置于所述邻近过孔与所述电压检测过孔之间的方式使所述邻近过孔与所述电压检测过孔连接。

6.如权利要求3所述的电流检测装置，其特征在于，所述邻近过孔的直径大于所述电压检测过孔的直径。