5.0×2.5mmサイズで業界最高※の定格電力4Wを実現したシャント抵抗器「GMR50」を開発

2019年11月28日

※2019 年11 月28 日 ローム調べ

<要旨>

GMR50

ローム株式会社(本社:京都市)は、車載や産業機器で使用するモータ、電源回路の電流検出用途に最適な、小型5.0×2.5mmサイズで業界最高の定格電力4W(端子温度TK=90℃時)保証を実現したシャント抵抗器「GMR50」を開発しました。
今回開発した製品は、電極構造の見直しと素子設計の最適化により、基板への放熱性を高めることに成功。同じ4W定格電力の一般品と比べて39%の実装面積削減が可能になりました。また、過電流負荷に対する耐久性も高く、定格電力を超える想定外の負荷がかかった場合でも安定した電流検出精度を保つことができ、機器の信頼性向上にも貢献します。
なお、本製品は、7月よりサンプル出荷(200円/個:税抜)を開始しており、11月より月産100万個の量産体制を整えています。生産拠点は前工程、後工程ともにROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.(タイ)となります。

<背景>

シャント抵抗器は電流検出用途として、車載や産業機器分野で幅広く搭載されています。また車載分野においては、自動車の高機能化に伴いモータやECUの搭載数が増加しており、限られたスペースでアプリケーションを構成する必要があります。そのため、部品の高密度実装も進み、搭載部品のひとつであるシャント抵抗器に対しても、高電力化かつ小型化の要求が高まっています。
こうした中、ロームは2017年に6.4×3.2mmサイズの小型・高電力シャント抵抗器としてGMR100を開発し、厳しい温度保証が要求される車載や産業機器分野のお客様から好評を得ています。今回、さらなる小型化・高電力化要求に応えるべく、GMR50を開発しました。
今後も注力する車載・産業機器分野に向け、シャント抵抗器のラインアップを拡充するとともに、熱シミュレーションなどのサポート体制を強化し、自社で保有する各種パワーデバイスや現在開発中のオペアンプなどと組み合わせた総合半導体メーカーならではのソリューションの提供を行っていきます。

GMR50の優れた放熱性によるメリット

<特点>

1. 高放熱構造により、業界最高の定格電力および過電流負荷時の耐久性向上を実現

シャント抵抗器の定格電力を引き上げ、かつ小型化を実現するためには、製品の温度上昇に対する長期信頼性を確保する必要があります。この課題に対し、ロームは、電極構造の見直しと素子設計の最適化により、放熱性を大幅に向上。例えば5mΩ品を2Wで使用した場合、5025サイズの一般品に比べ表面温度の上昇を57%低減することに成功しました。

1)高定格電力保証の実現により、機器の省スペース化に貢献
今回、GMR50は優れた放熱性を実現したことにより、5.0×2.5mmの小型サイズでありながら、端子温度TK=90℃の場合に業界最高の定格電力4Wを、端子温度TK=110℃の場合でも定格電力3Wを保証しています。
高定格電力保証を実現したことで、従来4W定格電力で使用されていた製品よりワンサイズ小型のシャント抵抗器を使用できるため、39%実装面積を削減でき、機器の省スペース化に貢献します。

端子温度と定格電力の関係グラフ

2)優れた耐久性により、安定した電流検出が可能
シャント抵抗器は電流検出回路で使用されますが、検出対象の故障や回路の天絡・地絡などにより抵抗器に大電流が流れた場合でも、安定した電流検出が求められます。
放熱性に優れているGMR50は、一般品と比較して過電流負荷に対する製品の耐久性が高く、定格以上の過電流が流れた場合でも抵抗値の変化が少ないため、安定した電流検出精度を保つことができます。

過電流負荷試験

3)総合半導体メーカーならではのソリューションを提案
シャント抵抗器だけでなく、LSIから各種パワーデバイスまで、幅広いラインアップを保有しているロームだからこそ可能な熱シミュレーションなどの設計サポートを強化しています。例えば、今回開発したGMR50の場合、ローム従来品との表面温度上昇比較をシミュレーションすることができます。従来品(5025サイズ)では2個並列で使用する必要があった回路に対して、GMR50は搭載個数を1個に減らしても、従来品と比較して製品の表面温度上昇を抑制できることが確認できます。
ロームは今後も総合半導体メーカーの強みを活かし、ソリューションでの提案を行っていきます。

周辺部品を含めたシミュレーション結果の例

2. 低抵抗領域でも優れた抵抗温度係数を実現

今回開発した新製品は、抵抗体金属に高機能合金材料を採用したことで、低抵抗領域でも優れた抵抗温度係数(TCR)を達成。例えば、抵抗値5mΩでは、0~+25ppm/℃を実現しています。
周囲の温度変化に左右されにくい高精度な電流検出が可能となり、アプリケーションの信頼性向上に貢献します。

各抵抗値における抵抗温度係数変動

<ラインアップ>

6.4×3.2mmサイズのGMR100に加え、5.0×2.5mmサイズのGMR50をラインアップしました。

品名
サイズ
略称
(mm)
<inch>
定格電力
抵抗値
許容差
抵抗
温度係数
TCR
(ppm/℃)※1
抵抗値範囲
(mΩ)
使用
温度
範囲
(℃)
5025
<2010>
3W<110℃>
4W<90℃>
F
(±1%)
0~+25
5
-55

+170
★-65

+170
±25
10~220
(E6シリーズ)※2※3
6432
<2512>
3W<110℃>
★ 5W<110℃>
★ 7W<70℃>
0~+25
5
±20
10~220
(E6シリーズ)※2※3
7142
<2817>
7W<110℃>
10W<70℃>
0~+25
5
±25
10~100
(E6シリーズ)※2※3

☆ :開発中(抵抗値によって開発スケジュールが異なります。別途お問い合わせください。)

★ :検証中

※1 :+20℃~+60℃

※2 :シリーズ外の抵抗値対応については別途お問い合わせください。

※3 :抵抗値ごとに開発スケジュールが異なります。別途お問い合わせください。

<ロームの抵抗器ラインアップ>

ロームの抵抗器ラインアップ

<用語説明>

*1)  TCR(Temperature Coefficient of Resistance)
「抵抗温度係数」のことで、この値が低いほど周囲温度の変化に対する抵抗値変化が少なく、機器の動作ばらつきを抑えることができる。
Current Detection Resistors
この件に関するお問い合わせはこちら