專利名稱：磁場電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電流傳感器并且更加具體地涉及集成電路磁場電流傳感器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的集成電路(IC)電流傳感器裝置能夠通常被劃分成兩組高電流和低電流。 高電流裝置能夠是被用于超過50Amp (A)的電流的那些并且包括塊狀導(dǎo)體，例如引線框架的某些部分。這些裝置通常具有低的內(nèi)阻，這是期望的，但是它們還遭受低電流密度和在導(dǎo)體和半導(dǎo)體芯片之間的裝配公差難題。低電流裝置通常適用于IOA或者更低的電流并且經(jīng)常包括在半導(dǎo)體制造工藝中在芯片的表面上制造的導(dǎo)體。雖然低電流裝置并不遭受裝配公差難題，但是這些裝置在高內(nèi)阻和功率耗散問題方面受到挑戰(zhàn)。因此，需要這樣一種IC電流傳感器裝置，該裝置適用于例如大約75A或者更低的電流范圍，并不具有前述低電流裝置的高電阻問題，同時還具有比高電流裝置更好的對準 (alignment)ο

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種電流傳感器包括半導(dǎo)體芯片；被置放在半導(dǎo)體芯片上的隔離層；被置放在隔離層上的至少一個錨固墊片(anchor pad)；被與半導(dǎo)體芯片電隔離的電流輸入和電流輸出；被耦合到電流輸入和電流輸出的至少一個接合線，被置放在電流輸入和電流輸出之間的所述至少一個接合線的縱向部分被裝訂(stitch)到所述至少一個錨固墊片；和被布置成感測由在所述至少一個接合線中流動的電流感生的磁場的至少一個傳感器元件。在一個實施例中，一種方法包括提供磁場電流傳感器，該磁場電流傳感器具有在電流輸入和電流輸出之間的針腳(stitch)處被耦合到至少一個錨固墊片的至少一個接合線，其中該電流輸入、該電流輸出、該至少一個接合線和該至少一個錨固墊片被與芯片電隔離，并且鄰近(proximate)該針腳布置至少一個傳感器元件以感測由在該至少一個接合線中的電流感生的磁場。在一個實施例中，一種電流傳感器包括半導(dǎo)體芯片；被置放在半導(dǎo)體芯片上的隔離層；被置放在隔離層上的至少一個錨固墊片；被與半導(dǎo)體芯片電隔離的電流輸入和電流輸出；被耦合到電流輸入和電流輸出的至少一個接合條，被置放在電流輸入和電流輸出之間的該至少一個接合條的一部分被耦合到該至少一個錨固墊片；和被布置成感測由在該至少一個接合條中流動的電流感生的磁場的至少一個傳感器元件。在一個實施例中，一種電流傳感器包括半導(dǎo)體芯片；被置放在半導(dǎo)體芯片上的隔離層；被置放在隔離層上的多個錨固墊片；被與半導(dǎo)體芯片電隔離并且包括電流輸出部分和第一和第二電流輸入部分的引線框架導(dǎo)體；被耦合到第一電流輸入部分和電流輸出部分的第一接合線，在第一電流輸入部分和電流輸出部分之間的第一接合線的一部分被耦合到該多個錨固墊片中的第一個；被耦合到第二電流輸入部分和電流輸出部分的第二接合線，在第二電流輸入部分和電流輸出部分之間的第二接合線的一部分被耦合到該多個錨固墊片中的第二個；和被布置成感測由在第一和第二接合線中流動的電流感生的磁場的多個傳感器元件。


結(jié)合附圖，考慮本發(fā)明的各種實施例的以下詳細說明，可以更加完全地理解本發(fā)明，其中
圖1描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的截面視圖。圖2描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖3描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖4描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖5描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的截面視圖。
圖6A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的截面視圖。
圖6B描繪圖6A的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖7A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的截面視圖。
圖7B描繪圖7A的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖8A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的截面視圖。
圖8B描繪圖8A的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖9A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖9B描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖10描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖11描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖12A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖12B描繪圖12A的電流傳感器裝置的截面視圖。
圖13A描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖13B描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
圖14描繪根據(jù)一個實施例的電流傳感器裝置的頂視圖。
雖然本發(fā)明容許各種修改和可替代形式，但是其細節(jié)已經(jīng)在圖中作為實例示出并
且將予以詳細描述。然而，應(yīng)該理解，并非意圖將本發(fā)明限制于所描述的具體實施例。相反，意圖在于涵蓋落入如由所附權(quán)利要求限定的、本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的修改、等價形式和可替代形式。
具體實施例方式本發(fā)明涉及IC磁場電流感測裝置。在實施例中，電流傳感器裝置包括產(chǎn)生較少的觸點和因此較低的內(nèi)阻、較少的發(fā)熱和較小的空間要求的被錨固的接合線配置。實施例因此還在裝置壽命期間呈現(xiàn)改進的可靠性和穩(wěn)定的每安培磁場。參考圖1，描繪了 IC電流傳感器裝置100的實施例的截面。裝置100包括被安裝到芯片底盤(paddle) 104的硅芯片102。介電隔離層106被布置于芯片102上。電流輸入引腳108和電流輸出引腳110以及芯片102，在一個實施例中由裝置封裝114的復(fù)合模112封住，并且接合線116將輸入引腳108耦合到輸出引腳110。在實施例中引腳108和110被與芯片102電隔離。雖然在圖1的視圖中沒有描繪另外的引腳到芯片102的任何電連接， 但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解能夠以各種方式實現(xiàn)這種連接。在實施例中，包括在下文中討論的那些，如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解地，輸入引腳108和輸出引腳110之一或這兩者能夠包括引腳、墊片、引線、球、平臺(land)和引線框架導(dǎo)體。在一個實施例中，接合線116還被耦合到被置放在隔離層106上的錨固墊片118。 錨固墊片118是電浮的，被與芯片102電隔離，并且相對于位于附近的傳感器元件例如(在圖1中未描繪的)霍爾傳感器固定比較粗的并且因此低歐姆的接合線116，從而傳感器元件感測在操作中通過接合線116的電流的磁場。在一個實施例中，錨固墊片118包括普通金屬，例如鋁，或者在其它實施例中包括金屬合金。在一個實施例中接合線116沿著電流的方向通過“針腳”稱合到錨固墊片118。通常，針腳的長度大于寬度。在實施例中，接合線116能夠通過直接銅接合、球形接合、楔形接合、釘頭式接合或者本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的某種其它適當(dāng)技術(shù)而被耦合到錨固墊片118和 /或引腳108和110。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解地，接合技術(shù)能夠依賴于接合線116的一個或多個特性，例如它的材料、粗度或者某種其它質(zhì)量。例如，楔形接合典型地用于鋁接合線，而釘頭式接合能夠更加適合于更細的接合線。接合線116形成環(huán)從而在實施例中它還被以距離Ad與芯片102的邊緣分離從而提供電隔離。在一個實施例中，力i/是大約0. 3毫米(mm)， 這提供了 6千伏(kV)或者更大的電隔離。在其它實施例中，Ai/例如在大約0. Imm和大約 0. 3mm之間改變，和/或能夠更大或者更小。在圖2中描繪了電流傳感器裝置100的頂視圖。在圖2中，以經(jīng)由接合線IM而被耦合到引腳122的芯片102上的接合墊片120的形式包括到芯片102的電和輸出信號連接。雖然在圖2中和在這里的其它附圖中以曲線方式描繪出接合線124，但是當(dāng)在實施例中從頂部觀察時，它能夠事實上是基本線性的。還描繪了相對于錨固墊片118和接合線116置放的多個傳感器元件126。在圖2 中描繪了四個傳感器元件126，例如霍爾效應(yīng)元件，但是其它實施例能夠包括或多或少的傳感器元件。在實施例中，鄰近接合線116的、被耦合到錨固墊片118的部分布置傳感器元件 126，這有利地提供在傳感器元件1 和接合線118之間的距離的穩(wěn)定性以及每安培磁場的穩(wěn)定性，經(jīng)由所述距離，傳感器元件1 在裝置100的壽命期間測量磁場。傳感器元件1 通常被定位于接合線116的左側(cè)和右側(cè)(相對于電流方向)，并且在錨固板118的下面和/ 或緊鄰錨固板118。如果消減傳感器元件126的信號，則總信號變得獨立于均勻背景磁場。 因此，能夠測量靜態(tài)或者瞬變差場(differential field)。裝置100提供了另外的優(yōu)點。例如，因為僅僅在接合線116和錨固墊片118之間利用單一觸點，所以與具有用于電流輸入和輸出的兩個觸點的傳統(tǒng)裝置相比，需要較小的芯片面積。此外，小尺寸的錨固板118使橫向爬電距離最大化并且通過將錨固板118與隔離層106的邊緣分離而提供良好的隔離，在一個維度(dimension)中在圖2中在/處描繪， 但是能夠被應(yīng)用于可以是相等的或者可以是不相等的所有四個，這又改進了電壓擊穿可靠性。因為電流并不離開接合線116，所以到錨固板118的接合經(jīng)受較小的應(yīng)力，從而增加了接合可靠性。錨固板118也并不需要是特別地厚的或者低歐姆的，從而能夠替代銅地使用較不那么昂貴的鋁。
在其它實施例中，裝置100包括被平行地布置并且在實施例中被以大約0. 5mm到大約2mm隔開的兩個或者更多接合線116。多個接合線116能夠被錨固在單一錨固板118 上或者不同的錨固板118上。在另一實施例中，接合線116可以根本未被錨固，而是分流部分電流。能夠靠近該一個或者多個錨固板118布置傳感器元件126。在圖3中描繪了傳感器裝置200的另一個實施例，其中電流通過相鄰的接合線部分沿著相反的方向流動。接合線216的上部(相對于頁面上的繪圖的定向)被錨固到第一錨固板218a，而接合線216的下部被錨固到第二錨固板218b。錨固板118a和118b相互間被隔開和電隔離，但是所述隔離通常僅僅需要承受少許伏特，因為沿著接合線216的電壓降是小的。裝置200還包括兩個電流輸入引腳208a、208b和兩個電流輸出引腳210a、210b。 圖3的實施例僅僅描繪引腳的接合墊片，并且在實施例中每一個引腳均可以具有單獨的接合墊片，或者多個接合墊片可以耦合到單一引腳。在其它實施例中，引腳208a能夠是輸入并且引腳208b能夠是輸出從而引腳210a、210b既不是輸入也不是輸出并且僅僅能夠可選地在外部達到。在一個實施例中，(在圖3中未描繪的)復(fù)合模能夠部分地或者完全地封住輸出引腳210a、210b，或者能夠充分地從裝置200的封裝外側(cè)達到引腳210a、210b。在另一實施例中，引腳210a、210b能夠包括尺寸適于接合兩個接合線，或者接合線216的某些部分的單一引腳。在又一個實施例中，如在圖4中描繪地，能夠完全地省略引腳210a、210b。通常，裝置200的配置的一個優(yōu)點是對于磁干擾的易感性降低，因為能夠從傳感器元件226a的信號減去傳感器元件226b的信號。例如在此通過引用而被以整體并入的、 題目為“磁場電流傳感器(Magnetic field Current Sensors)”的、相關(guān)的并且共同未決的美國申請No. 12/630, 596中公開地，這提供了一種可操作的三霍爾電流傳感器裝置。裝置 200還能夠提供改進的串?dāng)_抑制。然而，缺陷可能是較高的電阻，因為接合線216較長。在實施例中有利的是在接合線和芯片底盤之間具有特定距離如(例如，參考圖1)， 因為接合線的磁場能夠在芯片底盤中感生渦流，渦流能夠減小電流傳感器裝置的帶寬。為了增加這個距離如，能夠在實施例中增大芯片的厚度。渦流還能夠在錨固板中發(fā)生。為了最小化這些電流，在一個實施例中，錨固板包括一個或者多個槽。還有利的是在實施例中將置放在錨固板下面的電流傳感器裝置的構(gòu)件與能夠在錨固板和傳感器的電路元件之間建立的電場屏蔽開來。關(guān)于電流傳感器裝置的封裝(例如，參考圖1的封裝114)，在實施例中使用非磁性材料，其中鐵和鎳是不利的。在實施例中，封裝材料具有接近或者大約為一的相對磁導(dǎo)率。圖5描繪電流傳感器裝置300的實施例，電流傳感器裝置300的尺寸被確定為近似在其中的磁場。類似于在上文中討論的實施例，傳感器裝置300包括芯片302、隔離層 306、接合線316、錨固墊片318和傳感器元件326。描繪了接合線316的直徑A例如是隔離間隙diso和分離傳感器元件326的距離α通過接合線316的電流I能夠被表達如下 (Β/μ0)氺2氺 31 氺square root ((s/2)2+ {diso+d/2)2) 對于·5 = i/ + 給出最大場
Bz = μ0*Ι/ (2* π * {d+2^diso)
這在50A和diso—dll =大約0. 54mm時提供例如大約18. 5mT。差場或者在左和右傳感器元件326的場的差異是兩倍之大。在例如，d =大約0. 5mm時接合線3 的電阻是 Rho^length/cross-sectional area (Rho氺 / ―胃胃禾只)。在示例性實施例中，接合線3 的長度是大約5mm、截面面積是π *(0. 25mm)2并且他0是1/(345/_)，從而提供大約0.75!1^的電阻。在電阻不是低的時，在具有適用性的功率模塊和其它裝置中通常能夠通過單一接合線實現(xiàn)大約50A。因此，接合線3 能夠在實施例中帶有充分冷卻地應(yīng)對電流和電阻。在圖6中描繪了包括錨固接合線的電流傳感器裝置的另一個實施例，其中利用兩個楔形接合針腳來錨固接合線。傳感器400包括基板402 (在一個實施例中例如塊硅)和隔離層406(例如氧化硅)。在一個實施例中，隔離層為大約IOMffl厚。接合線在416處示出并且在實施例中能夠包括鋁、金和/或銅，但是通常是非磁性金屬?；?02包括用于傳感器元件的摻雜槽區(qū)(tub)403，例如在一個實施例中的霍爾效應(yīng)裝置。槽區(qū)403例如能夠是以10" 15/cm3低度η摻雜的。雖然圖6的實施例包括四個傳感器元件426，但是其它實施例能夠具有或多或少的傳感器元件，例如僅僅一個。此外，傳感器元件似6相對于接合線416的橫向位置通常不是關(guān)鍵性的，從而傳感器元件似6之一或這兩者在實施例中能夠移位，例如使得一個完全地在接合線416下面或者兩者都不被接合線416重疊。傳感器元件似6包括能夠是高度η摻雜的觸點427，在一個實施例中例如大約10~17/Cm3或者更多。每一個傳感器元件4 通常包括四個觸點427。如所描繪地，接合線416包括具有變化的截面和厚度的片段并且在被一起地稱作錨固墊片418的錨固墊片418a和418b處被錨固到傳感器400。錨固墊片418能夠包括金屬并且在實施例中未被電耦合到基板402的任何部分或者未被相互電耦合。片段416a和 416e是接合線416的電流輸入和輸出片段。在416b和416d處，接合線416分別地被裝訂到錨固墊片418a和418b。在一個實施例中，楔形接合工具的噴嘴能夠在引線結(jié)合期間將接合線416向下推動到錨固墊片418上，從而使得片段416b和416d變形。中間片段416c保持為416b和416d處的針腳之間的橋。傳感器400的實施例的一個優(yōu)點在于，傳感器元件似6實際上并不由于裝訂過程而受到壓力，因為傳感器元件似6未被置于針腳41 和418a和416d和41 正下方。然而，缺點能夠是在接合線416和傳感器元件4 之間的、更大的垂直距離，以及更高的橫向空間消耗。在圖7中描繪了電流傳感器裝置500的另一個實施例。如與傳感器400相比，傳感器500的一個優(yōu)點在于，在接合線516的針腳部分516b和霍爾效應(yīng)傳感器元件5 之間的垂直距離更小，同時針腳部分516b的厚度也是更小的，從而電流密度并且因此磁場也是更大的。在圖7B中，針腳部分516b被示為是透明的，從而能夠在下面(相對于在頁面上的定向)看到霍爾傳感器元件526。在一個實施例中傳感器元件5 完全地被針腳部分516b 覆蓋，在制造期間，這能夠?qū)е略谠? 上的機械應(yīng)力增加。如果在其它實施例中包括其它的金屬部件，例如在其中如在CMOS工藝中經(jīng)常普遍的那樣該技術(shù)提供幾個金屬層的實施例中，例如連接各種裝置，類似晶體管與霍爾元件5 或者被用于限定在霍爾元件5 的有效空間附近的等勢線的頂板從而保持壽命漂移為低的接合線，能夠有利的地使用乳酪 (cheesing)技術(shù)。例如，氧化物柱體能夠被插入大的金屬部件中從而以機械方式穩(wěn)定垂直結(jié)構(gòu)。與能夠是柔軟的且易延展的、用于片上接線的廣泛使用的鋁相比，這種氧化物柱體針對機械載荷是更加穩(wěn)健的。在圖8中描繪了傳感器裝置600的又一個實施例，其中錨固墊片618包括兩個部分618a和618b以及在其之間的間隙619從而在霍爾效應(yīng)元件6 上方不存在任何金屬墊片。在一個實施例中，部分618a和618b位于針腳部分616b的任一端部處，帶有被置放在針腳部分616b的中心處或者靠近中心處的間隙619。這種配置能夠在高頻下減小渦流。在圖8B中，能夠看到霍爾效應(yīng)元件擬6遠離接合線616地移位，在接合過程期間，這能夠減小在元件6 上的機械應(yīng)力?；魻栐?26的尺寸和定位并不是必要地與錨固墊片618的部分618a和618b的尺寸有關(guān)。在一個實施例中，選擇霍爾元件626的定位從而最大化對它們起作用的磁場并且最小化在接合期間的機械應(yīng)力。雖然在這里討論的實施例一般地包括被布置在一個或者多個直的并且平行的行中的接合線針腳，這通常是制造這種裝置的最容易的方式，但是其它裝訂配置也是可能的。 參考圖9，在傳感器裝置700中描繪了另一實施例。在傳感器700中，單一接合線716在引線708上楔固(wedge)、在錨固墊片718處被裝訂到芯片702上，并且在引線710上楔固。 由于物理楔固和裝訂，接合線716的楔固和裝訂部分被線性地布置并且具有大體截橢球形狀。在一個實施例中，芯片底盤704能夠被耦合到傳感器引線709并且還能夠與接地引腳一體地形成。接合線717將芯片702耦合到引線709。在圖9中，用球形接合描繪了接合線 717，但是能夠在其它實施例中使用其它接合技術(shù)，例如楔形接合線。在實施例中能夠有利的是并不使得電流輸入和輸出端子處于封裝714的相對側(cè)上，因為在封裝714的單側(cè)上布置所有的電流觸點并且在封裝714的相對側(cè)上布置所有的其它觸點例如傳感器700的電源和信號能夠是有利的。這最大化了在兩者之間的爬電距離，這是有益的，因為大的爬電距離能夠在高電流路徑和信號路徑之間保證良好的電壓隔離。圖9A示出僅僅一個示例性信號引腳709，并且所產(chǎn)生的、在之處示意的外部爬電距離是在封裝714外側(cè)的引線709和引線710之間的最小距離。在圖9B中描繪了具有更大爬電距離dc的傳感器700的實施例。在圖10中，電流傳感器裝置800包括兩個錨固部分818a和818b和帶有接合線 816a的、另外的接合線816b和816c。這些另外的接合線816b和816c降低了內(nèi)阻。在一個實施例中，僅僅接合線816a連接錨固墊片818a和818b，從而全部電流必須流動通過該接合線816a。接合線816a能夠具有比在其它實施例中更小的直徑從而增加在縮窄部中的電流密度并且最小化在電流和磁場元件(在圖10中未繪出)之間的垂直距離。接合線816b和 816c還可以具有更小的直徑，因為它們的更小的楔體能夠被容納在墊片818a和818b上。 然而，接合線816a提供在輸入引線808和輸出引線810之間的最短路徑，從而具有比其它電流路徑更低的接觸電阻。可能困難的是，布置兩個接合線使得它們到錨固墊片的楔形接合并不使墊片例如圖10中的816b和816c短接(short)。錨固墊片818a和818b在一個實施例中應(yīng)該僅僅被接合線816a而非接合線816b和816c短接。雖然能夠使用用于接合線816b和816c的球形接合，但是另一種方案是使用具有側(cè)向地偏移從而例如在圖11中描繪地、一個接合線816b 從接合線816a向左而接合線816c向右的“L”構(gòu)形的金屬墊片。在圖11的實施例中，芯片 802能夠在大約300Mffl到大約750Mm厚的范圍中，因為在接合過程期間作用于芯片802上的大的作用力，所以通常避免芯片是太薄的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解地，錨固墊片818a和 818b通常應(yīng)該基本上避免電流應(yīng)該圍繞其流動的內(nèi)部角部(internal corner),因為由此提供了變化的電流密度。通常僅當(dāng)使用多于一個的單一接合線時，這種角部才是有必要的， 因為這樣的話僅僅電流的一部分流動通過接合線816b和墊片818a或者接合線816c和墊片818b。因此，能夠有利的是使得錨固墊片818a和818b是比較厚的，在一個實施例中例如大約20Mm，而在其它實施例中，墊片818能夠僅僅是幾個微米，因為無任何電流流動通過它們。雖然具有幾個并聯(lián)接合線的實施例通常具有較低的電和熱阻抗，但是這些實施例還能夠遭受某些缺陷，包括能夠減小傳感器的帶寬的、在大電流下在接合線之間的大的吸引作用力和在高頻率下的渦流。還能夠在其它實施例中使用可替代的接合線配置。例如，能夠替代更加傳統(tǒng)的圓線(round wire)地在實施例中使用帶線(tape wire)。帶線能夠提供相對于線接合技術(shù)、 機械應(yīng)力和在熱循環(huán)下的可靠性的優(yōu)點。帶線還能夠有別于傳統(tǒng)的銅夾，銅夾能夠具有類似的幾何形狀但是具有不同的電接觸和耦合。帶線的另一個優(yōu)點涉及如與圓線相比更小的粗度。這能夠減小在傳感器元件和電流之間的垂直距離，由此增加傳感器系統(tǒng)對于電流的敏感性。在實施例中，還能夠調(diào)節(jié)帶條的形狀以減小電阻和熱阻，并且由此減小耗散。實施例還能夠包括具有在它們之中形成的孔或者槽的帶線條。在圖12中描繪了包括帶線的傳感器900的一個實施例。傳感器900包括接合帶條層916，例如在一個實施例中的低溫接合技術(shù)(LTJT)條，和用于條916的右和左觸點930 和932。在一個實施例中，接合條916為大約0. Imm厚并且在各種其它實施例中能夠類似材料薄膜或者條紋。接合條916的中心部分916a被耦合到如在其它實施例中所討論的那樣從彼此和從芯片902隔離的金屬錨固墊片918a和918b。條916的橋接部分916b和916c 升高到芯片902的鋸切邊緣和隔離層(未示出)的周邊上方以在電流路徑和傳感器電路之間提供電壓隔離。在擬6處示出磁場傳感器元件，例如霍爾效應(yīng)元件。在圖13中描繪了另一個實施例。在圖13A中，傳感器1000包括在單獨的錨固板 1018上錨固的兩個接合線1016。接合線1016被耦合到引線框架導(dǎo)體1040，引線框架導(dǎo)體 1040在一個實施例中包括三個部分用作電流輸出的中心部分1042，和用作輸入的兩個外部部分1044和1046。部分1042、1044和1046通過夾子1050耦合，夾子1050的中心部分被描繪成是透明的，但是在實際的實施例中，夾子1050能夠是實心的。傳感器1000的這種配置導(dǎo)致在接合線1016中的電流方向是相反的并且高電流路徑的電阻是較低的。在一個實施例中，傳感器1000的芯片底盤1004未被接地因為所有的信號引腳 1009均通過細的接合線1011耦合，在短路的情形中，接合線1011用作熔絲。在實施例中， 如在前述以及本領(lǐng)域技術(shù)人員理解地，角部是基本圓狀的以降低高電壓危險。在10 處描繪了霍爾板，但是在實施例中，霍爾板更加靠近接合線1016定位從而傳感器元件10 至少部分地被錨固板1018隱藏并且完全地被隔離層1006隱藏?；魻栐?0 的輸出信號是S*Bz (χ)，其中S是大于零的敏感性，并且Bz (χ)是在測試點χ處的垂直磁通量密度分量。傳感器1000的總信號能夠被表達為
S* (-Bz (xL) +Bz (xC)) -S* (-Bz (xC) +Bz (xR))
其中xL是左接合線1016的左側(cè)，xC在兩個接合線1016之間，并且xR在右接合線1016 的右側(cè)。電流產(chǎn)生以下場Bz(xL) = -K，*1/2，Bz(xC)=2*K*I/2, Bz (xR) = -K，*I/2
在此處假設(shè)一半電流流動通過每一個接合線1016。K’的幅度稍微小于K的幅度。組合兩個等式，總信號為
S*(K' *I/2+2*K*I/2)-S*(-2*K*I/2-K' *I/2) = S* (K' /2+K+K+K' /2)*Ι = S* (K，+2*Κ)*Ι
假設(shè)線性場梯度Bz = B0+bl*x，傳感器1000的總信號是 S*(-B0_bl*xL+B0+bl*xC)-S*(-B0_bl*xC+B0+bl*xR)= S*bl*(-xL+xC+xC-xR)= 0 如果 xL-xC = xC-xR
xC能夠被分解成xC’和xC’，，其中xC’是屬于左接合線1016的霍爾板10 的位置并且xC’’是屬于右接合線1016的霍爾板10 的位置，它們具有相同的結(jié)果。在一個實施例中，芯片1002為大約2mm乘大約4mm。接合線1016為大約IOmm長， 具有大約0. 5mm的直徑并且被以大約0. 5mm到大約Imm隔開。模體1014能夠為大約IOmm 乘大約10mm。一個接合線1016的電阻是大約1. 5m Ω，并聯(lián)的兩個接合線1016在室溫下具有大約750μΩ。因此，電流路徑的電阻在20° C下是大約850μΩ，或者在150° C下是大約1. :ΜΩ。如果經(jīng)由在其上焊接傳感器的印刷電路板(PCB)實現(xiàn)在外部部分1044和1046 之間的連接，則能夠在實施例中省略夾子1050。而且，如果引線框架1040被不同地布置，例如在圖13Β中描繪地，則使得接合線1016更短也是可能的。在圖13Β中，引線框架1040包括上部1044、下部1046和兩個內(nèi)部1042a ^P 1042b。如在圖14中的傳感器裝置1000中描繪地，能夠通過并聯(lián)連接四個接合線1016進一步降低傳感器1000的一次電路電阻。因為破壞性交互，這還降低了磁場。實施例由此提供了提供優(yōu)于傳統(tǒng)裝置、系統(tǒng)和方法的優(yōu)點的、具有被錨固的接合線配置的電流傳感器和電流感測裝置、系統(tǒng)和方法。實施例能夠具有較少的觸點和因此較低的內(nèi)阻、較少的發(fā)熱和較小的空間要求。實施例還能夠在裝置壽命期間呈現(xiàn)改進的可靠性和穩(wěn)定的每安培磁場。已經(jīng)在這里描述了系統(tǒng)、裝置和方法的各種實施例。這些實施例是僅僅作為實例給出的而非意在限制本發(fā)明的范圍。而且，應(yīng)該理解，已經(jīng)描述的實施例的各種特征可以被以各種方式組合以產(chǎn)生多個另外的實施例。而且，雖然已經(jīng)描述了用于由所公開的實施例使用的各種材料、尺寸、形狀、植入位置等，但是在不超出本發(fā)明的范圍的情況下，可以利用除了所公開的那些之外的其它材料、尺寸、形狀、植入位置等。有關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認識到，本發(fā)明可以包括比在上述任何單獨實施例中示意的更少的特征。在這里描述的實施例并非意在是可以用于組合本發(fā)明的各種特征的方式的窮舉性的表示。相應(yīng)地，實施例并非是彼此排斥性的特征組合；實際上，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解地，本發(fā)明可以包括選自不同的單獨實施例的、不同的單獨特征的組合。通過引用以上文獻實現(xiàn)的任何結(jié)合均受到限制，使得與在這里的清楚的公開相違背的任何主題均未得以結(jié)合。通過引用以上文獻實現(xiàn)的任何結(jié)合均進一步受到限制，使得在文獻中包括的權(quán)利要求在這里均未通過引用得以結(jié)合。通過引用以上文獻實現(xiàn)的任何結(jié)合均更進一步地受到限制，使得在文獻中提供的任何定義在這里均未通過引用得以結(jié)合， 除非在這里被特意地包括。
為了解釋用于本發(fā)明的權(quán)利要求的意圖，特意地指出美國法典第35條第六段112 節(jié)的條款將不被引用，除非在權(quán)利要求中敘述了特定的術(shù)語“用于…的裝置”或者“用于… 的步驟”。
權(quán)利要求
1.一種電流傳感器，包括半導(dǎo)體芯片；被置放在所述半導(dǎo)體芯片上的隔離層；被置放在所述隔離層上的至少一個錨固墊片；被與所述半導(dǎo)體芯片電隔離的電流輸入和電流輸出；被耦合到所述電流輸入和所述電流輸出的至少一個接合線，被置放在所述電流輸入和所述電流輸出之間的所述至少一個接合線的縱向部分被裝訂到所述至少一個錨固墊片；和被布置成感測由在所述至少一個接合線中流動的電流感生的磁場的至少一個傳感器元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個錨固墊片包括金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，進一步包括被耦合到所述半導(dǎo)體芯片的芯片底盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中被裝訂到所述至少一個錨固墊片的所述至少一個接合線的所述縱向部分的長度大于被裝訂到所述至少一個錨固墊片的所述至少一個接合線的所述縱向部分的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中利用選自以下組中的技術(shù)將所述至少一個接合線的所述縱向部分裝訂到所述至少一個錨固墊片，所述組包括直接銅接合、球形接合、楔形接合和釘頭式接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個接合線的非裝訂部分被以分離距離與所述半導(dǎo)體芯片隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電流傳感器，其中所述分離距離是至少100微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個接合線的非裝訂部分形成環(huán)并且被以垂直分離距離與所述半導(dǎo)體芯片的邊緣隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中鄰近被裝訂到所述至少一個錨固墊片的所述至少一個接合線的所述縱向部分布置所述至少一個傳感器元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電流傳感器，進一步包括多個傳感器元件，所述多個傳感器元件的第一部分被布置于所述至少一個接合線的第一側(cè)上，并且所述多個傳感器元件的第二部分被布置于所述至少一個接合線的第二側(cè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電流傳感器，其中根據(jù)以下布置所述多個傳感器元件的所述第一部分和所述多個傳感器元件的所述第二部分，從而感測在所述至少一個接合線中的最大磁場s = d + 2^cliso,這里S是在所述多個傳感器元件的所述第一和第二部分之間的橫向分離距離，i/是所述至少一個接合線的直徑并且是在所述至少一個接合線和所述多個傳感器元件的平面之間的分離距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個傳感器元件包括霍爾效應(yīng)元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，包括被相互隔開和電隔離的兩個錨固板，其中所述至少一個接合線的第一縱向部分被裝訂到所述兩個錨固板中的第一個，并且所述至少一個接合線的第二縱向部分被裝訂到所述兩個錨固板中的第二個。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電流傳感器，其中所述至少一個接合線的所述第一和第二縱向部分是基本上相互平行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的電流傳感器，其中所述至少一個接合線的所述第一和第二縱向部分相對于彼此被基本上線性地布置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電流傳感器，其中在所述第一和第二縱向部分之間鄰近所述至少一個接合線的未裝訂部分布置所述至少一個傳感器元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的電流傳感器，其中所述第一和第二縱向部分是基本上相互平行的，并且其中在所述第一縱向部分中的電流方向與在所述第二縱向部分中的電流方向相反。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述電流輸入和電流輸出選自以下組，所述組包括引腳、墊片、引線、球、平臺和引線框架導(dǎo)體。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個接合線選自以下組，所述組包括圓線和帶線。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，其中所述至少一個錨固墊片被與所述隔離層的邊緣分離。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，進一步包括信號引腳，其中所述信號引腳被布置于與所述電流輸入和所述電流輸出分離的所述傳感器的一側(cè)上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電流傳感器，其中所述電流輸入和所述電流輸出被布置于相對側(cè)上。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的電流傳感器，包括三個接合線和兩個錨固墊片，第一接合線被耦合到所述電流輸入和所述電流輸出，被置放在所述電流輸入和所述電流輸出之間的所述第一接合線的縱向部分被裝訂到所述兩個錨固墊片中的至少一個，第二接合線被置放在所述電流輸入和所述兩個錨固墊片中的第一個之間，并且第三接合線被置放在所述電流輸出和所述兩個錨固墊片中的第二個之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電流傳感器，其中所述兩個錨固墊片是基本Z形的。
25.一種方法，包括提供磁場電流傳感器，所述磁場電流傳感器具有在電流輸入和電流輸出之間的針腳處被耦合到至少一個錨固墊片的至少一個接合線，其中所述電流輸入、所述電流輸出、所述至少一個接合線和所述至少一個錨固墊片被與芯片電隔離，并且鄰近所述針腳布置至少一個傳感器元件以感測由在所述至少一個接合線中的電流感生的磁場。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進一步包括在所述至少一個接合線中感生電流；和利用所述至少一個傳感器元件測量由所述電流感生的磁場。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中提供進一步包括使用選自以下組中的技術(shù)將所述至少一個接合線裝訂到所述至少一個錨固墊片，所述組包括直接銅接合、球形接合、楔形接合和釘頭式接合。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中提供進一步包括利用隔離層或者物理分離中的至少一種將所述至少一個接合線與芯片隔離。
29.一種電流傳感器，包括半導(dǎo)體芯片；被置放在所述半導(dǎo)體芯片上的隔離層； 被置放在所述隔離層上的至少一個錨固墊片； 被與所述半導(dǎo)體芯片電隔離的電流輸入和電流輸出；被耦合到所述電流輸入和所述電流輸出的至少一個接合條，被置放在所述電流輸入和所述電流輸出之間的所述至少一個接合條的一部分被耦合到所述至少一個錨固墊片；和被布置成感測由在所述至少一個接合條中流動的電流感生的磁場的至少一個傳感器元件。
30.一種電流傳感器，包括 半導(dǎo)體芯片；被置放在所述半導(dǎo)體芯片上的隔離層； 被置放在所述隔離層上的多個錨固墊片；被與所述半導(dǎo)體芯片電隔離并且包括電流輸出部分和第一和第二電流輸入部分的引線框架導(dǎo)體；被耦合到所述第一電流輸入部分和所述電流輸出部分的第一接合線，在所述第一電流輸入部分和所述電流輸出部分之間的所述第一接合線的一部分被耦合到所述多個錨固墊片中的第一個；被耦合到所述第二電流輸入部分和所述電流輸出部分的第二接合線，在所述第二電流輸入部分和所述電流輸出部分之間的所述第二接合線的一部分被耦合到所述多個錨固墊片中的第二個；和被布置成感測由在所述第一和第二接合線中流動的電流感生的磁場的多個傳感器元件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的電流傳感器，其中所述電流輸出包括第一和第二電流輸出部分，所述第一接合線被耦合到所述第一電流輸出部分并且所述第二接合線被耦合到所述第二電流輸出部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁場電流傳感器。公開了磁場電流感測裝置、系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，一種電流傳感器包括半導(dǎo)體芯片；被置放在半導(dǎo)體芯片上的隔離層；被置放在隔離層上的至少一個錨固墊片；被與半導(dǎo)體芯片電隔離的電流輸入和電流輸出；被耦合到電流輸入和電流輸出的至少一個接合線，被置放在電流輸入和電流輸出之間的所述至少一個接合線的縱向部分被裝訂到所述至少一個錨固墊片；和被布置成感測由在所述至少一個接合線中流動的電流感生的磁場的至少一個傳感器元件。
文檔編號G01R19/00GK102331519SQ201110155518
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者奧澤勒赫納 U. 申請人:英飛凌科技股份有限公司