本公開涉及允許負(fù)載電流感測(cè)的、例如用于芯片級(jí)封裝件，例如用于包括功率半導(dǎo)體的芯片級(jí)封裝件的組件，并且涉及相應(yīng)的電裝置。

背景技術(shù)：

1、需要知道電裝置(例如功率轉(zhuǎn)換器)的負(fù)載電流或相電流，以實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換功能性的閉環(huán)控制。

2、在例如用于汽車用途和其他應(yīng)用的常規(guī)逆變器中，使用霍爾效應(yīng)傳感器。傳感器安裝在相輸出周圍，并且是成本和構(gòu)造體積方面的限制因素。

3、還可以利用功率模塊板載分流電阻器代替霍爾傳感器。然而，當(dāng)生成進(jìn)一步信號(hào)處理所需的伏特范圍內(nèi)的傳感器輸出時(shí)，分流電阻器具有高歐姆損耗。

4、另一方法基于在芯片上集成電流鏡像。然而，犧牲有源區(qū)的一小部分用于安裝用于電流感測(cè)的并行路徑增加了導(dǎo)通電阻并減小了頂側(cè)上的鍵合墊面積。此外，當(dāng)考慮具有非常昂貴的芯片面積的sic(碳化硅)裝置時(shí)，片上解決方案變得昂貴。

5、從ep?3012846?a1中已知具有電感元件的印刷電路板。從us2017/271260?a1已知包括半導(dǎo)體芯片和無(wú)源電路元件的半導(dǎo)體組件。從us2001/023530?a1已知由集成在基板中的多個(gè)互連導(dǎo)電段組成的電感元件。從us2003/013264?a1已知用于感測(cè)磁通量的電感器。從us2015/028487?a1已知半導(dǎo)體元件和感測(cè)線圈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本公開的實(shí)施例涉及感測(cè)例如功率轉(zhuǎn)換器的電子裝置的負(fù)載電流或相電流的可能性。如果能夠利用這種感測(cè)以簡(jiǎn)單且有效的方式實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換功能性的閉環(huán)控制，這將是有益的。進(jìn)一步，該解決方案可以與功率模塊兼容。進(jìn)一步，該解決方案可以需要最小的成本和空間。而且，該解決方案可以具有較小的電容耦合，并允許低共模失真或無(wú)共模失真，例如在感測(cè)快速開關(guān)裝置時(shí)。

2、為此，提供了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的一種半導(dǎo)體組件和一種電裝置。從屬權(quán)利要求提供了優(yōu)選實(shí)施例。

3、半導(dǎo)體組件包括具有底側(cè)和頂側(cè)以及從底側(cè)和頂側(cè)開始的豎直延伸部的主體。進(jìn)一步，半導(dǎo)體組件包括布置在主體中的半導(dǎo)體元件和布置在主體中的感測(cè)線圈。感測(cè)線圈具有至少一個(gè)繞組。感測(cè)線圈被提供和適配為使得與沿著電流路徑在豎直方向上傳播的電流相關(guān)聯(lián)的磁通量在感測(cè)線圈中產(chǎn)生可檢測(cè)的電壓。其中電流路徑與半導(dǎo)體元件相關(guān)聯(lián)，至少一個(gè)繞組被布置在與所述豎直方向平行的平面上，感測(cè)線圈是沿著橫向圍繞電流路徑的路徑布置的螺旋線圈，感測(cè)線圈水平圍繞所述電流路徑。

4、這種半導(dǎo)體組件被提供和適配為通過其感測(cè)線圈(例如，當(dāng)直接集成在主體中時(shí)，通過與半導(dǎo)體元件相關(guān)聯(lián)的電流路徑并圍繞與半導(dǎo)體元件相關(guān)聯(lián)的電流路徑)感測(cè)例如半導(dǎo)體元件的負(fù)載電流或相電流以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，而不需要成本密集且消耗面積和體積的其他元件，諸如霍爾傳感器或其他外部電路系統(tǒng)。這種半導(dǎo)體組件允許生成進(jìn)一步信號(hào)處理所需的伏特范圍的傳感器輸出。進(jìn)一步，半導(dǎo)體組件可以以簡(jiǎn)單且有效的方式實(shí)現(xiàn)，基本上不涉及進(jìn)一步的成本或空間消耗。此外，半導(dǎo)體組件與功率應(yīng)用兼容。進(jìn)一步，半導(dǎo)體組件允許較小電容耦合和共模失真的顯著降低，從而使其適合于快速開關(guān)裝置。

5、在半導(dǎo)體組件的頂側(cè)的俯視圖中，感測(cè)線圈可以圍繞用于半導(dǎo)體元件的接觸墊。

6、在半導(dǎo)體組件中，至少一個(gè)繞組可以布置在平行于豎直方向的平面中。

7、因此，半導(dǎo)體組件可以是芯片級(jí)封裝件或類芯片級(jí)封裝件。

8、在這方面，芯片級(jí)封裝件是具有單個(gè)半導(dǎo)體芯片并且其中封裝件的覆蓋區(qū)或體積可以不大于芯片的覆蓋區(qū)或體積的總和的200％的封裝件。也可能的是，封裝件可以不大于芯片的覆蓋區(qū)或體積的150％或甚至120％。

9、相應(yīng)地，半導(dǎo)體組件可以進(jìn)一步包括呈半導(dǎo)體元件的形式的一個(gè)或多個(gè)附加半導(dǎo)體元件，使得半導(dǎo)體組件是多芯片類芯片級(jí)封裝件或多芯片模塊。

10、在這方面，多芯片模塊是包括半導(dǎo)體元件和一個(gè)或多個(gè)附加芯片或元件(諸如附加半導(dǎo)體元件)的模塊。一個(gè)或多個(gè)附加芯片或元件可以直接或整體式地集成在半導(dǎo)體組件的主體中。

11、相應(yīng)地，多芯片類芯片級(jí)封裝件是其中封裝件的覆蓋區(qū)或體積不大于各個(gè)芯片或元件的覆蓋區(qū)或體積的總和的200％的多芯片模塊。也可能的是，封裝件可以不大于芯片的覆蓋區(qū)或體積的150％或甚至120％。

12、在半導(dǎo)體組件中，半導(dǎo)體元件和至少一個(gè)繞組可以直接集成在介電材料中。

13、在半導(dǎo)體組件中，介電材料可以包括一個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)段或?qū)樱總€(gè)段或?qū)影◤囊韵逻x擇的材料或材料組合或者由從以下選擇的材料或材料組合組成：pcb材料、模制材料、熱塑性材料、環(huán)氧樹脂、fr-2、酚醛紙、酚醛棉紙、利用酚醛樹脂浸漬的紙、fr-4、利用環(huán)氧樹脂浸漬的編織玻璃纖維布、聚酰亞胺、聚酰亞胺-含氟聚合物、聚酰亞胺-含氟聚合物復(fù)合材料、fr-1、fr-3、fr-5、高溫下具有高強(qiáng)度的編織玻璃纖維、fr-6、g-10、g-11、cem-1、cem-2、cem-3、cem-4、cem-5、ptfe、rf-35、陶瓷、氧化鋁。

14、在這方面，除了結(jié)構(gòu)化金屬化部、通孔和電路元件之外，層具有在半導(dǎo)體組件的橫向區(qū)域上基本上是均勻的主體材料。不同主體材料的段可以在主體的給定豎直高度上一個(gè)接一個(gè)地布置。因此，主體可以包括不同的層，以將半導(dǎo)體芯片完全包封并直接集成在主體中。在不同層之間，可以布置用于重新分布功率或信號(hào)的結(jié)構(gòu)化金屬化部。在這些層內(nèi)，可以布置通孔以電連接半導(dǎo)體元件、結(jié)構(gòu)化金屬化部和用于將半導(dǎo)體組件連接到外部電路環(huán)境的接觸件。

15、半導(dǎo)體組件可以包括呈感測(cè)線圈的形式的一個(gè)或多個(gè)另外的感測(cè)線圈。一個(gè)或多個(gè)另外的感測(cè)線圈可以被提供和適配為使得與在豎直方向上傳播的時(shí)變電流相關(guān)聯(lián)的磁通量在一個(gè)或多個(gè)另外的感測(cè)線圈中產(chǎn)生可檢測(cè)的電壓。

16、當(dāng)存在一個(gè)以上的感測(cè)線圈時(shí)，則一個(gè)或多個(gè)感測(cè)線圈可以串聯(lián)電連接，以增加所感應(yīng)的電壓，從而提高信噪比。

17、在半導(dǎo)體組件的主體中，感測(cè)線圈可以包括橫向金屬化結(jié)構(gòu)和豎直通孔。

18、在半導(dǎo)體組件中，豎直通孔可以電連接橫向金屬化結(jié)構(gòu)，使得介電材料的一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)段或?qū)硬贾迷跈M向金屬化結(jié)構(gòu)之間。

19、半導(dǎo)體組件還可以包括具有用于感測(cè)線圈的每個(gè)繞組的補(bǔ)償繞組的補(bǔ)償線圈。補(bǔ)償線圈可以被提供和適配為補(bǔ)償感測(cè)線圈的共模失真。

20、感測(cè)線圈和補(bǔ)償線圈可以建立差分感測(cè)結(jié)構(gòu)。

21、半導(dǎo)體組件還可以包括在負(fù)豎直方向-z上的第二電流路徑和輔助線圈，該輔助線圈被適配和提供為使得與在負(fù)豎直方向上沿著第二電流路徑傳播的電流相關(guān)聯(lián)的磁通量在輔助線圈中產(chǎn)生可檢測(cè)的電壓。

22、在半導(dǎo)體組件中，豎直方向上的電流路徑可以包括并聯(lián)電連接的區(qū)段。

23、在半導(dǎo)體組件中，半導(dǎo)體元件可以是用于功率電子應(yīng)用的半導(dǎo)體。

24、在半導(dǎo)體組件中，半導(dǎo)體元件可以是雙極晶體管，例如igbt(insulated?gatebipolar?transistor，絕緣柵雙極晶體管)、或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effect?transistor，fet)(諸如低導(dǎo)通電阻碳化硅mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體-fet)或misfet(金屬絕緣半導(dǎo)體-fet))，示例性地具有低導(dǎo)通電阻。

25、半導(dǎo)體組件還可以包括被提供并適配用于連接到外部電路環(huán)境的接觸件。接觸件可以分布在半導(dǎo)體組件的頂側(cè)和底側(cè)上?；蛘呓佑|件可以布置在半導(dǎo)體組件的頂側(cè)處?；蛘呓佑|件布置在半導(dǎo)體組件的底側(cè)處。

26、對(duì)應(yīng)的電功率裝置可以包括如上所述的這種半導(dǎo)體組件。裝置可以應(yīng)用于功率電子轉(zhuǎn)換器。示例可以是汽車牽引逆變器。

27、電功率裝置還可以包括耦合到感測(cè)線圈的積分電路。由感測(cè)線圈感測(cè)的電壓可以與沿著電流路徑傳播的電流的時(shí)間導(dǎo)數(shù)成比例。因此，所感測(cè)的電壓隨時(shí)間的積分可以產(chǎn)生與負(fù)載電流成比例的信號(hào)。

28、電功率裝置或其半導(dǎo)體組件可以示例性地用于相電流感測(cè)、故障電流檢測(cè)、靜態(tài)電流不平衡評(píng)估、動(dòng)態(tài)電流不平衡評(píng)估、電流控制和/或電流監(jiān)控。

29、感測(cè)線圈可以包圍水平x-y平面中的電流傳播路徑。

30、然后，可以根據(jù)等式(1)計(jì)算所感應(yīng)的電壓：

31、v(t)(anμo/1)*dl(t)/dt,(1)

32、v(t)是感測(cè)線圈的所感應(yīng)的電壓信號(hào)，a是繞組面積，n是繞組的數(shù)量，l是線圈的長(zhǎng)度，以及di/dt(t)是線圈內(nèi)部的電流瞬變量。

33、作為示例，對(duì)于1.0x?0.1mm2的矩形橫截面的、具有1mm距離、具有4cm的線圈長(zhǎng)度和di/dt＝10a/ns的開關(guān)瞬變的40個(gè)環(huán)路，可以獲得1.26v的輸出電壓。將繞組之間的距離減小到0.1mm(即以更高的密度堆疊繞組)將導(dǎo)致400個(gè)環(huán)路和12.6v的輸出電壓。

34、制造對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體組件的方法可以包括以下的步驟：

35、-提供半導(dǎo)體元件，

36、-將半導(dǎo)體元件嵌入介電材料的一個(gè)或多個(gè)層中。

37、該方法還可以包括用于創(chuàng)建例如用于重新分布功率和/或信號(hào)的第一橫向和豎直結(jié)構(gòu)化金屬化部的步驟。

38、并且該方法可以包括創(chuàng)建橫向和豎直結(jié)構(gòu)化金屬化部以建立感測(cè)線圈的繞組。對(duì)于感測(cè)線圈的結(jié)構(gòu)化金屬化部的創(chuàng)建以及對(duì)于其他結(jié)構(gòu)化金屬化部的創(chuàng)建，可以使用相同的步驟、工藝和材料。