绝缘电流传感器制造技术

本申请提供了绝缘电流传感器。用于感测电流的电路(100)包括：具有第一主表面(116)和第二主表面(117)的衬底(110)，第二主表面(117)与第一主表面(116)相对。至少一个磁场感测元件(113)，其被布置在衬底(110)的第一主表面(116)上，并且适用于感测由耦合到第二主表面(117)的电流导体(101)中的电流流动引起的磁场。衬底(110)还包括至少一个绝缘层(112、212)，基本上被埋置在衬底(110)的第一主表面(116)与第二主表面(117)之间。

Insulation current sensor

【技术实现步骤摘要】
绝缘电流传感器
本专利技术总体上涉及电流感测器件及其制造方法，并且更具体地，涉及适用于高电流感测应用的电流感测器件。专利技术背景在本领域中已知用于通过感测由电流流动生成的磁场来测量电流的集成电路。然而，器件小型化和成本降低的进展程度导致增加的电流密度、相关的欧姆损耗和散热，增加的电流密度、相关的欧姆损耗和散热一方面需要仔细考虑电路设计，另一方面需要在所感测的磁场强度的最大化与载流导体与感测电路以及连接的外部电路之间的足够的电压绝缘之间的良好权衡。在现有技术中已经描述了在晶片后处理步骤中实现绝缘屏障的倒装芯片装配和具有绝缘屏障的管芯向上(die-up)配置两者。前一种解决方案需要专门设计的重新分布层以将管芯的输入连接器和输出连接器连接至封装的引脚。为了良好的输入/输出计数需要非常细的引线指状物，因此为此方法提供了定制的引线框架设计和额外的蚀刻步骤，并且仔细地将属于引线框架的次要部分的指状物相对于倒装的管芯对齐建立管芯与引线框架之间的电耦合。考虑到引线框架与管芯的装配，后一种解决方案更加灵活，因为可以使用引线键合技术，但感测元件处的信号削弱是管芯向上配置的缺点。通过将陶瓷插入器用作绝缘层可以实现良好的电压绝缘，但是这些陶瓷插入器在晶片后处理期间并不容易获得而仅在装配期间提供。因此，需要在不增加额外的装配步骤的情况下提供良好的电压绝缘和信号强度的集成电流感测电流。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供可靠的电流感测器件以及用于制造此类感测期间的方法，该可靠的电流感测器件适于感测高达至少150A(rms)和200A(峰值)的高电流，同时承受和绝缘高达至少3kV的电压。上述目标通过根据本专利技术的实施例的器件和方法来实现。在第一方面，本专利技术提供一种用于感测电流的电路，例如，集成电路。该电路包括：-具有第一主表面和第二主表面的衬底，第二主表面与第一主表面相对；-至少一个磁场感测元件，其布置在衬底的所述第一主表面上，并且适于感测由耦合到第二主表面的电流导体中的电流流动引起的磁场；其中，衬底包括第一绝缘层，该第一绝缘层定位在第一主表面与第二主表面之间，使得该第一绝缘层基本上被埋置在衬底中。第一绝缘层基本上被埋置在衬底中意味着该第一绝缘层的向外指向实体的大部分(例如，大于60％、大于80％、大于90％或全部)与衬底材料交界。在本专利技术的实施例中，第一绝缘层可以完全被埋置在衬底中。可以在晶片工艺期间制造第一绝缘层，因此可以获得高质量的具有成本效益的、可靠且可扩展的埋置层。第一绝缘层可以是薄的。埋置的绝缘层的所需厚度取决于将要施加的电压，并且可对应于每500V约1μm。因此，对于约2kV的应用，绝缘层厚度可以约为4μm，但是对于高达60V的应用，需要低得多的绝缘层厚度。不需要用于插入器的额外管芯附接层。有利地，可以在低风险下测量强电流。在本专利技术的实施例中，至少一个第一绝缘层可以是埋置绝缘氧化物层或埋置绝缘氮化物层。例如，氧化硅具有非常好的绝缘特性。氮化物钝化层也具有良好的绝缘特性，并且另外还有利于防潮。在根据本专利技术的实施例的电路中，衬底可以是集成传感器管芯。在根据本专利技术的实施例的电路中，在第一绝缘层的任一侧上的衬底材料可以是半导体材料。在特定实施例中，衬底可以是半导体-绝缘体-半导体(SOI)衬底，例如硅-绝缘体-硅衬底，其中绝缘体形成第一绝缘层。使用此类衬底是有利的，因为绝缘体上半导体处理(例如，绝缘体上硅处理)是成熟的技术。在特定配置中，SOI衬底可包括半导体层、埋置绝缘层和EPI层。在EPI层中，可以提供其输出并联地连接的至少两个霍尔板或至少两组霍尔板作为磁场感测元件。在本专利技术的实施例中，SOI衬底可以耦合到参考电势，例如可以通过使用穿透衬底的通孔(TSV)将SOI衬底接地。根据本专利技术的实施例的电路可进一步包括定位在第二主表面与电流导体之间的外部绝缘层。例如，在如上所指示的SOI衬底的情况下，可以在SOI衬底的半导体层与电流导体之间提供外部绝缘层，例如，电压绝缘带。此类外部绝缘层为高电流应用提供了额外的保护。此外，此类外部绝缘层形成第二增强层。可以将其沉积在衬底上或引线框架上，或者可以(例如，通过附接层)将其放置在两者之间。根据本专利技术的实施例的电路可以例如包括绝缘带，该绝缘带耦合到衬底的第二主表面。绝缘带可用于将衬底物理地附接到电流导体，诸如例如，附接到引线框架。根据本专利技术的实施例的电路可进一步包括引线框架，该引线框架包括主要部分和次要部分，该主要部分和次要部分各自包括多条引线，其中引线框架的主要部分的引线中的至少两条引线彼此电连接以形成电流导体。可以连接许多引线以支持要测量的电流，因此可以获得更宽的连接焊盘，从而具有更低的电阻率和更少的散热。在根据本专利技术的实施例的此类电路中，可以提供至少两个磁场感测元件(在电流导体的每一侧至少一个)以测量磁场。有利地以相反的极性使用这些传感器，使得可以抵消外部磁场。在根据本专利技术的实施例的电路中，衬底的厚度可以在至少一个磁场感测元件附近被减小。减小衬底的厚度减小了电流导体与感测元件之间的距离以增加传感器的灵敏度，例如，以获得更好的SNR。在根据本专利技术的实施例的电路中，可以在第二主表面处以及在至少一个磁场感测元件附近形成腔体。以此方式，可以形成局部薄的膜，以获得进一步减小的距离和更好的灵敏度，然而不失去结构支撑。腔体可包括斜侧壁和/或直侧壁。当将引线框架与衬底对齐时，腔体可以将导体锁定在适当的位置，而不会损坏膜。在根据本专利技术的实施例的电路中，第一绝缘层可以在第二主表面处部分地暴露。即使晶片已经薄化，这也可以通过移除背面处的所有额外衬底来实现。在本专利技术的特定实施例中，对于SOI型衬底或对于其他衬底两者，电流导体可包括扁平部分和突出部分，该扁平部分在平行于第二主表面的平面内延伸，而突出部分延伸出所述平面并延伸到腔体中。此类导体几何形状使得能够更紧密地放置导体和感测元件。这可以通过变形或冲压容易地获得。在根据本专利技术的特定实施例的电路中，管芯在平行于第一主表面的平面图中仅与引线框架的主要部分重叠。这意味着衬底可以仅安置在引线框架的主要部分上，而在平行于第一主表面的平面视图中不与引线框架的次要部分重叠。此配置使更小的管芯能够安置在主要引线框架部分上，因此允许更低的每个管芯的成本。此外，更长的主要/次要距离是可能的，这提供了更好的绝缘。在根据本专利技术的实施例的电路中，至少一个磁场感测元件可以例如经由引线键合电耦合到引线框架的次要部分。引线键合是比通孔更灵活的工艺：引线更易于放置和装配、对齐公差宽松得多、可获得更长的引线，并且需要更少的管芯处理步骤。在根据本专利技术的实施例的电路中，衬底可进一步包括定位在第一主表面与第二主表面之间的至少一个第二绝缘层，使得该第二绝缘层被埋置在衬底中并且不接触第一绝缘层。以此方式，例如对于高电流应用和/或工作电压/尖峰，获得增强的绝缘特性。位于第一绝缘层与第二绝缘层之间的衬底材料可以电接地。然后，此接地的衬底材料形成静电屏蔽，避免了来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于感测电流的电路(100、200)，所述电路包括：/n-衬底(110、210)，具有第一主表面(116)和第二主表面(117)，所述第二主表面(117)与所述第一主表面(116)相对；/n-至少一个磁场感测元件(113)，被布置在所述衬底(110、210)的所述第一主表面(116)上，并且适用于感测由耦合到所述第二主表面(117)的电流导体(101)中的电流流动引起的磁场；/n其中，所述衬底(110、210)包括第一绝缘层(112)，所述第一绝缘层(112)定位在所述第一主表面(116)与所述第二主表面(117)之间，使得所述第一绝缘层(112)基本上被埋置在所述衬底(110、210)中。/n

【技术特征摘要】
20181024 EP 18202389.51.一种用于感测电流的电路(100、200)，所述电路包括：
-衬底(110、210)，具有第一主表面(116)和第二主表面(117)，所述第二主表面(117)与所述第一主表面(116)相对；
-至少一个磁场感测元件(113)，被布置在所述衬底(110、210)的所述第一主表面(116)上，并且适用于感测由耦合到所述第二主表面(117)的电流导体(101)中的电流流动引起的磁场；
其中，所述衬底(110、210)包括第一绝缘层(112)，所述第一绝缘层(112)定位在所述第一主表面(116)与所述第二主表面(117)之间，使得所述第一绝缘层(112)基本上被埋置在所述衬底(110、210)中。


2.如权利要求1所述的电路，其中所述衬底(110、210)是半导体-绝缘体-半导体衬底，其中所述绝缘体形成所述第一绝缘层(112)。


3.如权利要求1或2所述的电路，进一步包括耦合到所述第二主表面(117)的绝缘带(103)。


4.如前述权利要求中的任一项所述的电路，进一步包括引线框架，所述引线框架包括主要部分和次要部分(102)，所述主要部分和次要部分(102)各自包括多条引线，其中所述引线框架的所述主要部分的引线中的至少两条引线彼此电连接以形成电流导体(101)。


5.如前述权利要求中的任一项所述的电路，其中所述衬底(110、210)的厚度在所述至少一个磁场感测元件(113)附近被减小。


6.如权利要求5所述的电路，其中在所述第二主表面(117)处以及在所述至少一个磁场感测元件(113)附近形成腔体(107)。


7.如权利要求6所述的电路，其中所述腔体(107)包括斜侧壁和/或直侧壁。


8.如在从属于权利要求4的情况下的权利要求6至7中的任一项所述的电路，其中所述电流导体(101)包括扁平部分和突出部分(106)，所述扁平部分在平行于所述第二主表面(117)的平面中延伸，所述突出部分(106)延伸出所述平面并延伸到所述腔体(107)中。
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·布里，R·拉奇，J·陈，A·卡恰托，
申请(专利权)人：迈来芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH