专利名称：引线框架电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及安装在引线框架上的集成电路(IC)晶粒，并且更特别地，涉及使用引线框架的一部分作为传感元件的电流传感。
背景技术：
IC器件已经被用以通过一些形式或另外的形式来完成几乎所有的电子功能。IC 器件的构件通常使用如图ι中所示的引线框架2，其中IC晶粒(未示出)安装在可以从如图1中所示的连接接头6的平面下移设置的晶粒焊盘(die paddle)4上。IC晶粒的电路可以通过焊丝(wirebonded)跳线(未示出)连接到接头6。一些应用比如马达速度控制或者定位系统经常需要IC器件来测量在电路中流着的电流的量。一种测量电流的方法是将低值电阻插入电路并且测量该电阻两端的电压降。 只要该电阻值不变，则测量的电压与电流成线性比例，这要求精确的测量，因为不期望在传感电阻器中耗散功率，因此传感电阻器的电阻值典型地小于一个欧姆，导致一个小的测量压降。该措施用以测量电流的一个不足在于传感电阻器中不可避免地耗散的功率升高了传感电阻器的温度并且该温度变化将导致电阻器的值发生变化。在图2中示出了一示例性设计(来自美国专利No. 6150714)，其中传感电阻器沈已经被形成为引线框架10邻近于安装在晶粒焊盘14上的IC晶粒12的部分。两个跳线30 将IC晶粒12上的焊点(pads)32连接到传感电阻器沈的端子28。在本示例中，电流从外部引线1、2和3流过左传导元件M、流过电阻器沈，并且接着流过右传导元件M并流出外部引线14、15和16。电阻器沈两端的电压降被IC晶粒12上的电路通过连接到端子28的引线30测量。某些时候使用温度补偿电路来改进电流测量的精度。这些电路可以包括能够用以产生补偿信号的一个或多个温度敏感元件，该补偿信号与从电阻器取得的测量结果组合， 可以提供更精确的测量结果。在图2所示的示例中，能够看出电阻器沈与IC晶粒12物理分离。因为将电阻器26连接到IC晶粒12的热路径通过塑料封装22，位于IC晶粒12上的任意温度补偿电路可以处于与电阻器沈不同的温度。这种温度补偿电路从传感电阻器沈的分离降低了补偿精度。
发明内容
存在对于精确地补偿IC器件中的电流传感元件中的与温度相关的变化的电流传感器的需求。在某些实施方式中，公开了电流传感器。该电流传感器包括引线框架，所述引线框架具有晶粒焊盘，所述晶粒焊盘的一部分被构造为电流能够流过的电阻元件；和集成电路(IC)晶粒，所述集成电路晶粒安装到并且热耦合到所述晶粒焊盘。所述IC晶粒包括电流传感模块，所述电流传感模块被构造用以测量所述电阻元件两端的电压降并且将该电压降测量结果转换成为电流测量信号；和温度补偿模块，所述温度补偿模块电耦合到所述电流传感模块。所述温度补偿模块被构造用以调节所述电流测量信号以补偿所述电阻元件中依赖温度的变化。所述温度补偿模块包括温度敏感元件，所述温度敏感元件的一部分位于所述电阻元件的一部分的直接上方。在某些实施方式中，公开了 IC封装。所述IC封装包括壳体，引线框架，所述引线框架具有晶粒焊盘，所述晶粒焊盘的一部分被构造为电流能够流过的电阻元件。所述引线框架安装在所述壳体内并且所述IC晶粒安装到并且热耦合到所述晶粒焊盘。所述IC晶粒包括电流传感模块，所述电流传感模块被构造用以测量所述电阻元件两端的电压降并且将该电压降测量结果转换成为电流测量信号；和温度补偿模块，所述温度补偿模块电耦合到所述电流传感模块。所述温度补偿模块被构造用以调节所述电流测量信号以补偿所述电阻元件中依赖温度的变化。所述温度补偿模块位于所述电阻元件的一部分的直接上方。在某些实施方式中，公开了一种测量电流的方法。该测量电流的方法包括如下步骤将IC晶粒安装到引线框架，所述引线框架具有如下的部分，该部分被构造为电流所能够流过的电阻元件，所述IC晶粒包括具有输出的温度补偿模块，所述温度补偿模块被构造用以补偿所述电阻元件中的温度相关的变化到所述引线框架，所述IC晶粒安装成使得所述温度补偿模块的温度敏感元件的一部分被定位在所述引线框架的电阻元件的一部分的直接上方，连接着所述电阻元件使得所述电阻元件形成待测电流的路径的一部分；测量所述电阻元件两端的电压降；将所述电压降测量结果转换成为电流测量信号；和至少部分地基于所述温度补偿模块的输出调节所述电流测量信号。
附图被包括以提供进一步的理解并且被整合和构成本说明书的一部分，附图示出所揭示的实施方式并且与说明一起用以解释所揭示的实施方式的原理。在附图中图1是具有下移设置的晶粒焊盘的引线框架的透视图。图2是安装在引线框架上的IC晶粒的平面图，其中引线框架的一部分形成传感电阻器。图3是根据本发明的某些方面的引线框架电流传感器的实施方式的分解透视图。图4至图6是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件的晶粒焊盘的实施方式的平面图。图7是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件的晶粒焊盘的示例性实施方式的下侧的平面图。图8至图10是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件的晶粒焊盘的替代实施方式的平面图。
具体实施例方式这里公开的电流传感器提供了测量电流同时补偿传感电阻器中的与温度相关的变化的能力。在下面的详细说明中，提出了若干具体细节以提供对于本发明的全面理解。但是显然，对于本领域技术人员，本发明的实施方式可以不采用所述具体细节中的某些细节而实践。在其它的示例中，未详细示出熟知的结构和技术，以不会模糊本发明。
图3是根据本发明的某些方面的引线框架电流传感器34的实施方式的分解透视图。电流传感器；34包括IC晶粒35，IC晶粒35包括温度补偿模块36。IC晶粒35在虚线 38所示的区域中安装到晶粒焊盘37。晶粒35安装到晶粒焊盘37，在本示例中IC晶粒35 利用粘合膜35A安装到晶粒焊盘37，其中粘结膜35A在晶粒35和晶粒焊盘37之间提供了机械粘合及电隔离。在本实施方式中，电阻元件39形成在晶粒焊盘37中。该粘合膜35A 可以是在晶粒分割之前施加到晶粒35的下侧的分立的粘合片或者涂层。在本示例中，电流从焊点39A流到焊点39B，并且大的焊点37A上的电压降与电阻元件39两端的电压降相比可以忽略。如轮廓线36A所示，电阻元件39位于温度补偿模块36的直接下方，轮廓线36A 表示在装配时晶粒焊盘37被温度补偿模块36覆盖的区域。在某些实施方式中，完整的温度补偿模块36的物理尺寸可以大于电阻元件39的面积，并且温度补偿模块36的仅一部分可以在电阻元件39直接上方。在某些构造中，温度补偿模块36可以包括如下元件，该元件是温度敏感的并且向带有另外的温度不敏感的元件比如数字电路的温度补偿模块36提供温度输入。温度补偿模块36的温度不敏感的部分可以被置于IC晶粒35远离电阻元件39上方的位置的部分上，只要电路的温度敏感部分或者该部分的一部分位于电阻元件39上方，就不会对温度补偿的精度有负面影响。对于平的物体比如晶粒焊盘37，所使用的描述性词语比如“之上”、“上方”和“之下”是相对于物体沿与晶粒焊盘37的平面垂直的轴线的位移而言，其中晶粒焊盘被认为是 “水平”的。该术语作为方便的方式用于标识相对位置且并不隐含相对于重力参照系规定的定向。当IC晶粒35安装到晶粒焊盘37时，电流传感元件39和温度补偿模块36的协同定位提供了在电流传感元件39与温度补偿模块36之间的卓越的热耦合。另外，电流传感元件39也在两侧热连接到大的焊点37A并且趋于处于与焊点37A相同的温度。在电流传感元件39中产生的热将传导到两个焊点37A中并且在大的粘结区域上方进入IC晶粒35。 这将降低IC晶粒35与晶粒焊盘37之间的温度差异。结果，温度补偿模块36的温度将非常接近电流传感元件39的温度，这改进了补偿精度。图4至图6是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件的晶粒焊盘的实施方式的平面图。图4是与图3中所示相同的晶粒焊盘37，其中由IC晶粒(未示出)遮盖的区域由轮廓线38标识而减小的横截面的区域39形成电阻元件。电流传感元件39的替代实施方式可以包括多个并联元件以替代如图4中所示的单个元件39或者将电阻元件39定位成远离图4中所示的中心位置。图5是替代实施方式，其中整个晶粒焊盘40形成传感电阻器。电流从区域41A流到区域41B，并且电压降能够在这些相同区域41A和区域41B中测量到。图6示出了一种晶粒焊盘42，该晶粒焊盘构造有接头44并且具有减小的横截面的电阻元件43。电流从区域43A通过电阻元件43流到区域43B。电阻元件43两端的电压降能够在接头44的两端测量到，因为在每个接头44与电阻元件43的近侧之间的大的焊点两端的电压降可以忽略。电路中的电压降的测量类型已知为“开尔文(Kelvin)法”或者“4端传感”阻抗测量。因为没有电流流过电压测量线，假设它们连接到测量电路上的高阻抗输入， 不管传感线的长度是多少，在传感线上没有电压降。图7是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件45的引线框架70的示例性实施方式的下侧的平面图。在本图中，可以观察到连接接头6围绕晶粒焊盘71。焊点45A和45B是用于外部电路的连接点，其中IC将在电流流过焊点45A与45B之间时测量电流。 使用多个引脚用于该连接允许更高的电流并且使得更易于检查到焊点45A和45B的焊料连接。连接接头44将是用于连接线(未示出)的触点或者是在晶粒焊盘与被构造用以对电流传感元件45两端的电压降进行Kelvin法测量的电流传感模块(未示出)之间的其它电连接。在本实施方式中，与在电阻元件45的两侧中的任一侧上构成晶粒焊盘的大部分的区域46的厚度和宽度相比，电阻元件45的截面在厚度上及在宽度(垂直于电流)上已经减图8至图10是根据本发明的某些方面的包含有电流传感元件的引线框架的替代实施方式的平面图。图8示出了晶粒焊盘80，晶粒焊盘80带有电阻元件82，电阻元件82沿电流的中心线路径的长度比电阻元件82的宽度长，所述中心线路径通过虚线86示出。电阻元件82的该构造可用以为低电流应用增大电阻。图9是替代实施方式，其中晶粒焊盘90 具有电阻元件92，该电阻元件92所沿着的路径不在焊盘90的中心。电阻元件92的卷曲路径由周边94限定。在本示例中，温度传感模块的投影位置36A在由周边94限定的区域内， 但不直接在电阻元件92上方。该构造提供了与使温度传感模块直接在电阻元件92上方的相同的益处，因为电阻元件92在由周边94限定的整个区域的上方热耦合于温度补偿模块 (未示出)。图10示出了另一个实施方式，其中晶粒焊盘100具有由周边104限定的长的蛇形电阻元件102。简言之，所公开的堆叠引线框架组件的实施方式提供了形成在引线框架的晶粒焊盘中的电流传感电阻器与位于安装到晶粒焊盘的IC晶粒上的温度补偿模块之间的热耦合。这是通过将温度补偿模块置于电阻元件的直接上方，或者在卷曲的电阻元件的情况中， 通过将温度补偿模块置于电阻元件的区域内而完成。使温度补偿模块处于与电阻元件的温度非常接近的温度，能够在电流测量信号中精确补偿所述电阻元件中的影响电流的测量结果的依赖温度的变化。先前的说明被提供用以使本领域中的技术人员能够实践这里说明的各个方面。虽然先前已经说明了所认为的最佳方案和/或其它的示例，应理解对于这些方面的各种修改对于本领域技术人员将是容易清楚的，并且这里限定的一般原理可以应用于其它方面。由此，权利要求并不意图限定于这里所示的方面，而是与权利要求书中的权利要求一致的完整范围相一致，其中除非具体说明，以单数形式对于元件的引用并不意图指“一个和仅一个”，而是“一个或多个”。除非另外具体地声明，术语“一些”指一个或多个。男性代词(例如，他的)包括女性和中性(例如，她的或者它的)，并且反之亦然。如果有标题或者副标题，则仅是为了方便，并不限定本发明。应理解，在所公开的流程中的步骤的特定顺序或者层次结构是对于示例性措施的说明。基于设计优选项，应理解流程中的步骤的特定顺序或者层次结构可以重新安排。一些步骤可以同时进行。所附方法权利要求使各步骤要素以示例的顺序呈现，并不意图限定于给出的特定的顺序或层次结构。在本公开中使用的术语比如“顶”、“底”、“前”、“后”等应理解为指代任意的参照
系，而不是指通常的重力参照系。由此，顶面、底面、前面和后面在重力参照系中可以向上、 向下、斜向或者水平地延伸。短语比如“方面”并不暗指该方面对于主题技术是必不可少的或者该方面适用于本主题技术的全部构造。与方面相关的公开可以应用于全部的构造，或者应用于一个或多个构造。短语比如一个方面可以指一个或多个方面并且反之亦然。短语比如“实施方式”并不暗指该实施方式对于主题技术是必不可少的或者该实施方式应用于主题技术的全部的构造。与实施方式相关的公开可以应用于全部的实施方式，或者应用于一个或多个实施方式。短语比如实施方式可以指一个或多个实施方式并且反之亦然。词语“示例性”在这里用以表示“作为示例或者说明”。这里说明为“示例性的”方面或者设计并不解释为比其它的方面或设计优选或者有利。对于本领域普通技术人员已知或者随后将已知的与整个说明书中说明的各个方面的元件等效的全部结构和功能明确地通过引用包含在此并且意图由权利要求涵盖。而且，不管该公开是否在权利要求中明白地提到，这里公开的内容不意图奉献给公众。除非权利要求的元件明确地使用短语“用于…的装置”，或者在方法权利要求的情况中，该元件通过用短语“用于…的步骤”提及，权利要求中的元件不根据《美国法典》第35卷第112节第六段来解释。另外，关于术语“包括(include)”、“具有(have)”等在说明书或者权利要求中被使用的范围，该术语意图以与术语“包括(comprise)，，的解释方式类似的方式被包括， 即术语“包括(comprise) ”被采用作为权利要求中的过渡性词语时的解释方式。
权利要求
1.一种电流传感器，包括引线框架，所述引线框架具有晶粒焊盘，所述晶粒焊盘的一部分被构造作为电流所能够流过的电阻元件；和集成电路(IC)晶粒，所述集成电路晶粒安装到并且热耦合到所述晶粒焊盘，所述IC晶粒包括电流传感模块，所述电流传感模块被构造用以测量所述电阻元件两端的电压降并且将该电压降测量转换成为电流测量信号；和温度补偿模块，所述温度补偿模块电耦合到所述电流传感模块，所述温度补偿模块被构造用以调节所述电流测量信号以补偿所述电阻元件中依赖温度的变化，所述温度补偿模块包括温度敏感元件，所述温度敏感元件的一部分位于所述电阻元件的一部分的直接上方。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述电流传感模块被构造用以对所述电阻元件两端的电压降进行Kelvin法测量。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述电阻元件包括整个所述晶粒焊盘。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述电阻元件具有与所述电阻元件的两侧中任一侧的所述晶粒焊盘的横截面相比减小的横截面，其中所述横截面垂直于电流的方向。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其中所述电阻元件沿所述电流的中心线路径的长度比垂直于所述电流的所述电阻元件的平均宽度长。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其中所述电阻元件通过大体上呈直线的周边所限定，并且所述温度补偿模块位于由所述周边限定的区域的一部分的上方。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述电阻元件在所述温度补偿元件的直接下方与所述晶粒热接触。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其中所述温度补偿模块的整个区域在所述电阻元件上方。
9.一种IC封装，其包括壳体；引线框架，所述引线框架具有晶粒焊盘，所述晶粒焊盘的一部分被构造作为电流所能够流过的电阻元件，所述引线框架安装到所述壳体；和IC晶粒，所述IC晶粒安装到并且热耦合到所述晶粒焊盘，所述IC晶粒包括电流传感模块，所述电流传感模块被构造用以测量所述电阻元件两端的电压降并且将该电压降测量结果转换成为电流测量信号；和温度补偿模块，所述温度补偿模块电耦合到所述电流传感模块，所述温度补偿模块被构造用以调节所述电流测量信号以补偿所述电阻元件中依赖温度的变化，所述温度补偿模块包括温度敏感元件，所述温度敏感元件的一部分位于所述电阻元件的一部分的直接上方。
10.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述电流传感模块被构造用以对所述电阻元件两端的电压降进行Kelvin法测量。
11.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述电阻元件包括整个所述晶粒焊盘。
12.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述电阻元件具有与所述电阻元件的两侧中任一侧的所述晶粒焊盘的横截面相比减小的横截面，其中所述横截面垂直于电流的方向。
13.根据权利要求12所述的电流传感器，其中所述电阻元件沿所述电流的中心线路径的长度比垂直于所述电流的所述电阻元件的平均宽度长。
14.根据权利要求13所述的电流传感器，其中所述电阻元件通过大体上直线周边所限定，并且所述温度补偿模块位于由所述周边限定的区域的一部分的上方。
15.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述电阻元件在所述温度补偿元件的直接下方与所述晶粒热接触。
16.根据权利要求9所述的电流传感器，其中所述温度补偿模块的整个区域在所述电阻元件上方。
17.根据权利要求9所述的IC封装，其中所述引线框架的一部分穿过所述壳体而暴露。
18.—种测量电流的方法，所述方法包括如下步骤将IC晶粒安装到引线框架，所述引线框架具有如下的部分，该部分被构造为电流所能够流过的电阻元件，所述IC晶粒包括温度补偿模块和温度敏感元件，所述温度补偿模块具有输出，所述温度补偿模块被构造用以补偿所述电阻元件中的温度相关的变化到所述引线框架，所述IC晶粒安装成使得所述温度补偿模块的温度敏感元件的一部分被定位在所述引线框架的电阻元件的一部分的上方；连接所述电阻元件，使得所述电阻元件形成待测电流的路径的一部分；测量所述电阻元件两端的电压降；将所述电压降测量结果转换成为电流测量信号；和至少部分地基于所述温度补偿模块的输出，调节所述电流测量信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中测量所述电压降的步骤包括对所述电阻元件的两端的电压降进行Kelvin法测量。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述安装IC晶粒的步骤包括定位所述IC晶粒， 使得所述温度补偿模块的整个区域在所述电阻元件上方。
全文摘要
公开了一种电流传感器。该电流传感器包括具有晶粒焊盘的引线框架，所述晶粒焊盘的一部分构造为电流所能够流过的电阻元件，并且集成电路(IC)晶粒安装到并且热耦合到该晶粒焊盘。所述IC晶粒包括电流传感模块，所述电流传感模块被构造用以测量所述电阻元件两端的电压降并且将该电压降测量结果转换成为电流测量信号；和温度补偿模块，所述温度补偿模块电耦合到电流传感模块。温度补偿模块被构造用以调节电流测量信号以补偿电阻元件中依赖温度的变化。所述温度补偿模块包括温度敏感元件，所述温度敏感元件的一部分位于电阻元件的一部分的直接上方。
文档编号G01R19/32GK102313832SQ20111018134
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者万华·蕙, 埃德森·韦恩·波特, 罗伯特C·齐亚科齐亚 申请人:凌力尔特有限公司