电流传感器的制作方法

1.本发明涉及一种电流传感器。


背景技术：

2.us 8,907,437 b2公开了一种电流传感器，该电流传感器被安装在集成电路壳体中，并且包含用于检测磁场的电路、电流导体和绝缘体。绝缘体被提供为具有至少两层薄片材料的绝缘结构。绝缘结构的尺寸使得形成封装的模制塑料体的塑料材料提供增强的绝缘。根据一个实施例，绝缘结构具有两层绝缘带。每层绝缘带都包含聚酰亚胺薄膜和粘合剂。绝缘结构和模制塑料体可设计为至少达到500vrms的工作电压。
3.在us 7,709,754 b2中描述了另一种具有集成电路的电流传感器。已知的电流传感器包括具有至少两个导体的引线框和具有第一表面的基板，至少两个导体耦合以形成电流导体部段，第一表面中布置有一个或多个磁场传感器，其中第一表面在电流导体部段附近，并且第二表面远离电流导体部段。在示例中，基板被布置成使得基板的第一表面在电流导体部段上方并且基板的第二表面在第一表面上方。换言之，集成电路中的基板相对于传统取向是倒置布置的。由此，一个或多个磁场传感器可以非常靠近电流导体部段，这使得电流传感器具有改进的灵敏度。


技术实现要素：

4.需要一种电流传感器，以确保磁场传感器的更可靠的电流隔离，以测量流过电流轨的电流和该电流轨。
5.提出了一种根据本发明的电流传感器。在以下内容中提及进一步的设计。
6.提出了一种带有电流轨的电流传感器，其具有磁场传感器，磁场传感器被设置为测量流过电流轨的电流所感应的磁场，其中电流轨与磁场传感器布置有第一绝缘层和第二绝缘层，其中第一绝缘层和第二绝缘层之间的界面不与电流轨接触和/或不与磁场传感器接触。
附图说明
7.现在参考附图更详细地解释所提出的电流传感器的各种配置。在此：
8.图1示出电流传感器；
9.图2示出电流传感器；
10.图3示出电流传感器；
11.图4示出电流传感器；
12.图5示出电流传感器；
13.图6示出电流传感器；
14.图7示出电流传感器；
15.图8示出电流传感器；
16.图9示出电流传感器；
17.图10示出电流传感器；
18.图11示出电流传感器；
19.图12示出电流传感器；
20.图13示出电流传感器；
21.图14示出电流传感器；
22.图15示出电流传感器；
23.图16示出电流传感器；
24.图17示出电流传感器；和
25.图18示出电流传感器。
具体实施方式
26.图1示出了电流传感器100。电流传感器100包括电流轨101和磁场传感器102。磁场传感器102被设置为测量由流过电流轨101的电流感应的磁场。磁场取决于流过电流轨101的电流，因此借助于磁场传感器102测量的测量值指示流过电流轨101的电流。
27.例如，需要电流传感器来测量电驱动的机动车的电池的充电电流，这些汽车正越来越多地取代具有内燃机的车辆。还需要电流传感器来测量从电池流向驱动器电动机的电流。机动车中的电网越来越多地以比运行磁场传感器的电压高许多倍的电压来运行。因此，期望电流轨101与磁场传感器102之间的非常安全和永久的电流隔离。
28.在电流轨101与磁场传感器102之间布置有第一绝缘层103和第二绝缘层104设置。在图1所示的电流传感器中，第一绝缘层103与第二绝缘层104之间的界面不与电流轨101接触，也不与磁场传感器102接触。
29.可以设计第一绝缘层103和第二绝缘层104，使得它们能够彼此独立地确保电流轨101与磁场传感器之间的充分电隔离。即使两个绝缘层103、104之一的功能可能受损，另一个绝缘层104、103仍然可以阻止电流在电流轨101与磁场传感器102之间流动。
30.通过布置第一绝缘层103和第二绝缘层104，使得第一绝缘层103与第二绝缘层104之间的界面不接触电流轨101和/或不接触磁场传感器102，由此可以降低从电流轨101到磁场传感器102沿界面形成的电流路径的风险。
31.特别地，第一绝缘层103与第二绝缘层之间的界面可以没有如下部段，其平行于从磁场传感器102的导电部段到电流轨101的导电部段的方向。这样，即使在磁场传感器102的导电部段与电流轨101的导电部段之间存在电位差的情况下，也能够降低电流沿界面流动的概率。
32.例如，第一绝缘层103与第二绝缘层104之间的界面可以基本上垂直于从磁场传感器102的导电部段到电流轨101的导电部段的方向取向。
33.第一绝缘层105的厚度105和/或第二绝缘层104在从磁场传感器的导电部段到电流轨的导电部段的方向上的厚度为可以特别是大于10μm，特别是大于100μm，以确保可靠的电流隔离。
34.第一绝缘层103和/或第二绝缘层104的厚度105可以小于1000μm，特别是小于200μm。电流传感器100的灵敏度通常取决于磁场传感器102和电流轨101之间的距离。因此，可以
通过限制第一绝缘层103和/或第二绝缘层104的厚度来提高电流传感器101的精度。
35.在图1所示的电流传感器100中，第一绝缘层103由第一材料制成，第二绝缘层104由第二材料制成，其中第一材料与第二材料不同。使用不同的材料可以降低由于材料缺陷导致两个绝缘层不再能够同时确保足够的电流隔离的风险。
36.第一材料和/或第二材料可以具有值介于2和12之间的介电常数。
37.第一材料和/或第二材料可以具有大于10v/μm，特别是大于30v/μm的耐电压强度值。这可以允许电流传感器也用于高压直流应用。
38.此外，第一材料和/或第二材料可以具有大于10
10
ωcm，特别是大于10
17
ωcm的绝缘电阻值，可以有效防止漏电流。
39.第一绝缘层和第一绝缘层之间的边界表面可以具有连续的、特别是连续可微分的走向。没有棱角的界面有助于避免局部静电压尖峰，并进一步提高电流传感器的耐用性。
40.第二绝缘层104可以是胶合层，磁场传感器102通过该胶合层附接在第一绝缘层103上。
41.第二绝缘层可以是电流传感器的封装的一部分。
42.磁场传感器可以包括集成电路，该集成电路具有基板侧和部件侧，并且其中磁场传感器元件105被布置在部件侧。
43.在根据图1的电流传感器100这，磁场传感器102的基板侧面向电流轨101。这可以降低在机械地附接磁场传感器102时损坏磁场传感器元件106的风险。还可以考虑，磁场传感器102利用基板侧相对于电流轨101的布置借助电线108(例如通过引线键合)简化了从磁场传感器102的接触表面到电流传感器100的电接头107、例如引线框架的电连接。
44.磁场传感器102可以布置在预制槽109中。这可以简化电流传感器的制造。例如，槽109可以形成在电流传感器的预制壳体中。特别地，电流轨101可以形成在电流传感器100的一个或该预制壳体中。
45.磁场传感器102尤其可以包括霍尔传感器元件。替代地或附加地，磁场传感器102可以包括磁阻磁场传感器元件。
46.如图1所示，电流轨101可以嵌入电流传感器100的预制壳体中。
47.电流传感器100可以被设置为安装在印刷电路板(pcb)110上。通过这种方式，它可以很容易地集成到电路中。
48.电接头107和电流轨101之间的距离可以大于300μm，特别是大于400μm，以防止测量信号受到通过电流线传导的电流的电影响。
49.图2中示出了另一个电流传感器200。电流传感器200还包括电流轨201和磁场传感器202。电流轨201和磁场传感器202之间设置有第一绝缘层203和第二绝缘层。第一绝缘层203和第二绝缘层之间的界面不与电流轨201接触，也不与磁场传感器202接触。第二绝缘层包括第一胶合层241、介电层242和第二胶合层243。在一些电流传感器中，也可以省略第二胶合层243，而介电层242可以直接与磁场传感器202连接。
50.介电层242可由聚酰亚胺制成。介电层242可以具有大于5μm和/或小于15μm的厚度。特别地，介电层242可以具有大约10μm的厚度。第一胶合层241和/或第二胶合层243的厚度可以小于10μm，特别是小于5μm。第一胶合层241和/或第二胶合层243可以是抗静电胶合层。在电流传感器200中，第二胶合层可以是ddaf(dicing die attach film)胶合层。
51.为了制造电流传感器200，例如，可以在预制壳体中提供槽209，其中电流轨201和用于磁场传感器202的电接头207被集成到预制壳体中。在这种情况下，预制壳体提供第一绝缘层203。介电层242然后可以在第一胶合层241的帮助下安装到槽209中。然后可以将具有磁传感器元件205的磁场传感器202利用第二胶合层243粘合到介电层上，从而进行机械固定。磁场传感器202或磁场传感器元件208借助电线208与电接头207连接。然后可以用浇注料填充槽209，以保护磁场传感器202和电线连接免受有害的环境影响。以这种方式制造的传感器200然后可以例如安装在印刷电路板210上。
52.图3还示出了具有电流轨301和磁场传感器302的电流传感器300。电流轨301和磁场传感器302之间再次布置有第一绝缘层303和第二绝缘层，其中第二绝缘层具有第一胶合层341、介电层342和第二胶合层343。第一绝缘层303和第二绝缘层之间的界面又不与磁场传感器302和电流轨301接触。
53.为了制造电流传感器300，可以首先在预制壳体中提供槽309，其中将用于磁场传感器302的电流轨301和电接头307封装在预制壳体中，其中第一绝缘层303是封装的一部分。然后可以将设置有第一胶合层341、介电层342和第二胶合层343的磁场传感器302安装在槽309中。磁场传感器302或磁场传感器元件308借助电线308与电接头307连接。然后可以用浇注料填充槽309，以保护磁场传感器302和电线连接免受有害的环境影响。以这种方式制造的传感器300然后可以例如安装在印刷电路板310上。
54.在图4所示的电流传感器400的情况下，首先预制具有槽409的壳体，其中集成了电流轨401和电接头407。第一绝缘层403是壳体的一部分。可以将液体材料引入槽409中，该材料在其硬化之后形成第二绝缘层404。槽409可以设计为使液体材料不与电接头407接触。磁场传感器402可以借助胶合层444粘合到第二绝缘层404上。第一绝缘层403与第二绝缘层404之间的界面不与电流轨401接触，也不与磁场传感器402接触。
55.第二绝缘层404的材料可以特别是无机材料。例如，第二绝缘层404可以由玻璃熔块(glass fritt)或粘合剂(cement)制成。第二绝缘层404也可以由硅树脂制成，特别是氟硅树脂(fluorinated silicone)。
56.胶合层444尤其可以是抗静电胶合层。
57.在磁场传感器402已经被机械附接之后，它或磁场传感器元件406可以借助电线408与电接头407连接。然后可以将电流传感器400安装在印刷电路板410上。
58.图5还示出了具有电流轨501和磁场传感器502的电流传感器500。在电流轨501和磁场传感器502之间布置有第一绝缘层503和第二绝缘层504。磁场传感器502包括制造在半导体芯片上的半导体电路。第二绝缘层504由半导体芯片的背面氧化物形成。磁场传感器502只能具有几个与壳体机械接触的隆起512。在借助电线508将磁场传感器502或磁场传感器元件506与电接头507电连接之后，可以用凝胶填充预制壳体的槽509。由于凝胶的柔韧性，可以使磁场传感器502的柔性机械连接成为可能，从而降低了磁场传感器502断裂的风险。
59.在根据图6的电流传感器600的情况下，第一绝缘层603形成为电流轨601的涂层。例如，电流轨601的涂层可以由聚对二甲苯和/或金属氧化物形成。电流轨601的涂层可以通过电泳沉积产生。由电流传感器600的壳体形成的第二绝缘层604布置在磁场传感器602与磁场传感器元件606之间。磁场传感器602借助胶合层644附接在壳体的槽中，并借助电线
608与电流传感器600的电接头607连接。
60.图7示出了电流传感器700，其中磁场传感器702包括集成电路，该集成电路具有基板侧和部件侧，并且其中磁场传感器元件706被布置在部件侧。与图1至图6所示的电流传感器不同，在电流传感器700中，部件侧面向电流传感器701的电流轨701。这可以允许磁场传感器元件706更靠近电流轨701地定位，从而可以提供更灵敏的电流传感器700。然而，在磁场传感器702与电流轨701之间还布置有第一绝缘层703和第二绝缘层704。
61.球栅阵列(bga)714可以用于将磁场传感器702与互连元件713电连接。互连元件713可以通过聚酰亚胺膜上的金属层来实现，其中聚酰亚胺膜形成第二绝缘层704。由互连元件可以将电线708用于与电流传感器700的电接头707电连接。磁场传感器702可以布置在电流传感器700的预制壳体的槽709中。电流传感器700可以利用电接头707与印刷电路板(未示出)连接。
62.图8所示的电流传感器800的元件801、802、803、804、806、807、808、809、813、814对应于图7中所示的电流传感器700的元件701、702、703、704、706、707、708、709、713、714。
63.与电流传感器700不同，电流传感器800的槽809布置在当电流传感器800处于在电路板810上的安装状态中面对电路板810的一侧。
64.与图1至8中所示的电流传感器不同，电流传感器也可以在没有预制壳体的情况下制造。
65.图9所示的电流传感器900例如可以通过薄膜辅助注塑(薄膜辅助传递成型)来制造。
66.电流传感器900具有电流轨901和磁场传感器902。在电流轨901与磁场传感器902之间设置有第一绝缘层903和第二绝缘层904。第一绝缘层903与第二绝缘层904之间的界面不与电流轨901接触。
67.为了制造电流传感器900，首先可以提供电流轨901和电接头907。电流轨901和电接头907可以各自是引线框的一个部段。磁场传感器902可以借助胶合层944安装到电接头907上。具有磁场传感器元件906的磁场传感器902然后可以借助电线908与电接头907连接。然后可以包覆电流传感器的元件，使得只有电流轨901和电接头907的端子被向外引导。在这种情况下，用于包覆的材料可以形成第一绝缘层903。
68.磁场传感器902可以是形成在半导体芯片中的集成电路的一部分。第二绝缘层904尤其可以是半导体芯片的钝化层。半导体芯片的钝化层尤其可以由氧化硅和/或亚硝酸硅形成。
69.图10中示出了另一电流传感器1000。电流传感器1000包括电流轨1001和具有磁场传感器元件1006的磁场传感器1002。与图1008中所示的电流传感器900的情况一样，在电流传感器1000中磁场传感器1002借助胶合层1044机械地附接在电接头1007处，并且借助电线1008与其电连接。然而，第一绝缘层1003不是由浇注材料形成，而是由在浇注之前和在安装磁场传感器1002之前施加的膜形成。第二绝缘层1004由浇注材料提供。
70.图11所示的电流传感器1100还具有电流轨1101和具有磁场传感器元件1106的磁场传感器1102。提供第一绝缘层1103作为电流轨1101的涂层。第二绝缘层1104由浇注材料提供。第一绝缘层1103与第二绝缘层1104之间的界面既不与电流轨1101接触，也不与磁场传感器1102接触。磁场传感器1102利用电线1108与电接头1107连接。除了与电线1108的接
触点外，电接头1107还可以设置有接头绝缘层1115，以进一步改进信号线与电流轨1101的电流隔离。特别地，接头绝缘层1115可以在安装电线1108之前被去除。例如，可以为此使用激光。也可以考虑在接触点处根本不设置接头绝缘层1115。磁场传感器1102可以借助胶合层1144机械地附接到有涂层的电接头1107。
71.图12中还示出了电流传感器1200。电流传感器1200包括电流轨1201和具有磁场传感器元件1206的磁场传感器1202。第一绝缘层1203由浇注材料提供。第二绝缘层1204由预制薄片提供，磁场传感器1202借助粘合材料1245附接在该薄片上。磁场传感器1202尤其可以布置在薄片1204的凹部中。薄片1204可以利用胶合层1244机械地附接到电接头1207。可以首先将磁场传感器1202附接到薄片1204，然后将薄片1204附接到电接头1207。例如，薄片1204的机械夹持可以比磁场传感器1202的夹持简单。然而也可以考虑，首先将薄片1204附接到电接头1207，然后才将磁场传感器连接到薄片1204。然后可以借助电线1208建立电连接。
72.图13所示的电流传感器1300具有电流轨1301和具有磁场传感器元件1306的磁场传感器1302。第一绝缘层1303由电流传感器1300的浇注材料形成。磁场传感器1302包括集成电路，该集成电路具有基板侧和部件侧，并且其中磁场传感器元件1306布置在部件侧。磁场传感器元件1306覆盖有用作第二绝缘层1304的钝化层。部件侧面向电流轨1301。
73.磁场传感器1302布置在电流轨1301与电接头1307之间。它可以借助粘合膜1344附接到电接头1307。集成电路的部件侧的一部分未被钝化层覆盖，使得磁场传感器1302可以利用电线1308与电接头1307电连接。
74.图14中示出了另一个电流传感器1400。第一绝缘层1403由安装在电流轨1401上的薄膜形成，电流传感器1400的浇注材料形成第二绝缘层1404。磁场传感器1402以其部件侧朝向电流轨布置，在该部件侧上设置有磁场传感器元件1406。磁场传感器1402借助球栅装置1414机械地和电气地附接到电接头1407。
75.此外，图15中示出了电流传感器1500，其元件1501、1504、1506、1503、1502、1507与图14的电流传感器1400的元件1401、1404、1406、1406、1403、1402、1407一致。然而，磁场传感器1502利用胶合层1544机械地连接、并且经由电线1508电连接到电接头1507。
76.图16中示出了另一个电流传感器1600，其元件1601、1609、1603、1606、1602、1608、1607对应于图2所示电流传感器200的元件201、209、203、206、202、208、207。磁场传感器1602借助胶合层1644与薄片1604、例如玻璃薄片连接，其中薄片1604提供第二绝缘层。薄片1604可以被加热，然后在加热状态下放入预制壳体的槽1609中，以使其与预制壳体机械连接。
77.图17和18示出了另外两个电流传感器1700和1800，它们分别具有电流轨1701、1801、磁场传感器1702、1802、磁场传感器元件1706、1806、电接头1707、1807和电线1708，1808，电线将磁场传感器1702、1802与电接头1707或1807连接。
78.电流传感器1700的磁场传感器1702借助胶合层1744与电接头连接。在浇注磁场传感器1702之前，沉积适合(konform)层，其形成电流轨1701与磁场传感器1702之间的第一绝缘层1703。第二绝缘层1704可以通过封装形成。
79.电流传感器1800具有带槽1809的预制壳体。预制壳体的材料形成第一绝缘层1803。用作第二绝缘层1804的层可以适合地沉积在预制壳体上。然后可以将磁场传感器
1802安装在槽1809中并且可以建立到电接头1807的电连接。
80.总之，示出了电流传感器的许多示例，其特征在于由于提供第一和第二绝缘层而具有特别好的可靠性。
81.一些示例性实施例由以下示例定义：
82.示例1.一种电流传感器(100)
83.带有电流轨(101)，
84.带有磁场传感器(102)，
85.其中，所述磁场传感器(102)被设置为测量由流过所述电流轨(101)的电流感应的磁场，
86.其中所述电流轨(101)与所述磁场传感器(102)之间布置有第一绝缘层(103)和第二绝缘层(104)，
87.其中，所述第一绝缘层(103)与所述第二绝缘层(104)之间的界面不与电流轨(101)接触和/或不与磁场传感器(102)接触。
88.示例2.根据示例1所述的电流传感器(100)，
89.其中，所述界面没有平行于从所述磁场传感器(102)的导电部段到所述电流轨(101)的导电部段的方向的部段。
90.示例3.根据示例1或2所述的电流传感器(100)，
91.其中，所述界面基本上垂直于从所述磁场传感器(102)的导电部段到所述电流轨(101)的导电部段的方向定向。
92.示例4.根据示例1至3中任一项所述的电流传感器(101)，
93.其中，所述第一绝缘层(103)和/或所述第二绝缘层(104)在从所述磁场传感器(102)的导电部段到所述电流轨(101)的导电部段的方向上的厚度大于10μm，特别是大于100μm和/或小于1000μm，尤其是小于200μm。
94.示例5.根据示例1至4中任一项所述的电流传感器(100)，
95.其中，所述第一绝缘层(103)由第一材料制成，
96.其中，所述第二绝缘层(104)由第二材料制成，并且
97.其中第一材料不同于所述第二材料。
98.示例6.根据示例1至5中任一项所述的电流传感器(100)，
99.其中，所述第一材料和/或所述第二材料具有值在2和12之间的介电常数。
100.示例7.根据示例1至6中任一项所述的电流传感器(100)，
101.其中所述第一材料和/或所述第二材料具有大于10v/μm、特别是大于30v/μm的耐电压强度值。
102.示例8.根据示例1至7中任一项所述的电流传感器(100)，
103.其中所述第一材料和/或所述第二材料具有大于10
10
ωcm、特别是大于10
17
ωcm的绝缘电阻值。
104.示例9.根据示例1至8中任一项所述的电流传感器(100)，
105.其中所述界面具有连续的走向。
106.示例10.根据示例1至9中任一项所述的电流传感器(100)，
107.其中，所述第一绝缘层(103)和/或所述第二绝缘层(104)包括胶合层，并且其中所
述胶合层布置在所述界面处。
108.示例11.根据示例1至10中任一项所述的电流传感器(900、1000)，
109.其中，所述第一绝缘层(903)或所述第二绝缘层(1004)是所述电流传感器(900、1000)的封装的部分。
110.示例12.根据示例1至11中任一项所述的电流传感器(100、700)，
111.其中，所述磁场传感器(102、702)包括集成电路，其中所述集成电路具有基板侧和部件侧，并且其中磁场传感器元件(106、706)布置在所述部件侧。
112.示例13.根据示例12所述的电流传感器(100)，
113.其中基板侧面向所述电流轨(101)。
114.示例14.根据示例13所述的电流传感器(700)，
115.其中部件侧面向所述电流轨(701)。
116.示例15.根据示例1至14中任一项所述的电流传感器(100)，
117.其中，所述磁场传感器(102)布置在预制槽(106)内。
118.示例16.根据示例15所述的电流传感器(100)，
119.其中，槽(106)形成在所述电流传感器(100)的预制壳体中。
120.示例17.根据示例1至16中任一项所述的电流传感器(1100)，
121.其中所述电流轨(1101)设计为引线框，并且
122.其中，所述第一绝缘层(1103)和/或所述第二绝缘层为所述引线框的涂层。
123.示例18.根据示例1至17中任一项所述的电流传感器(100)，
124.其中，所述磁场传感器(102)包括霍尔传感器元件。
125.示例19.根据示例求1至18中任一项所述的电流传感器(100)，
126.其中，所述磁场传感器(102)包括磁阻磁场传感器元件。
127.示例20.根据示例1至19中任一项所述的电流传感器(100)，
128.其中，所述电流轨(101)嵌入在所述电流传感器的预制壳体中或所述预制壳体中。
129.尽管在本说明书中已经说明和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，在不背离本说明书的范围的情况下，可以用多种替代和/或等效实施方式代替本说明书中示出和描述的特定实施例。可以选择那些偏离的发明。本技术旨在涵盖本文讨论的特定实施例的任何修改或变化。因此，本发明旨在仅由权利要求和权利要求的等同物来限制。