DE10065965B4 - Production method for a current sensor of the microsystem technology - Google Patents
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Abstract
Fertigungsverfahren
für einen
Stromsensor der Mikrosystemtechnik,
mit den Schritten, daß
– die Stromleiter
(1), die eine Querschnittsreduzierung entsprechend der zulässigen Stromtragfähigkeit
an der Meßstelle
und einen geringstmöglichen
Abstand zueinander aufweisen, im Verbund mit einem umlaufenden Rahmen (1A)
gefertigt werden;
– die
Stromleiter (1) anschließend
mit einer Kunststoffumhüllung
(2) versehen werden, wobei die Kunststoffumhüllung zugleich als Isolierung
und Leiterfixierung dient;
– anschließend der Rahmen (1A) abgetrennt
wird;
– die
mit der Kunststoffumhüllung
(2) versehenen Stromleiter (1) an einer Keramikplatte (4) angeordnet
werden und bedingt durch die Ausgestaltung der Teile, die Stromleiter (1)
im Bereich der Meßstelle
in einem Ausschnitt an der Keramikplatte 4 angeordnet werden, wobei
die eine Seite der Keramikplatte (4) mittels der Kunststoffumhüllung (2)
abgedeckt ist und auf der gegenüberliegenden
Seite der Keramikplatte (4) der Sensor (3) in Flip-Chip-Montage
und die Bauteile (5) des Schaltnetzteiles angeordnet werden.Production method for a current sensor of microsystem technology,
with the steps that
- The current conductor (1), which have a cross-sectional reduction according to the allowable current carrying capacity at the measuring point and a minimum possible distance from each other, are produced in conjunction with a peripheral frame (1A);
- The conductors (1) are then provided with a plastic sheath (2), wherein the plastic sheath serves as insulation and conductor fixing at the same time;
- then the frame (1A) is separated;
- The provided with the plastic sheath (2) conductor (1) are arranged on a ceramic plate (4) and due to the design of the parts, the current conductors (1) are arranged in the region of the measuring point in a section on the ceramic plate 4, wherein the one side of the ceramic plate (4) by means of the plastic sheath (2) is covered and on the opposite side of the ceramic plate (4) of the sensor (3) in flip-chip mounting and the components (5) of the switching power supply are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für einen Stromsensor der Mikrosystemtech nik.The The invention relates to a manufacturing method for a current sensor of the microsystem technology technology.
Bekannt ist dazu durch die WO 99/14605 A1 ein Stromsensor, der als völlige Einheit eines Strom-Überwachungssystem für galvanisch getrennte Strommessung hergestellt ist in Übereinstimmung mit kommerzieller IC Fabrikation und LOC Verpackungstechnologie. Ein Strompfad ist Teil des leitenden Rahmens, an dem mit Hilfe eines vorgefertigten Klebestreifens Sensoren an die Matrize montiert sind.Known For this purpose, WO 99/14605 A1 discloses a current sensor which is a complete unit a power monitoring system for galvanic separate current measurement is made in accordance with commercial IC fabrication and LOC packaging technology. A current path is Part of the conductive frame, with the help of a prefabricated adhesive strip Sensors are mounted to the die.
Die
Weiterhin
ist durch das US-Patent,
Durch
die
Mit speziell dazu entwickelten Stromsensoren werden die Ströme über ihr Magnetfeld mit Magnetfeldsensoren (Hallsensoren) gemessen, die in einer Standard-CMOS-Technologie implementiert sind. Durch die Verwendung der Standardtechnologie können die Sensoren kostengünstig gefertigt werden und es ist eine umfangreiche Signalverarbeitung möglich, d. h. es können zusätzliche Funktionen dem Sensor mitgegeben werden, wie
- – Separieren von Ableitströmen,
- – Messen und Anzeigen der Leiterströme,
- – Setzen von vorgebbaren Schwellen, die bei Erreichen zur Vorwarnung oder zum Abschalten genutzt werden und dem Lastmanagement dienen können,
- – Ansteuern einer Datenschnittstelle,
- – Überprüfung von PE- und N-Leiter.
- - Separation of leakage currents,
- - measuring and indicating the phase currents,
- - Setting predefinable thresholds that can be used when they are reached for pre-warning or for shutdown and that can be used for load management,
- - controlling a data interface,
- - Verification of PE and N conductors.
Bei der Messung des elektrischen Stromes über die Magnetfeldmessung mit z. B. Hallsensoren o. ä. gibt es eine ganze Reihe möglicher Aufbauvarianten, die sich durch den nutzbaren Meßbereich, die erreichbare Auflösung und die realisierbare Isolationsfestigkeit unterscheiden.at the measurement of the electric current via the magnetic field measurement with z. B. Hall sensors o. Ä. There is a whole range of possible Aufbauvarianten, which is characterized by the usable measuring range, the achievable resolution and distinguish the achievable insulation resistance.
Bei der einfachsten Version wird der Stromleiter direkt auf dem Chip realisiert. Durch den geringen Abstand zwischen Stromleiter und Sensor läßt sich mit dieser Anordnung die höchste Genauigkeit erreichen. Der maximale Meßstrom ist in diesem Fall durch die Stromtragfähigkeit der Metallisierung begrenzt.at The simplest version is the power conductor directly on the chip realized. Due to the small distance between the conductor and Sensor settles with this arrangement the highest Achieve accuracy. The maximum measuring current is in this case the current carrying capacity limited to metallization.
Höhere Ströme können gemessen werden, wenn der Stromleiter nicht monolithisch integriert wird. Mit externen Leitern können prinzipiell sehr hohe Ströme gemessen werden. Die erreichbare Auflösung hängt jeweils vom Abstand des Sensorchips zur Mitte des Stromleiters ab.Higher currents can be measured when the conductor is not monolithically integrated. With external conductors can in principle very high currents be measured. The achievable resolution depends on the distance of the Sensor chips to the middle of the conductor starting from.
Bei mehrpoligen Sensoren ist die geringe Entfernung der Leiter untereinander ebenso wichtig wie der enge Abstand der Stromleiter zum Sensorchip. Auch hier beeinflußt ein geringer Abstand die Empfindlichkeit gegen Fremdfelder.at Multi-pole sensors is the small distance between the conductors as important as the close distance of the conductors to the sensor chip. Also affected here a small distance the sensitivity to external fields.
Es besteht also das Erfordernis, daß die Hallsensoren dicht an die Stromleiter herangebracht werden, d. h. eine enge räumliche Verbindung von hohen Spannungen (einige hundert Volt) und hohen Strömen (im Kurzschlußfall einige kA) der Netzseite mit den geringen Spannungen und Strömen der Siliziumtechnologie auf der Sensorseite. Zwischen diesen unterschiedlichen Seiten muß trotz des von der Meßtechnik geforderten geringen Abstandes eine sichere elektrische Trennung gegeben sein.It So there is a requirement that the Hall sensors close to the conductors are brought, d. H. a close spatial Connection of high voltages (several hundred volts) and high Stream (in case of short circuit some kA) of the grid side with the low voltages and currents of Silicon technology on the sensor side. Between these different ones Pages must be despite of the measuring technique required small distance a safe electrical isolation be given.
Die Position der Stromleiter muß möglichst exakt über den ganzen Temperaturbereich und die gesamte Betriebsdauer gehalten werden. Dabei können mechanische Einflüsse wirken, wie die elektrodynamischen Kräfte aus der parallelen, engen Leiterführung und den hohen Kurzschlußströmen, oder thermische Einflüsse durch die hohen Leiterströme und die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien.The Position of the conductor must be as accurate as possible over the whole temperature range and the entire operating time kept become. It can mechanical influences act as the electrodynamic forces from the parallel, narrow conductor guide and the high short-circuit currents, or thermal influences through the high conductor currents and the different thermal expansion coefficients of the used Materials.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufbau- und Verbindungstechnik zu finden, die den geringen Abstand zwischen den Sensoren und den Leitern, sowie den Leitern zueinander erlaubt und dabei die elektrische und mechanische Festigkeit über die gesamte Betriebsdauer garantiert.task the invention is to find a construction and connection technique the small distance between the sensors and the conductors, and the conductors allowed each other while the electrical and mechanical strength over the entire service life guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Patentanspruch gelöst.These The object is achieved by the Claim solved.
Die Erfindung wird anhand der Abbildungen erläutert.The invention is based on the figures explained.
Es zeigt:It shows:
Das
Fertigungsverfahren für
einen Stromsensor der Mikrosystemtechnik besteht aus folgenden Schritten:
Die
Stromleiter
The power conductors
Die
Stromleiter
Anschließend wird
der Rahmen
Die
mit der Kunststoffumhüllung
Die
geringen Abstände
der Erregerleiter zu den Hallsensoren und zueinander werden sowohl durch
die spezielle Ausgestaltung der Erregerleiter als auch durch die
Flip-Chip-Montage
des Sensors
Die
Vorteile liegen zum einen in der hohen Sicherheit der Spannungsfestigkeit,
zum anderen in der einfacheren Gestaltungsmöglichkeit der Stromleiter
- 11
- Stromleiterconductor
- 1A1A
- Rahmenframe
- 22
- KunststoffumhüllungPlastic covering
- 33
- Sensorsensor
- 44
- Keramikplatteceramic plate
- 55
- Bauteile des Schaltnetzteilescomponents of the switching power supply
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