DE102021119334A1 - Verbesserte stromerfassungsvorrichtung mit einer integrierten elektrischen abschirmung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen und Verfahren zum Messen elektrischer Ströme. Ein Messschaltkreis ist elektrisch von einem primären Leiter separiert, durch den der zu messende Strom fließt. Eine indirekte Kopplung zwischen dem primären Leiter und dem Messschaltkreis wird durch magnetische Kopplung erreicht. Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld wird durch einen Magnetfeldsensor detektiert, der einen Teil des Messschaltkreises bildet. Um eine unerwünschte kapazitive Kopplung zu vermeiden, wird gemäß wenigstens manchen Ausführungsformen eine elektrische Abschirmung zwischen dem primären Leiter und dem Messschaltkreis platziert. Bei manchen Ausführungsformen wird ein differentieller Magnetfeldsensor in der Nähe von zwei entgegengesetzten Segmenten der primären Leiter platziert, um eine differentielle Erfassung zu erreichen. Die offenbarten Schaltkreise sind besonders bei der Gestaltung und Herstellung von hoch integrierten Sensoren, wie etwa Sensoren, die in ein einziges Chipgehäuse integriert sind, nützlich und können für PWM-gesteuerte Ströme verwendet werden.

Description

  • AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME AUF PRIORITÄTSANMELDUNGEN
  • Sämtliche Anmeldungen, für die ein ausländischer oder inländischer Prioritätsanspruch in dem Anmeldungsdatenblatt, wie mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht, identifiziert wird, sind hiermit durch Bezugnahme unter 37 CFR 1.57 aufgenommen.
  • Technisches Gebiet
  • Die Offenbarung betrifft Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die zum Detektieren und Messen elektrischer Ströme nützlich sind. Insbesondere betrifft sie integrierte Vorrichtungen, die zum Messen eines elektrischen Ereignisses mit relativ steilen Spannungssprüngen, wie etwa pulsbreitenmodulierter (PWM: Pulse Width Modulated) Ströme, geeignet ist. Die Offenbarung betrifft auch Verfahren zum Herstellen solcher Vorrichtungen.
  • Hintergrund
  • Viele Anwendungen erfordern, dass die Anwesenheit und Größe eines elektrischen Stroms gemessen oder überwacht werden. Unter diesen Anwendungen sind Treibersteuerschaltkreise, die die Geschwindigkeit oder Leistung eines elektrischen Motors oder eines anderen elektrischen Stromverbrauchers steuern und die die Überwachung einer bereitgestellten elektrischen Leistung erfordern. Andere Anwendungen weisen Messschaltkreise auf, in denen die Größe eines unbekannten eingehenden Stroms zu messen ist. Zum Beispiel kann ein durch eine Solarzelle oder Windkraftanlage erzeugter elektrischer Strom gemessen werden, um ihre Leistungsfähigkeit zu beurteilen. In allgemeinen Erfassungssystemen kann ein Sensor, auch als ein Wandler bezeichnet, der auf einen externen physikalischen Zustand, wie etwa Temperatur, Bewegung, Licht oder andere Strahlung, reagiert, einen elektrischen Strom proportional zu dem überwachten physischen Zustand bereitstellen. Der elektrische Strom wird dann gemessen und zur weiteren Verarbeitung umgewandelt, zum Beispiel in die Spannungsdomäne oder Digitaldomäne.
  • Viele verschiedene Vorrichtungen und Schaltkreise zum Messen elektrischer Ströme sind aus der Technik bekannt. Ein üblicher Ansatz schließt die Verwendung eines Erfassungswiderstands ein, der mit einem elektrischen Pfad, der den zu messenden Strom führt, in Reihe gekoppelt ist. Basierend auf dem Ohmschen Gesetzt, U = R · I, kann der Strom in dem elektrischen Pfad basierend auf einer Spannungsdifferenz oder einem Spannungsabfall zwischen zwei Anschlüssen des Erfassungswiderstands bestimmt werden. Jedoch ist dieser Ansatz bezüglich seiner Anwendungen insofern beschränkt, dass er das Einfügen des Erfassungswiderstands direkt in den zu überwachenden elektrischen Pfad erfordert und auch zu einer direkten elektrischen Verbindung zwischen dem Messschaltkreis und dem Primärschaltkreis führt, dessen Strom zu messen ist.
  • Andere Ansätze basieren auf Sensoren, die die Stärke und/oder Orientierung von Magnetfeldern basieren, d. h. Magnetometer. Ein durch einen elektrischen Leiter fließender Strom wird ein Magnetfeld erzeugen, das den Leiter umgibt. Die Stärke und Orientierung des Magnetfeldes ist proportional zu der Größe bzw. senkrecht zu der Richtung des durch den Leiter fließenden Stroms.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Daher können Magnetfeldsensoren, die in der Nähe des Leiters angeordnet sind, verwendet werden, um die Stärke eines durch den Leiter fließenden Stroms zu bestimmen. Unter anderem weisen solche Ansätze den Vorteil auf, dass der Messschaltkreis und der Leiter, durch den der zu messende Strom fließt, elektrisch voneinander isoliert sind, d. h. es gibt eine galvanische Isolationsbarriere zwischen dem Primärschaltkreis und dem Messschaltkreis. Außerdem muss keine zusätzliche Komponente in den elektrischen Primärschaltkreis eingefügt werden, der den zu messenden Strom führt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen und Verfahren zum Messen elektrischer Ströme. Ein Messschaltkreis ist elektrisch von einem primären Leiter separiert, durch den der zu messende Strom fließt. Eine indirekte Kopplung zwischen dem primären Leiter und dem Messschaltkreis wird durch magnetische Kopplung erreicht. Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld wird durch einen Magnetfeldsensor detektiert, der einen Teil des Messschaltkreises bildet. Um eine erwünschte kapazitive Kopplung zu vermeiden, wird gemäß wenigstens manchen Ausführungsformen eine elektrische Abschirmung zwischen dem Primärleiter und dem Messschaltkreis platziert. Bei manchen Ausführungsformen wird ein differentieller Magnetfeldsensor in der Nähe von zwei entgegengesetzten Segmenten der primären Leiter platziert, um eine differentielle Erfassung zu erreichen. Die offenbarten Schaltkreise sind besonders bei der Gestaltung und Herstellung von hoch integrierten Sensoren, wie etwa Sensoren, die in ein einziges Chipgehäuse integriert sind, nützlich und können für PWM-gesteuerte Ströme verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist ein Chipsensorgehäuse bereitgestellt. Das Gehäuse weist einen Leiterrahmen, einen differentiellen Magnetfeldsensor und eine elektrische Abschirmung auf, die zwischen dem Leiterrahmen und dem differentiellen Magnetfeldsensor platziert ist. Der Leiterrahmen weist eine Metallleiterbahn zum Führen eines Stroms von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss auf, wobei die Metallleiterbahn einen ersten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer ersten Richtung und einen zweiten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer zweiten Richtung aufweist, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Der differentielle Magnetfeldsensor ist in einer Schicht des Sensorgehäuses oberhalb des Leiterrahmens platziert und weist einen ersten Erfassungsbereich, der mit dem ersten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist, und einen zweiten Erfassungsbereich auf, der mit dem zweiten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Sensorvorrichtung offenbart. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Primärstromschiene in einer Basisschicht, wobei die Primärstromschiene wenigstens zwei antiparallele Segmente aufweist; Bereitstellen einer Isolationsschicht, die einen Isolationsfilm aufweist, wobei die Isolationsschicht oberhalb der Basisschicht in einer Stapelungsrichtung angeordnet ist; Bereitstellen einer elektrischen Abschirmung in einer Abschirmungsschicht, wobei die Abschirmungsschicht oberhalb der Basisschicht und der Isolationsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei die elektrische Abschirmung durch den Isolationsfilm von der Primärstromschiene isoliert ist; und Bereitstellen eines differentiellen Magnetfeldsensors in einer Erfassungsschicht, wobei die Erfassungsschicht oberhalb der Basisschicht, der Isolationsschicht und der Abschirmungsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei der differentielle Magnetfeldsensor auf der entgegengesetzten Seite der elektrischen Abschirmung mit Bezug auf die Primärstromschiene angeordnet ist, um ein Magnetfeld in dem Bereich der wenigstens zwei antiparallelen Segmente zu detektieren.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung ist eine integrierte Stromerfassungsvorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: einen näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmigen Leiter zum Leiten eines zu messenden Stroms, einen Isolationsfilm, der oberhalb des näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmigen Leiters angeordnet ist, eine elektrische Abschirmungsschicht, die oberhalb wenigstens eines Teils des Isolationsfilms angeordnet ist, und eine Detektionsschaltungsanordnung zum Detektieren eines Magnetfeldes in dem Bereich des näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmigen Leiters. Das Magnetfeld wird durch den zu messenden Strom verursacht. Wenigstens ein Teil der Detektionsschaltungsanordnung ist oberhalb der elektrischen Abschirmungsschicht angeordnet.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen der Offenbarung sind ein elektrischer Schaltkreis, der eine integrierte Erfassungsvorrichtung aufweist, ein Leistungswandlerschaltkreis und ein Verfahren zum Messen eines elektrischen Stroms bereitgestellt.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden nun, lediglich beispielhaft, unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
    • 1 zeigt eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 2 zeigt elektrische Ströme und Magnetfelder in der Stromerfassungsvorrichtung aus 1.
    • 3 zeigt eine andere Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 4 zeigt die Stromerfassungsvorrichtung aus 3, wobei die Erfassungsschaltungsanordnung entfernt ist.
    • 5A-5D zeigen verschiedene geometrische Konfigurationen für elektrische Abschirmungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 6A und 6B zeigen Querschnitte durch weitere Stromerfassungsvorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 7A und 7B zeigen Querschnitte durch weitere Stromerfassungsvorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 8 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines integrierten Stromsensors gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 9 zeigt eine schematische Repräsentation einer Differentialsensorgestaltung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 10 zeigt eine Basisarchitektur zum Implementieren der in 9 gezeigten Differentialsensorgestaltung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 11 zeigt eine weitere Architektur zum Implementieren der in 9 gezeigten Differentialsensorgestaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Stromerfassungsvorrichtungen, die einen elektrischen Strom in einem elektrischen Leiter erfassen. Stromerfassungsvorrichtungen werden in vielen Anwendungen, einschließlich Steuerschaltkreisen und Leistungselektronikelementen, verwendet. Im Allgemeinen wird die durch eine elektrische Vorrichtung verbrauchte oder bereitgestellte elektrische Leistung als das Produkt ihrer Spannung und ihres Stroms, d. h. der Ladung und Menge an Elektrizität, die durch den Leiter in einer gegebenen Zeit fließt, berechnet. Manche elektrische Verbraucher, wie etwa Elektromotoren, Leuchten, Pumpen, und so weiter, arbeiten mit einer festen Spannung, zum Beispiel einer Wechselspannung von 115 V einer herkömmlichen AC-Steckdose oder einer Gleichspannung von 12 V, die durch verschiedene Leistungsversorgungen bereitgestellt wird. Die tatsächliche Leistungs- oder Energieaufnahme solcher Verbraucher kann dann als das Produkt der (bekannten) festen Spannung und des durch den jeweiligen Verbraucher bezogenen Stroms berechnet werden. Gleichermaßen stellen manche elektrische Leistungsquellen, wie etwa Solarzellen, oft eine mehr oder weniger feste Ausgangsspannung, aber einen variablen Ausgangsstrom bereit. Wiederum kann ihre tatsächliche Leistungs- oder Energieausgabe als das Produkt der (bekannten) festen Spannung und eines gemessenen Stroms berechnet werden. Um elektrische Verbraucher und Leistungsquellen effektiv zu steuern, ist es oft wichtig, den durch sie bezogenen oder bereitgestellten Strom zu kennen.
  • Die offenbarten Stromerfassungsvorrichtungen verwenden ein Magneterfassungssystem. Dies stellt sicher, dass ein (Primär-) Schaltkreis, durch den ein zu messender elektrischer Strom fließt, elektrisch von einem zum Bestimmen des elektrischen Stroms verwendeten Messschaltkreis separiert oder isoliert ist. Dies wird oft als galvanische Separation beschrieben und hilft beim Vermeiden unerwünschter Störungen oder Wechselwirkungen zwischen dem Primärschaltkreis und dem Messschaltkreis. Manchmal ist dies auch vorteilhaft, um zutreffende Sicherheitsstandards zu befolgen. Ein durch einen Primärleiter fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld. Die Stärke des Magnetfeldes entspricht, d. h. ist proportional zu, der Menge an durch den Primärleiter fließender Elektrizität, d. h. dem zu messenden Strom. Dieser Effekt kann verwendet werden, um den Primärschaltkreis indirekt mit einem Messschaltkreis zu koppeln. Verschiedene Technologien zum Messen der Stärke des Magnetfeldes sind bekannt. Zum Beispiel ändern sogenannte magnetoresistive (MR-) Vorrichtungen oder Sensorelemente ihren jeweiligen spezifischen Widerstand in Abhängigkeit von der Stärke eines Magnetfeldes, das die MR-Vorrichtung umgibt. Entsprechend kann ein Messschaltkreis die Stärken eines durch einen Primärschaltkreis fließenden Stroms indirekt durch Bestimmen des elektrischen Widerstands einer oder mehrerer MR-Vorrichtungen bestimmen, die in physischer Nähe zu dem Primärschaltkreis ohne irgendeine direkte elektrische, d. h. leitfähige, Verbindung zwischen dem Primärschaltkreis und dem Messschaltkreis angeordnet sind.
  • Ein anderer Effekt, der eine indirekte Kopplung zwischen zwei verschiedenen Schaltkreisen bewirkt, wird als kapazitive Kopplung bezeichnet. Im Allgemeinen erzeugen elektrische Ladungen in einem Leiter ein elektrisches Feld, das wiederum die Ladungsverteilung von Ladungsträgern in nahegelegenen Leitern beeinflusst. In einer statischen oder näherungsweise statischen Situation, d. h. wenn sich die elektrischen Ladungen in einem ersten Leiter nicht bewegen, ist der Nettoeffekt auf einen durch einen nahegelegenen zweiten Leiter fließenden Strom irrelevant. Für sich schnell ändernde Ladungen oder Spannungspotentiale in einem ersten Schaltkreis erzeugt jedoch das entsprechende sich schnell ändernde elektrische Feld entsprechende Ladungsverteilungen in dem zweiten Leiter. Dieser Effekt wird in vielen Anwendungen verwendet. Zum Beispiel nutzen viele sogenannte Nahfeldkommunikation(NFC: Near Field Communication)-Vorrichtungen eine kapazitive Kopplung zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule, die mit relativ hohen Hochfrequenz(HF)-Spannungssignalen angesteuert werden. Jedoch kann in anderen Zusammenhängen, zum Beispiel bei Präzisionsmessschaltkreisen, die kapazitive Kopplung zwischen einem Primärschaltkreis und einem Messschaltkreis das Messergebnis negativ beeinflussen. Zum Beispiel könnte die zusätzliche Spannung, die kapazitiv in den Messschaltkreis gekoppelt wird, bei den oben beschriebenen Magneterfassungsschaltkreisen den gemessenen spezifischen Widerstand der MR-Vorrichtungen verfälschen. Außerdem können, falls eine spezielle Hochspannung in dem Messschaltkreis induziert wird, empfindliche Komponenten der Messschaltkreise zerstört werden.
  • Viele elektronische Steuerschaltkreise nutzen sich relativ schnell ändernde Spannungen. Anstatt eine Spannung oder einen Strom auf eine proportionale analoge Weise zu ändern, die einer gewünschten Ausgangsleistung entspricht, schalten pulsbreitenmodulierte (PWM) Steuersysteme zum Beispiel eine feste Ausgangsspannung in regelmäßigen Intervallen ein und aus. In Abhängigkeit von den jeweiligen Dauern der eingeschalteten und ausgeschalteten Perioden kann die durchschnittliche Ausgabeleistung des Schaltkreises gesteuert werden.
  • Ein solcher Ansatz wird zum Beispiel bei vielen Arten von Leistungswandlern verwendet, die einen elektrischen Strom und eine Spannung von einem Primärschaltkreis zu einer gewünschten Spannung und/oder einem Strom eines Sekundärschaltkreises umwandeln. Im Allgemeinen weisen solche Wandler einen oder einige Chopping-Schaltkreise auf, die einen Eingangsstrom unter Verwendung von PWM zerhacken. Ein Beispiel für einen solchen Wandler ist ein Solarwechselrichter, der zum Aufwärtswandeln eines variablen Eingangsgleichstroms mit fester Spannung, der durch ein oder mehrere Solarmodule bereitgestellt wird, in einen Ausgangswechselstrom mit einer festen Spitzenspannung verwendet wird, der an ein Versorgungsnetz geliefert wird.
  • Die sich schnell ändernde oder zerhackte Eingangsspannung in dem Inverter ist unter Verwendung herkömmlicher Magnetfeldsensorsysteme schwer zu messen, da sie sehr empfindlich für eine kapazitive Kopplung ist, wie oben ausführlich beschrieben ist. Entsprechend ist es wünschenswert, Stromerfassungsvorrichtungen, die solche schnellen Spannungsänderungen bewältigen können, zu beschreiben.
  • Um die offenbarten Erfassungssysteme widerstandfähig gegenüber relativ schnellen Spannungsänderungen in dem Leiter, wie etwa der wiederholten Aktivierung und Deaktivierung einer Versorgungsspannung, wie in PWM-Steuerschaltkreisen verwendet, zu machen, wird eine elektrische Abschirmung zwischen einer Primärschiene, die den zu messenden Strom führt, und einem Magneterfassungssystem platziert. Bevorzugt ist die Abschirmung derart ausgebildet, dass sie Wirbelströme in einem leitfähigen Material, das die elektrische Abschirmung bildet, verhindert.
  • Bei manchen Ausführungsformen werden ein hoher Miniaturisierungsgrad und ein hoher Automatisierungsgrad während der Herstellung durch das Verwenden von Teilen eines Leiterrahmens aus einem Chipgehäuse zum Bilden der Primärstromschiene erreicht. Eine solche Stromschiene kann unter Verwendung eines Polyimidfilms von anderen Teilen einer integrierten Stromerfassungsvorrichtung isoliert sein.
  • 1 zeigt eine Stromerfassungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung, die in ein Mikrochipgehäuse 102 integriert ist. Die Stromerfassungsvorrichtung 100 weist zwei relativ breite Verbindungsstifte 104a und 102b auf einer Seite der Umhüllung 102 (rechte Seite in 1) und einige weitere, relativ schmale Verbindungsstifte 106a bis 106g auf der gegenüberliegenden Seite auf. Jeder der Verbindungsstifte 104 und 106 ist aus einem Leiterrahmen gebildet, der sich in das Innere des Chipgehäuses 102 erstreckt.
  • Wie besser in 2 zu sehen ist, bilden die zwei Verbindungsstifte 104a und 104b die Anschlussenden einer näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmigen Primärschiene 108. Die näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmige Primärschiene 108 weist einen ersten Schenkel 118a, einen zweiten Schenkel 118b parallel zu dem ersten Schenkel 118a und einen bogenförmigen Leiter 120 auf. Ein Ende jedes Schenkels 118 endet in den zwei Verbindungsstiften 104a bzw. 104b. Die anderen Enden jedes Schenkels 118 sind durch den bogenförmigen Leiter 120 miteinander verbunden. Die Primärschiene 108 wird zum Leiten eines zu messenden Stroms I durch die Erfassungsvorrichtung 100 verwendet. Der elektrische Strom I kann von dem ersten Verbindungsstift 104a in einer ersten Richtung durch den ersten Schenkel 118a, um den bogenförmigen Leiter 120 herum und dann zurück in der entgegengesetzten Richtung durch den zweiten Schenkel 118b zu dem Verbindungsstift 104b fließen.
  • Der durch die U-förmige Primärschiene 108 fließende Strom I erzeugt ein differentielles Magnetfeld H. Genauer ist das Magnetfeld H um die Primärschiene 108 spiegelsymmetrisch mit Bezug auf eine Ebene zwischen und senkrecht zu der Ebene, in der die zwei Schenkel 118a und 118b und der bogenförmige Leiter 120 liegen. Wie weiter in 2 gezeigt ist, fließt der Strom I durch die gegenüberliegenden Schenkel 118a und 118b der U-förmigen Primärschiene 108 in entgegengesetzten, antiparallelen Richtungen, wodurch bewirkt wird, dass die resultierenden lokalen Magnetfelder H auch in entgegengesetzte Richtungen gelenkt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein differentieller Magnetfeldsensor 110 in einem zentralen Bereich horizontal zwischen den zwei Schenkeln 118a und 118b der Primärschiene 108 und vertikal oberhalb der Ebene der Primärschiene 108 platziert. Wie später ausführlicher erklärt, hilft diese Konfiguration beim Kompensieren beliebiger externer Magnetfelder, wie etwa des natürlichen Magnetfeldes der Erde und von Magnetfeldern, die durch andere in der Nähe der Stromerfassungsvorrichtung 100 angeordnete elektrische Komponenten verursacht werden, und verbessert daher die Genauigkeit der Stromerfassungsvorrichtung 100.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist zu sehen, dass der Magnetfeldsensor 110 durch eine Isolationsschicht 112 von der Primärschiene 108 separiert ist. Die Isolationsschicht 112 ist aus einem nichtleitfähigen Material, wie etwa einem Keramiksubstrat, Epoxidharz oder einer kleinen Leiterplatte, gebildet und isoliert den Sensor 110 von der Primärschiene 108. Die Isolationsschicht 112 stellt unter anderem eine galvanische Separation zwischen der Primärschiene 108 und der Sensorschaltungsanordnung her. Bei der offenbarten Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor 110 als ein Halbleiterchip 114 implementiert, der mehrere Sensorelemente sowie eine weitere Verarbeitungsschaltungsanordnung, zum Beispiel einen Verstärker zum Vorverstärken eines durch die Sensorelemente detektierten Signals, aufweisen kann. Elektrische Kontaktpunkte des Halbleiterchips 114 sind unter Verwendung von Bonddrähten 116 mit jeweiligen externen Verbindungsstiften 106a bis 106g verbunden, um den jeweiligen Halbleiterchip 114 mit einem externen Schaltkreis zu verbinden.
  • Die in 1 gezeigte Stromerfassungsvorrichtung 100 stellt eine kompakte Anordnung für genaue Messungen statischer oder sich langsam ändernder Ströme I bereit. Wie zuvor ausführlich beschrieben, stellt sie eine galvanische Isolation zwischen dem Primärschaltkreis, der den zu messenden Strom I führt, und einer beliebigen Messschaltungsanordnung bereit. Zudem kann bei Verwendung in Kombination mit einem differentiellen Sensor der Einfluss externer Magnetfelder in einem großen Ausmaß beseitigt werden.
  • Jedoch nutzen viele neuere Anwendungen sich schnell ändernde Ströme. Ein übliches Beispiel ist die Verwendung PWM-gesteuerter Ströme oder Spannungen, die in vielen Anwendungen verwendet werden. Eine solche Anwendung ist die Steuerung von Schrittmotoren oder Linearaktoren, die sehr genau basierend auf einer Anzahl an bereitgestellten Steuerpulsen positioniert werden können. Gleichermaßen wird bei vielen Leistungsanwendungen elektrische Leistung, die von einem Primärschaltkreis zu einem Sekundärschaltkreis transferiert wird, durch PWM-gesteuerte Chopping-Stufen gesteuert. Zum Beispiel werden Solarwechselrichter verwendet, um eine gewünschte Versorgungs- oder Ausgangsspannung aus einer variablen Eingangsspannung zu erzeugen, die durch ein oder mehrere Solarmodule bereitgestellt wird. Diesen Anwendungen ist gemein, dass eine verwendete Spannung zum Treiben eines Stroms durch einen Schaltkreis relativ schnell ansteigt und abfällt. Solche Spannungssprünge treten manchmal selbst ohne irgendeinen signifikanten durch einen elektrischen Leiter, z. B. die Primärschiene 108 der Stromerfassungsvorrichtung 100, fließenden Strom auf.
  • Wie oben ausführlich beschrieben, steigen und fallen an den Anschlüssen 104a und 104b angelegte Spannungen relativ schnell an, was zu Spannungsänderungen in dem Bereich von 5 kV/µs für typische Anwendungen führt. Solche schnellen Änderungen können zu einer sehr erheblichen kapazitiven Kopplung zwischen dem PWM-gesteuerten Signal und dem Sensor 110 oder einem beliebigen anderen Teil der Stromerfassungsvorrichtung, wie etwa den in 1 gezeigten Bonddrähten 116, führen. Eine Spannung, die durch kapazitive Kopplung in beliebige Teile der Erfassungsschaltungsanordnung induziert wird, kann die Sensorleistungsfähigkeit negativ beeinflussen und kann in seltenen Fällen auch zu einem Schaden an der Erfassungsschaltungsanordnung führen.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung. Sie zeigt eine Erfassungsvorrichtung 200, die eine Chipumhüllung 202, Verbindungsstifte 204a, 204b, 206a bis 206g, eine Primärschiene 208, die Schenkel 218a und 218b und einen verbindenden bogenförmigen Leiter (in 3 verdeckt) aufweist, einen Sensor 210 in der Form des Halbleiterchips 214 und eine Isolationsschicht 212 aufweist. Die meisten dieser Komponenten entsprechen größtenteils den entsprechenden Komponenten der in 1 gezeigten Erfassungsvorrichtung 100 und werden der Knappheit halber nicht nochmal beschrieben. Wie unten ausführlich beschrieben, kann die Isolationsschicht 212 jedoch aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Zudem weist die Erfassungsvorrichtung 200 eine elektrische Abschirmung 220 und einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) 222 auf. Die elektrische Abschirmung 220 ist bevorzugt aus einem leitfähigen Material, wie etwa einem Metallmaterial, einem dotierten Halbleitermaterial oder Graphit, gefertigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die elektrische Abschirmung 220 auf der oberen Oberfläche der Isolationsschicht 212 angeordnet. Jedoch kann sie auch innerhalb der Isolationsschicht 212 platziert werden. Der Sensor 210 sowie der ASIC 222 werden auf oder oberhalb der oberen Oberfläche der elektrischen Abschirmung 220, d. h. der von der Primärschiene 208 abgewandten Oberfläche, platziert.
  • Der ASIC 222 weist eine Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Durchführen einer Vorverstärkung und anderer Signalverarbeitungs- und Steueraufgaben auf. Zu diesem Zweck sind der Sensor 210 und der ASIC 222 durch mehrere erste Bonddrähte 224 gekoppelt. Mehrere zweite Bonddrähte 226 verbinden den ASIC 222 mit den Verbindungsstiften 206a bis 206g. Ein zusätzlicher Bonddraht 228 verbindet den ASIC 222 mit der elektrischen Abschirmung 220. Zum Beispiel kann der Bonddraht 228 mit einem vorbestimmten elektrischen Potential, wie etwa elektrischer Masse, verbunden sein und daher einen leitfähigen Entladungspfad für eine beliebige auf der elektrischen Abschirmung 220 gespeicherte Ladung bereitstellen.
  • Das Hinzufügen der elektrischen Abschirmung 220 weist den vorteilhaften Effekt auf, dass schnelle Spannungsänderungen, die zwischen den Anschlüssen der Primärschiene 208 auftreten, nicht kapazitiv in den Sensor 210, den ASIC 222, die Bonddrähte 226 bis 228 oder irgendeinen anderen Teil der Erfassungsschaltungsanordnung gekoppelt werden. Stattdessen stellt die elektrische Abschirmung 220 eine Abschirmungsfunktion mit Bezug auf schnelle Spannungsänderungen der Primärschiene 208 bereit.
  • Als eine mögliche Variation der oben beschriebenen Ausführungsform können die zwei breiten Verbindungsstifte 204a und 204b aus 3 jeweils durch eine Gruppe von normal bemessenen Verbindungsstiften 204 ersetzt werden. Zum Beispiel könnte die Gesamtanzahl an externen Kontakten 204 auf der linken Seite mit der Anzahl an externen Kontakten 206 auf der gegenüberliegenden Seite der (in 3 nicht gezeigten) Chipumhüllung 202 übereinstimmen. Bei dieser Variation sind, obwohl die äußere Erscheinung der Stromerfassungsvorrichtung einem Standardchipgehäuse, z. B. einem 16-Pin-SOIC- oder -DIP-Gehäuse, entspricht, die internen Enden der jeweiligen Gruppen von Verbindungsstiften 204, z. B. jeweils 4 Stifte, mit einem jeweiligen Ende der Schenkel 218a und 218b der Primärschiene 208 parallel verbunden, um zu ermöglichen, dass stärkere Ströme über einige externe Verbindungsstifte verteilt werden.
  • Bei wenigstens einer offenbarten Ausführungsform wird ein Substrat, das einen Polyimidfilm trägt, direkt auf der Primärschiene 208 platziert. Der Polyimidfilm dient als die Isolationsschicht 212. Zum Bilden der elektrischen Abschirmung 220 wird ein zweiter Film einer Lage auf diesem Polyimidfilm oder auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats abgeschieden. Der zweite Film oder die Platte ist aus einem Metall, wie etwa Aluminium, Kupfer oder Gold, oder einem anderen leitfähigen Material, wie etwa einem dotierten Halbleitermaterial oder Graphit, gefertigt. Optional kann ein(e) zusätzliche(r) abschließende(r) Passivierungsschicht oder -schritt hinzugefügt werden, um das Material zu schützen, das die elektrische Abschirmung 220 bildet.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die elektrische Abschirmung 220 zum Verhindern oder Reduzieren davon, dass Wirbelströme in die elektrische Abschirmung 220 induziert werden, in wenigstens einem Bereich um den Sensor 210 herum ausgebildet. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit der Sensorvorrichtung 200 weiter und hilft auch beim Verhindern jeglichen Schadens in der relativ dünnen elektrischen Abschirmungsstruktur.
  • 4 zeigt die Sensorvorrichtung 200 aus 3, wobei die Erfassungsschaltungsanordnung entfernt ist. Es ist zu sehen, dass die elektrische Abschirmung 220 ein Kontaktpad 238 zum Anbringen des Bonddrahtes 228 aufweist. Das Material, da die elektrische Abschirmung 220 bildet, ist in einem Bereich strukturiert, in dem der Sensorchip 214 platziert würde. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet eine Fingerstruktur innerhalb eines Ausschnitts einen strukturierten Bereich 230. Dieser strukturierte Bereich 230 kann Wirbelströme in dem Bereich verhindern, in dem der Sensor 210 platziert ist.
  • Der Außenumfang des strukturierten Bereichs 230 erstreckt sich geringfügig über den Außenumfang des Sensorchips 214 hinaus, z. B. um 3-10 % der Grundfläche des Mikrochips 214. Um den gewünschten elektrischen Abschirmungseffekt beizubehalten, erstrecken sich zwei Finger 232 und 234 von gegenüberliegenden Rändern in den Innenbereich des strukturierten Bereichs 230 hinein. Der Rand des Ausschnitts, der zu den Anschlüssen 204a und 204b hin orientiert ist, weist einen Schlitz 236 auf, der in der gleichen Richtung wie der Spalt zwischen den zwei Schenkeln 218a und 218b der U-förmigen Primärschiene 208 orientiert ist, die in den Anschlüssen 204a und 204b endet. Anders gesagt bildet der strukturierte Bereich 230 bei Betrachtung von oberhalb einen inversen S-förmigen Spalt, dessen Basis sich auswärts zu einem Rand der elektrischen Abschirmung 220 auf der Seite erstreckt, von der der zu messende elektrische Strom in die Chipumhüllung 202 injiziert wird.
  • 5A-5D zeigen alternative geometrische Konfigurationen für die elektrische Abschirmung 220 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung. Bei jeder der Ausführungsformen ist die Position des Sensorchips 214 mit Bezug auf einen entsprechenden strukturierten Bereich einer elektrischen Abschirmung 220 auf einer Isolationsschicht 212 gezeigt.
  • Bei dem in 5A gezeigten Beispiel erstrecken sich zwei Finger 242a und 242b von einem ersten Rand zu einem rechteckigen Ausschnitt innerhalb eines strukturierten Bereichs 240 zu seinem Inneren hin. Die zwei Finger 242a und 242b sind auf einer Seite, in 5A auf der linken Seite, eines Schlitzes 246 angeordnet, der sich in einer Richtung parallel zu den zwei Schenkeln 218a und 218b der Primärschiene 208 erstreckt, die in den (in 5A nicht gezeigten) Verbindungsstiften 204a und 204b endet. Zwei weitere Finger 244a und 244b sind auf der gegenüberliegenden Seite des strukturierten Bereichs 240 in einem abwechselnden Muster mit den Fingern 242a und 242b angeordnet. Ähnlich der in 4 gezeigten Ausführungsform ist ein Kontaktpad 238 zum Verbinden der elektrischen Abschirmung 220 mit einem festen Referenzpotential in der Nähe des strukturierten Bereichs 240 bereitgestellt.
  • Bei dem in 5B gezeigten Beispiel weist ein einziger leitfähiger Finger 252 mit einer näherungsweise oder im Wesentlichen spiralförmigen Form ein erstes Segment 254a senkrecht zu einer ersten Seite des strukturierten Bereichs 250, ein zweites Segment 254b senkrecht zu dem ersten Segment 254a, ein drittes Segment 254c senkrecht zu dem zweiten Segment 254b und ein viertes Segment 254d senkrecht zu dem dritten Segment 254c auf. Der Spiralfinger 252, der aus den Segmenten 254a bis 254d gebildet ist, ist auf allen Seiten von entsprechenden Spalten in dem leitfähigen Material der elektrischen Abschirmung 220 umgeben, um Wirbelströme zu verhindern. Wieder verbindet ein Schlitz 256 die erste Seite des strukturierten Bereichs 250 mit dem Außenbereich der elektrischen Abschirmung 220 in der Richtung der Primäranschlüsse 204a und 204b.
  • Bei dem in 5C gezeigten Beispiel erstrecken sich vier leitfähige Streifen von den vier Ecken eines rechteckigen strukturierten Bereichs 260 in 45°-Winkeln mit Bezug auf die jeweiligen benachbarten Stellen des Rechtecks. Die zwei Finger 262a und 262b, die sich von der Ecke unten links und oben rechts erstrecken, sind länger als die zwei Finger 264a und 264b, die sich von der Ecke oben links und unten rechts erstrecken, wie gezeigt ist. Wiederum verbindet ein Schlitz 266 die erste Seite des strukturierten Bereichs 260 mit dem Außenumfang der elektrischen Abschirmung 220. Im Gegensatz zu zuvor ist das Kontaktpad 238 zum Verbinden der elektrischen Abschirmung mit einem festen Referenzpotential nahe einem Rand der elektrischen Abschirmung bereitgestellt, was verwendet werden kann, um es direkt mit einem externen Kontaktstift eines Sensorchips, z. B. einem der Verbindungsstifte 206a-g, zu verbinden.
  • Bei dem in 5D gezeigten Beispiel erstrecken sich insgesamt sechs leitfähige Finger 272a-c und 274a-c von dem linken bzw. rechten Rand eines rechteckigen strukturierten Bereichs 270. Die Finger 272a-c und 274a-c erstrecken sich von dem linken und rechten Rand in einem abwechselnden Muster ähnlich den in 4 und 5A gezeigten Mustern. Im Gegensatz zu den in 4 bis 5C gezeigten Ausführungsformen verbindet ein Schlitz 276 die linke Seite eines Ausschnitts, der den strukturierten Bereich 270 bildet, mit der linken Seite der elektrischen Abschirmung 220. Es ist bei dieser Ausführungsform kein separates Verbindungspad bereitgestellt. Stattdessen kann unter der Annahme, dass die elektrische Abschirmung aus einer dünnen Metallfolie oder -platte gebildet ist, ein Referenzpotential mit einem beliebigen Teil der Metalloberfläche verbunden sein.
  • Viele andere Muster können verwendet werden, um die Teile oder die Gesamtheit der elektrischen Abschirmung 220 wenigstens in dem Bereich, in dem der Sensor 210 platziert wird, zu strukturieren. Zum Beispiel können weniger oder mehr leitfähige Finger, die sich von unterschiedlichen Seiten des Umfangs eines Ausschnitts erstrecken, verwendet werden, um die elektrische Abschirmung bereitzustellen und gleichzeitig das Auftreten von Wirbelströmen zu verhindern oder zu begrenzen. Um eine angemessene Menge einer elektrischen Abschirmung beizubehalten, sind bei den in 4 bis 5D offenbarten Ausführungsformen wenigstens 40 %, bevorzugt wenigstens 50 % des Bereichs, der der Grundfläche des Sensorchips 214 entspricht, mit einem elektrisch leitfähigen Material bedeckt.
  • Die in 4 bis 5D gezeigten Strukturen werden unter Verwendung herkömmlicher Halbleiterschaltkreisverarbeitungs- und -kapselungsverfahren hergestellt. Zum Beispiel kann die Isolationsschicht 212 durch ein isolierendes Substrat oder einen isolierenden Film oder eine Kombination daraus gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Siliciumsubstrat mit einem isolierenden Polyimidfilm bedeckt werden, um eine elektrische Isolation bereitzustellen. Ein leitfähiges Material, wie etwa Kupfer, Aluminium oder Gold, kann zum Beispiel unter Verwendung von Gasphasenabscheidung auf der oberen Oberfläche des Isolators, d. h. der Oberfläche, die zu dem Sensor und von der Primärschiene weg zeigt, abgeschieden werden. Die Metallschicht kann dann unter Verwendung von Lithografie und Ätzen strukturiert werden, um die elektrische Abschirmung 220 zu bilden. Alternativ dazu kann die Isolationsschicht 212 durch Kunststoffverguss als Teil der Chipumhüllung 202 gebildet werden, wobei eine separate mikroverarbeitete Metallplatte auf der Isolationsschicht 212 als die elektrische Abschirmung 220 abgeschieden wird. Obwohl dies in 4 nicht gezeigt ist, kann die elektrische Abschirmung 220 auch innerhalb der Isolationsschicht 212 eingebettet sein.
  • 6A und 6B zeigen Querschnitte durch Stromerfassungsvorrichtungen 600 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Stromerfassungsvorrichtung 600 ist auf eine zu der oben beschriebenen Stromerfassungsvorrichtung 200 ähnliche Weise ausgebildet. Sie weist einen Leiter 618 aus einer ansonsten nicht gezeigten Primärstromschiene, eine Klebstoffschicht 616, ein Siliciumsubstrat 614, einen Polyimidfilm 612 und eine leitfähige Abschirmung 620 auf. Während der Fertigung wird der Polyimidfilm 612, der eine Isolationsschicht bildet, zum Beispiel durch Rotationsbeschichtung auf dem Siliciumsubstrat 614 abgeschieden. Dann wird die leitfähige Abschirmung 620 durch Gasphasenabscheidung und Ätzen eines Metallmaterials, z. B. Cu oder Al, auf dem Polyimidfilm 612 gebildet. Die fertige Abschirmungsbaugruppe 630, die das Substrat 614, den Polyimidfilm 612, der eine Isolationsunterschicht bildet, und die leitfähige Abschirmungsstruktur 620, die eine Abschirmungsunterschicht bildet, aufweist, wird dann unter Verwendung eines nichtleitfähigen Die-Anbringungsklebstoffs an die Primärstromschiene angeklebt, wie in 6A gezeigt ist.
  • Optional wird, wie in 6B gezeigt, eine zusätzliche Passivierungsschicht 622 über der leitfähigen Abschirmung 620 platziert und bildet einen Teil der Abschirmungsbaugruppe 630. Die Passivierungsschicht 622 kann ein elektrisch isolierendes Oxid- oder Nitridmaterial, wie etwa Al2O3 oder SixNy, SU8, ein Polymer, wie etwa Polyimid, oder einen Fotolack, wie etwa SU8, aufweisen. Das Verwenden des gleichen Materials wie für die Isolationsschicht, d. h. eines zweiten Polyimidfilms, oder eines Materials mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, reduziert eine mechanische Belastung und ungewollte Vermischung mit anderen Materialien. Die Passivierungsschicht 622 weist eine Öffnung 624 auf. Die Öffnung 624 kann durch allgemein bekannte Techniken, wie etwa Lithografie und/oder Ätzen der Passivierungsschicht 622, gebildet werden. Die Öffnung kann zum Bonden eines Drahtes an die leitfähige Abschirmung 620, z. B. zum Verbinden der elektrischen Abschirmung 620 mit einem vordefinierten Spannungspotential, wie etwa elektrischer Masse, verwendet werden. Die Passivierungsschicht 622 und/oder die Öffnung 624 kann vor oder nach dem Ankleben der Abschirmungsbaugruppe 630 an den Leiter 618 der Primärstromschiene gebildet werden.
  • 7A und 7B zeigen Querschnitte durch Stromerfassungsvorrichtungen 700 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Ähnlich den Stromerfassungsvorrichtungen 600 weisen die Stromerfassungsvorrichtungen 700 einen Leiter 718 einer ansonsten nicht gezeigten Primärstromschiene, eine Klebstoffschicht 716, einen Polyimidfilm 712 und ein Siliciumsubstrat 714 auf. Die Anordnung der obigen Schichten unterscheidet sich insofern geringfügig, dass der Polyimidfilm 712 mit Bezug auf die in 7A gezeigte Stapelungsrichtung auf der unteren Oberfläche des Siliciumsubstrats 714 platziert ist. Außerdem wird anstelle des Abscheidens eines leitfähigen Metallmaterials auf den Siliciumsubstraten 714 ein Bereich 720 nahe der Oberfläche des Siliciumsubstrats 714 unter Verwendung eines geeigneten Dotierungsmittels dotiert. Die Dotierungskonzentration kann so gewählt werden, dass eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit des dotierten Bereichs 720 erreicht wird, was die Bildung von Wirbelströmen stark reduziert. Zum Beispiel kann die Leitfähigkeit des dotierten Bereichs 720 kleiner als 1 / (µOhm*m) oder 106 S/m sein. Entsprechend wirkt der dotierte Bereich 720 als elektrische Abschirmung. Bei der in 7A gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der dotierte Bereich 720 von der oberen Oberfläche für etwa 2 µm in das Siliciumsubstrat 714 hinein. Wie gezeigt wird der dotierte Bereich 720 möglicherweise nur in einem gewünschten Bereich gebildet und erstreckt sich möglicherweise nicht über die gesamte Oberfläche des Siliciumsubstrats 714.
  • Die Stromerfassungsvorrichtung 700 aus 7A weist ferner einen elektrischen Kontakt 738 auf, der durch Metallisierung des kleinen Teils der oberen Oberfläche des dotierten Bereichs 720 gebildet werden kann. Der Kontakt 738 kann zum Verbinden des dotierten Bereichs 720 mit einem festen Referenzpotential, wie etwa elektrischer Masse, verwendet werden. Die Abschirmungsbaugruppe 730, die das Siliciumsubstrat 714 mit dem dotierten Bereich 720, den Kontakt 738 und den isolierenden Polyimidfilm 712 aufweist, kann vorgefertigt werden und dann unter Verwendung eines nichtleitfähigen Die-Anbringungsklebstoffs an die Primärstromschiene angeklebt werden. Im Gegensatz zu der in 6A und 6B gezeigten Ausführungsform wird die Abschirmungsbaugruppe mit dem Polyimidfilm 712 abwärts zu dem Leiter 718 gewandt angeklebt.
  • Ähnlich der in 6B gezeigten Struktur kann die Abschirmungsbaugruppe 730 mit einer zusätzlichen Passivierungsschicht 722 bedeckt sein, wie in 7B gezeigt ist. Die Passivierungsschicht 722 weist eine Öffnung 724 in dem Bereich des elektrischen Kontakts 738 auf.
  • Die zuvor mit Bezug auf 3 bis 7B veranschaulichten verschiedenen Abschirmungsstrukturen sind zum Verhindern einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Primärschiene und einer Sensorschaltungsanordnung nützlich.
  • Als Nächstes sind Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines integrierten Stromsensors gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 8 beschrieben. Obwohl die Schritte in einer speziellen Reihenfolge gezeigt und beschrieben sind, soll diese Abfolge nicht beschränkend sein. Zum Beispiel könnte die Abschirmungsbaugruppe vorbereitet werden, bevor die anderen Schritten des beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden.
  • In einem ersten Schritt S1 wird ein langer Streifen von Leiterrahmen, die noch miteinander verbunden sind, bereitgestellt. Dies kann die Bereitstellung eines einheitlichen Streifens aus Kupfer oder die Bereitstellung mancher vorverarbeiteter Basisleiterrahmen, z. B. vorgestanzter Stücke aus Metall, einschließen. Das Metallmaterial der Leiterrahmen wird später die Verbindungsanschlüsse der gebildeten integrierten Schaltkreisvorrichtung, wie etwa die Anschlüsse 204 und 206, sowie den Rest der Primärschiene 208, d. h. die Schenkel 218 und den bogenförmigen Leiter 220, bilden. In dieser Phase weist das Metallmaterial des Leiterrahmens eine einheitliche Dicke auf.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird für jeden einzelnen Leiterrahmen ein Teil, z. B. der linke Teil, der später die Kontakte 206 bildet, von einem gegenüberliegendem Teil, z. B. dem rechten Teil des Leiterrahmens, der später die Primärschiene 208 und die Kontakte 204 bildet, durch Stanzen separiert. Bei dem beschriebenen Prozess wird zusätzlich zu der physischen Separation das Metallmaterial des linken Teils durch Prägen flachgedrückt. Infolgedessen können die in 3 gezeigten relativ dünnen Anschlüsse 106a bis 106g auf der linken Seite gebildet werden, während die Kontakte 204a und 204b und der U-förmige Leiter, die die Primärschiene 208 bilden, dicker bleiben, was ermöglicht, dass ein relativ starker Strom I durch die abgeschlossene Sensorvorrichtung fließt. Zum Beispiel kann die Primärschiene eine Dicke von 0,2 mm aufweisen.
  • In einem dritten Schritt S3 werden eine oder mehrere Abschirmungsbaugruppen gebildet. Zu diesem Zweck wird ein Siliciumwafer oder anderer Wafer zuerst mit Polyimid rotationsbeschichtet, wobei ein isolierender Polyimidfilm auf einer Oberfläche des Siliciumsubstrats gebildet wird. Wie in 6A bis 7B gezeigt ist, wird die gleiche Oberfläche oder eine gegenüberliegende Oberfläche des Siliciumsubstrats dann beschichtet und/oder strukturiert, um eine oder einige leitfähige Abschirmungsstrukturen, z. B. eine der oben beschriebenen und in 4 bis 5D gezeigten leitfähigen Abschirmungsstrukturen, zu bilden. Unter Verwendung eines herkömmlichen Wafers kann eine relativ große Anzahl an leitfähigen Abschirmungsstrukturen unter Verwendung der oben beschriebenen Schritte auf einmal gebildet werden. Diese werden dann in einzelne Abschirmungsbaugruppen, z. B. Baugruppen 630 oder 730, durch Schneiden des strukturierten, beschichteten und optional passivierten Wafers in entsprechende Segmente separiert.
  • In einem vierten Schritt S4 wird die vorbereitete Abschirmungsbaugruppe an die rechte Seite des Leiterrahmens angeklebt, um die Primärschiene 208 von dem Rest der integrierten Schaltkreisvorrichtung zu isolieren und eine kapazitive Kopplung zwischen der Primärschiene 208 und der Erfassungsschaltungsanordnung, die in Schritt S5 auf der Abschirmungsbaugruppe montiert wird, zu verhindern. Wie in 3 bis 5D gezeigt, wird die Abschirmungsbaugruppe bevorzugt in einem zentralen Bereich zwischen zwei Schenkeln eines U-förmigen Leiters angeordnet.
  • In einem fünften Schritt S5 werden ein Magnetfeldsensor 210 und optional ein ASIC 222 oder eine andere Verarbeitungsschaltungsanordnung auf der Abschirmungsbaugruppe platziert. Typischerweise werden sowohl der Magnetfeldsensor 210 als auch der ASIC 222 als separate Halbleiterchips unter Verwendung herkömmlicher Halbleitertechniken gebildet. Von daher können zur Chip-auf-Chip-Montage bekannte Techniken verwendet werden, um den Sensorchip 214 und den ASIC 222 auf der Abschirmungsbaugruppe 630 bzw. 730 zu montieren.
  • In einem sechsten Schritt S6 werden die elektronischen Komponenten unter Verwendung herkömmlicher Verbindungstechniken miteinander verbunden. Zum Beispiel kann die Schnittstellenschaltungsanordnung des ASIC 222 unter Verwendung von Bonddrähten 224 mit den Anschlüssen 206 auf der linken Seite des Leiterrahmens verbunden werden. Außerdem können elektrische Verbindungen zwischen dem ASIC 222 und dem Sensorchip 214 unter Verwendung zusätzlicher Bonddrähte 226 gebildet werden. Zudem kann ein Kontaktpad 238 der elektrischen Abschirmung 220 entweder direkt oder indirekt über den ASIC 222 unter Verwendung eines weiteren Bonddrahtes 228 an einen der Anschlüsse 206 gebondet werden.
  • In einem siebten Schritt S7 werden die Primärschiene 208, die Abschirmungsbaugruppe 630 oder 730, der Magnetfeldsensor 210, der ASIC 222 sowie die Bonddrähte 224-228 und interne Enden der Anschlüsse 204 und 206 umspritzt, um eine Chipumhüllung 202 zu bilden.
  • In einem achten, optionalen Schritt S8 werden die einzelnen integrierten Sensorvorrichtungen voneinander durch Ausstanzen der gebildeten Vorrichtungen aus dem Streifen von Leiterrahmen separiert. Auf diese Weise werden die äußeren Kontaktpads der Verbindungsstifte 204 und 206 gebildet.
  • Wie zuvor angegeben, kann die Genauigkeit der oben offenbarten Sensorschaltkreise weiter verbessert werden, falls sie mit einer Differentialsensorgestaltung, wie unten beschrieben, kombiniert werden.
  • 9 zeigt eine Differentialsensorgestaltung schematisch. Ein Sensorchip 914 weist zwei unterschiedliche magnetoempfindliche Bereiche 916 und 918 auf. Aufgrund der Art, auf die diese empfindlichen Bereiche 916 und 918 gebildet sind, reagieren sie auf Magnetfelder, die in unterschiedlichen, entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, wie durch Pfeile 920 bzw. 922 angegeben. Die zwei Erfassungsbereiche 916 und 918 sind einer Entfernung d voneinander entfernt platziert, die mit der physischen Konfiguration der Primärschiene 908 der Sensorvorrichtung ausgerichtet ist, so dass der erste Erfassungsbereich 916 näher an einem ersten Schenkel der Primärschiene 908 platziert ist und der zweite Erfassungsbereich 918 näher an einem zweiten Schenkel der Primärschiene 908 platziert ist. Zum Beispiel könnte das Zentrum des Erfassungsbereichs 916 näher an einem Innenrand des linken Schenkels 218a der Primärschiene 208 aus 3 und 4, der sich in den ersten Anschluss 204a erstreckt, platziert werden und könnte der zweite Erfassungsbereich 918 näher an einem gegenüberliegenden Innenrand des rechten Schenkels 218b der Primärschiene 208, der sich zu dem zweiten Anschluss 204b erstreckt, platziert werden.
  • Bei der U-förmigen oder halbkreisförmigen Konfiguration der Primärschiene 208, die in 2 gezeigt ist, fließt der Strom I in entgegengesetzten Richtungen durch die entsprechenden Schenkel 218. Entsprechend ist das durch den durch die Schenkel fließenden Strom verursachte Magnetfeld auch in entgegengesetzten Richtungen orientiert, was bei dem gegebenen Beispiel den durch die Pfeile 920 und 922 angegebenen Empfindlichkeitsrichtungen entspricht. Von daher werden die Sensorsignale des ersten Sensorbereichs 916 und des zweiten Sensorbereichs 918 aufaddiert, um das Sensorsignal effektiv zu verdoppeln. Im Gegensatz dazu wird ein beliebiges Umgebungsmagnetfeld oder eine andere Störungsquelle üblicherweise beide Empfindlichkeitsbereiche 916 und 918 auf die gleiche Weise beeinflussen. Da die Empfindlichkeitsbereiche 916 und 918 eine entgegengesetzte Empfindlichkeitsrichtung aufweisen, wird der Nettoeffekt beliebiger solcher Störungssignale null sein, d. h. aufgehoben werden.
  • 10 zeigt eine Basisarchitektur zum Implementieren der in 9 gezeigten Differentialsensorgestaltung. Um die gewünschte Empfindlichkeitsrichtung zu erreichen, sind vier unterschiedliche Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 in einer elektrischen Wheatstone-Brücke 950 angeordnet. Unterschiedliche Zweige der Brücke 950 verbinden eine Versorgungsspannung VDD und elektrische Masse GND mit einem positiven und negativen Erfassungsanschluss Vo+ und Vo-. Die Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 können Anisotroper-Magnetowiderstand- bzw. AMR-Sensorelemente oder Tunnelmagnetowiderstand- bzw. TMR-Sensorelemente sein. Alle Sensorelemente 924, 926, 928 und 930, die in jedem der vier Zweige angeordnet sind, weisen eine unterschiedliche magnetische Konfiguration auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 magnetoresistiv und weisen insbesondere jeweils ein anisotropes magnetoresistives Element auf. Die unterschiedlichen Konfigurationen der Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 können erreicht werden, indem unterschiedliche Barberpole-Strukturen innerhalb jedes der Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 bereitgestellt werden, die einen durch das magnetoresistive Material fließenden Strom dazu zwingen, unter einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf die Magnetisierungsrichtung des magnetoresistiven Materials zu fließen. In Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung des magnetoresistiven Materials und der Orientierung der Barberpoles können Sensorelemente 924, 926, 928 und 930 mit vier unterschiedlichen Reaktionscharakteristiken nach Wunsch gewählt werden, um die gegebene Empfindlichkeitsrichtung, wie zum Beispiel durch die Pfeile 920 und 922 aus 9 gezeigt, zu erreichen.
  • Eine weitere Optimierung eines differentiellen Feldsensors ist in 11 gezeigt. Anstelle von vier Sensorelementen 924 bis 930 werden insgesamt 16 Sensorelemente 924a-d, 926a-d, 928a-d und 930a-d verwendet, die wie in 11 gezeigt angeordnet sind. Die Sensorelemente 924a-d, 926a-d, 928a-d und 930a-d sind AMR-Sensorelemente und weisen eine vordefinierte, aber änderbare Magnetisierungsrichtung auf. Zusammen bilden die Sensorelemente 924a-d, 926a-d, 928a-d und 930a-deine Wheatstone-Brücke 960, wobei jeder der vier Außenzweige der Brücke eine Gruppe aus vier in Reihe verbundenen Sensorelementen 924a-d, 926a-d, 928a-d oder 930a-d mit der gleichen magnetischen Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel weist der Zweig zwischen der Versorgungsspannung VDD und der positiven Ausgangsspannung Vo+ Sensorelemente 930a-d auf. Zwei dieser Sensorelemente 930a und 930b sind in einem ersten empfindlichen Bereich 916 platziert, der gemeinsam mit einer ersten Spule 940 angeordnet ist, und die verbleibenden Sensorelemente 930c und 930d sind in einem zweiten empfindlichen Bereich 918 platziert, der gemeinsam mit einer zweiten Spule 942 angeordnet ist. Durch das Zuführen eines Pulsstroms durch die zwei elektrisch gekoppelten Spulen 940 und 942 kann die Magnetisierung aller Sensorelemente geändert werden, was zu einer Änderung ihres spezifischen Widerstands führt. Durch abwechselndes Senden positiver und negativer Ströme durch die zwei Spulen 940 und 942 kann das intrinsische Magnetfeld der jeweiligen Sensorelemente in den zwei Erfassungsbereichen 916 und 918 in regelmäßigen Intervallen elektrisch umgekehrt oder umgeklappt werden. Die regelmäßige Inversion der Magnetisierung hebt beliebige Versätze der Verarbeitungsschaltungsanordnung auf. Dies hilft auch beim Kompensieren möglicher Herstellungsvariationen, die mit jeder Magnetsensorkonfiguration assoziiert sind. Weitere Einzelheiten über die Herstellung, Konfiguration und Operation differentieller Magnetfeldsensoren sind in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 197 22 834 A1 von Dr. Fritz DETTMANN und Uwe LOREIT zu finden, deren Inhalt hier hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
  • Für andere Sensortypen, wie etwa GMR- oder TMR-Sensorelemente, kann die empfindliche Richtung anstelle der Verwendung von Magnetisierungsspulen durch eine gepinnte Schicht des jeweiligen Sensors bestimmt werden.
  • Die in 11 gezeigte Konfiguration stellt dementsprechend eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit und Rauschreduzierung der beschriebenen Sensorarchitektur bereit. In Kombination führen die näherungsweise oder im Wesentlichen U-förmige Primärschiene, die elektrische Abschirmungsstruktur und die Differentialsensorgestaltung, die hier offenbart sind, zu einer großen Verbesserung der Empfindlichkeit, Widerstandsfähigkeit gegenüber Umgebungsstörungen und Robustheit mit Bezug auf plötzliche Änderungen des elektrischen Feldes innerhalb der Primärschiene der offenbarten Erfassungsvorrichtung.
  • Obwohl die obige Beschreibung verschiedene nützliche Ausführungsformen vollständig und komplett beschreibt, sollen die Offenbarung und der Schutzumfang nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden. Obwohl zum Beispiel unterschiedliche Aspekte verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung oben beschrieben wurden, wird ein Fachmann verstehen, dass diese Aspekte auch auf unterschiedliche Weisen kombiniert werden können, um weitere Ausführungsformen zu erzielen. Zum Beispiel können die verschiedenen Abschirmungsmuster, Schichtanordnungen und Herstellungstechniken, die hier offenbart sind, kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen abzuleiten. Obwohl gewisse Anwendungen, wie etwa Leistungswandler und Motorsteuerungen, identifiziert wurden, versteht es sich außerdem für einen Fachmann, dass die beanspruchten Vorrichtungen, Schaltkreise und Systeme in einem viel breiteren Spektrum an Wendungen verwendet werden können, ohne von dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.
  • Einige weitere Ausführungsformen der Offenbarung sind in den folgenden Bestimmungen kurz beschrieben:
    • Bestimmung 1. Ein Chipsensorgehäuse, das Folgendes aufweist:
      • einen Leiterrahmen, der eine Metallleiterbahn zum Führen eines Stroms von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss aufweist, wobei die Metallleiterbahn einen ersten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer ersten Richtung und einen zweiten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer zweiten Richtung aufweist, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
      • einen differentiellen Magnetfeldsensor, der in einer Schicht des Sensorgehäuses oberhalb des Leiterrahmens platziert ist, wobei der differentielle Magnetfeldsensor einen ersten Erfassungsbereich, der mit dem ersten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist, und einen zweiten Erfassungsbereich, der mit dem zweiten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist, aufweist; und
      • eine elektrische Abschirmung, die zwischen dem Leiterrahmen und dem differentiellen Magnetfeldsensor platziert ist.
    • Bestimmung 2. Das Chipsensorgehäuse nach Bestimmung 1, das ferner Folgendes aufweist:
      • eine Isolationsschicht, wobei die Isolationsschicht zwischen dem Leiterrahmen und der elektrischen Abschirmung angeordnet ist.
    • Bestimmung 3. Das Chipsensorgehäuse nach Bestimmung 2, wobei die Isolationsschicht ferner ein Substrat aufweist, das mit einem Isolationsfilm bedeckt ist, wobei der Isolationsfilm zwischen dem Leiterrahmen und der elektrischen Abschirmung angeordnet ist.
    • Bestimmung 4. Das Chipsensorgehäuse nach Bestimmung 3, wobei das Substrat ein Silicium-, ein Halbleiter- und/oder ein isolierendes Substrat aufweist.
    • Bestimmung 5. Das Chipsensorgehäuse nach Bestimmung 3 oder 4, wobei der isolierende Film einen Polyimidfilm aufweist.
    • Bestimmung 6. Das Chipsensorgehäuse nach einer der Bestimmungen 1 bis 5, wobei die elektrische Abschirmung mit einem dritten Anschluss des Leiterrahmens verbunden ist, der zum Bereitstellen einer Referenzspannung ausgebildet ist.
    • Bestimmung 7. Das Chipsensorgehäuse nach Bestimmung 6, wobei die Referenzspannung elektrische Masse ist.
    • Bestimmung 8. Das Chipsensorgehäuse nach einer der Bestimmungen 1 bis 7, das ferner einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis, ASIC, aufweist, wobei der ASIC mit dem differentiellen Magnetfeldsensor und mit wenigstens einem weiteren Anschluss des Leiterrahmens verbunden ist.
    • Bestimmung 9. Das Chipsensorgehäuse nach einer der Bestimmungen 1 bis 8, wobei der differentielle Magnetfeldsensor ein Anisotroper-Magnetowiderstand- bzw. AMR-Sensorelement, ein Riesenmagnetowiderstand- bzw. GMR-Sensorelement und/oder ein Tunnelmagnetowiderstand- bzw. TMR-Sensorelement aufweist.
    • Bestimmung 10. Das Chipsensorgehäuse nach einer der Bestimmungen 1 bis 9, wobei der Leiterrahmen mehrere erste Stifte, die sich aus dem Chipsensorgehäuse heraus erstrecken, und mehrere zweite Stifte aufweist, die sich aus dem Chipsensorgehäuse heraus erstrecken, wobei jeder der ersten Stifte mit dem ersten Anschluss verbunden ist und jeder der zweiten Stifte mit dem zweiten Anschluss der Metallleiterbahn verbunden ist.
    • Bestimmung 11. Das Chipsensorgehäuse nach einer der Bestimmungen 1 bis 10, wobei die elektrische Abschirmung ein leitfähiges Material aufweist, wobei das leitfähige Material wenigstens in einem Bereich strukturiert ist, in dem der differentielle Magnetfeldsensor platziert ist, so dass die Bildung von Wirbelströmen innerhalb des Bereichs des leitfähigen Materials verhindert wird.
    • Bestimmung 12. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Sensorvorrichtung, das Folgendes aufweist:
      • Bereitstellen einer Primärstromschiene in einer Basisschicht, wobei die Primärstromschiene wenigstens zwei antiparallele Segmente aufweist;
      • Bereitstellen einer Isolationsschicht, die einen Isolationsfilm aufweist, wobei die Isolationsschicht oberhalb der Basisschicht in einer Stapelungsrichtung angeordnet ist;
      • Bereitstellen einer elektrischen Abschirmung in einer Abschirmungsschicht, wobei die Abschirmungsschicht oberhalb der Basisschicht und der Isolationsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei die elektrische Abschirmung durch den Isolationsfilm von der Primärstromschiene isoliert ist; und
      • Bereitstellen eines differentiellen Magnetfeldsensors in einer Erfassungsschicht, wobei die Erfassungsschicht oberhalb der Basisschicht, der Isolationsschicht und der Abschirmungsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei der differentielle Magnetfeldsensor auf der entgegengesetzten Seite der elektrischen Abschirmung mit Bezug auf die Primärstromschiene angeordnet ist, um ein Magnetfeld in dem Bereich der wenigstens zwei antiparallelen Segmente zu detektieren.
    • Bestimmung 13. Das Verfahren nach Bestimmung 12, wobei der isolierende Film einen Polyimidfilm aufweist.
    • Bestimmung 14. Das Verfahren nach Bestimmung 12 oder 13, wobei die Isolationsschicht ferner ein Substrat mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberfläche aufweist, wobei der Isolationsfilm auf der ersten Oberfläche eines Substrats bereitgestellt ist.
    • Bestimmung 15. Das Verfahren nach Bestimmung 14, wobei der Schritt des Bereitstellens der elektrischen Abschirmung Strukturieren wenigstens eines Teils der zweiten Oberfläche des Substrats aufweist, um einen leitfähigen Bereich auf dem Substrat zu bilden, wobei der leitfähige Bereich wenigstens einen Teil der elektrischen Abschirmung bildet.
    • Bestimmung 16. Das Verfahren nach einer der Bestimmungen 12 bis 15, das ferner Ankleben des Isolationsfilms an die Primärstromschiene aufweist.
    • Bestimmung 17. Das Verfahren nach Bestimmung 14, das ferner Ankleben der zweiten Oberfläche des Substrats an die Primärstromschiene aufweist.
    • Bestimmung 18. Das Verfahren nach einer der Bestimmungen 12 bis 14 oder 17, wobei die elektrische Abschirmung auf dem Isolationsfilm bereitgestellt ist.
    • Bestimmung 19. Das Verfahren nach einer der Bestimmungen 12 bis 18, das ferner Folgendes aufweist:
      • Bereitstellen einer Passivierungsschicht, wobei die Passivierungsschicht zwischen der elektrischen Abschirmung und dem differentiellen Magnetfeldsensor angeordnet ist.
    • Bestimmung 20. Das Verfahren nach Bestimmung 19, das ferner Folgendes aufweist:
      • Bereitstellen wenigstens einer Öffnung zum Kontaktieren der elektrischen Abschirmung in der Passivierungsschicht.
    • Bestimmung 21. Das Verfahren nach einer der Bestimmungen 12 bis 20, das ferner Folgendes aufweist
      • Umspritzen wenigstens der Primärstromschiene, des Isolationsfilms, der elektrischen Abschirmung und des differentiellen Magnetfeldsensors und Bilden eines Chipgehäuses der integrierten Sensorvorrichtung.
    • Bestimmung 22. Eine integrierte Stromerfassungsvorrichtung, die Folgendes aufweist:
      • einen näherungsweise U-förmigen Leiter zum Leiten eines zu messenden Stroms;
      • einen Isolationsfilm, der oberhalb des näherungsweise U-förmigen Leiters angeordnet ist;
      • eine elektrische Abschirmungsschicht, die innerhalb oder oberhalb wenigstens eines Teils der Isolationsschicht angeordnet ist; und
      • eine Detektionsschaltungsanordnung zum Detektieren eines Magnetfeldes in dem Bereich des näherungsweise U-förmigen Leiters, wobei das Magnetfeld durch den zu messenden Strom verursacht wird, wobei wenigstens ein Teil der Detektionsschaltungsanordnung oberhalb der elektrischen Abschirmungsschicht angeordnet ist.
    • Bestimmung 23. Die Vorrichtung nach Bestimmung 22, wobei der isolierende Film einen Polyimidfilm aufweist.
    • Bestimmung 24. Die Vorrichtung nach Bestimmung 22 oder 23, wobei die elektrische Abschirmungsschicht eine(n) leitfähige(n) Film, Folie oder Platte aufweist, der/die an einer oberen Oberfläche der Isolationsschicht angebracht ist.
    • Bestimmung 25. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 24, wobei die elektrische Abschirmungsschicht zum Reduzieren des Auftretens von Wirbelströmen innerhalb der elektrischen Abschirmungsschicht ausgebildet ist.
    • Bestimmung 26. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 25, wobei die elektrische Abschirmungsschicht einen strukturierten teilweise leitfähigen Bereich in einem Bereich aufweist, der der Detektionsschaltungsanordnung entspricht.
    • Bestimmung 27. Die Vorrichtung nach Bestimmung 26, wobei der strukturierte teilweise leitfähige Bereich eine Metallstruktur aufweist, die einen Ausschnitt, einen Schlitz und/oder einen leitfähigen Finger aufweist.
    • Bestimmung 28. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 26, wobei die elektrische Abschirmungsschicht ein Material mit geringer Leitfähigkeit aufweist, das eine Leitfähigkeit von weniger als 106 S/m aufweist.
    • Bestimmung 29. Die Vorrichtung nach Bestimmung 28, wobei das Material mit geringer Leitfähigkeit Graphit und/oder ein dotiertes Halbleitermaterial aufweist.
    • Bestimmung 30. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 28, die ferner einen Leiterrahmen aufweist, wobei der näherungsweise U-förmige Leiter durch einen Teil des Leiterrahmens gebildet ist.
    • Bestimmung 31. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 30, wobei der näherungsweise U-förmige Leiter einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, der parallel zu dem ersten Schenkel angeordnet ist, und einen Verbindungsteil, der ein erstes Ende des ersten Schenkels mit einem ersten Ende des zweiten Schenkels verbindet, aufweist, wobei ein zweites Ende des ersten Schenkels und ein zweites Ende des zweiten Schenkels einen Eingangsanschluss bzw. einen Ausgangsanschluss für den zu messenden Strom bilden.
    • Bestimmung 32. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 31, wobei die Detektionsschaltungsanordnung einen differentiellen Magnetfeldsensor mit einem ersten und einem zweiten Erfassungsbereich aufweist, der näherungsweise U-förmige Leiter einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste und zweite Erfassungsbereich in einer Erfassungsebene oberhalb einer Leiterebene angeordnet sind, die den ersten bzw. den zweiten Schenkel aufweist, und wobei der erste Erfassungsbereich näher an dem ersten Schenkel als dem zweiten Schenkel platziert ist und der zweite Erfassungsbereich näher an dem zweiten Schenkel als dem ersten Schenkel platziert ist.
    • Bestimmung 33. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 32, wobei die Detektionsschaltungsanordnung ferner einen Verarbeitungsschaltkreis aufweist, der mit dem differentiellen Magnetfeldsensor gekoppelt ist.
    • Bestimmung 34. Die Vorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 33, wobei die elektrische Abschirmungsschicht mit einem elektrischen Referenzpotential verbunden ist.
    • Bestimmung 35. Ein elektrischer Schaltkreis, der Folgendes aufweist:
      • eine Steuerung, die zum Bereitstellen einer pulsbreitenmodulierten, PWM, Spannung ausgebildet ist;
      • eine einer elektrischen Quelle oder einer elektrischen Last, die zum Bereitstellen oder Empfangen eines durch die PWM-Spannung gesteuerten elektrischen Stroms ausgebildet ist; und
      • eine integrierte Stromerfassungsvorrichtung nach einer der Bestimmungen 22 bis 34, wobei die integrierte Stromerfassungsvorrichtung zum Bestimmen einer Größe des elektrischen Stroms ausgebildet ist.
    • Bestimmung 36. Ein Leistungswandlerschaltkreis, der den elektrischen Schaltkreis nach Bestimmung 35 aufweist.
    • Bestimmung 37. Ein Verfahren zum Messen eines elektrischen Stroms unter Verwendung einer integrierten Sensorvorrichtung, die durch eine leitfähige Abschirmung von einer kapazitiven Kopplung abgeschirmt wird, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
      • Erzeugen eines differentiellen Magnetfeldes durch Leiten des elektrischen Stroms entlang eines gekrümmten leitfähigen Pfades, der auf einer ersten Seite der leitfähigen Abschirmung angeordnet ist;
      • Dämpfen jeglicher Wirbelströme, die in der leitfähigen Abschirmung induziert werden, durch Unterbrechen oder Abschwächen zirkularer Wirbelströme in der leitfähigen Abschirmung;
      • Messen eines differentiellen Magnetfeldes auf einer zweiten Seite der leitfähigen Abschirmung; und
      • Bestimmen eines elektrischen Stroms basierend auf dem gemessenen differentiellen Magnetfeld.
    • Bestimmung 38. Das Verfahren nach Bestimmung 37, wobei der elektrische Strom durch eine pulsbreitenmodulierte elektrische Versorgungsspannung getrieben wird.
  • Anwendungen
  • Beliebige der hier erörterten Prinzipien und Vorteile können auf andere Systeme angewandt werden und nicht nur auf die oben beschriebenen Systeme. Manche Ausführungsformen können eine Teilmenge von Merkmalen und/oder Vorteilen, die hier dargelegt sind, aufweisen. Die Elemente und Vorgänge der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Die Handlungen der hier besprochenen Verfahren können, wie angemessen, in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden. Zudem können die Handlungen der hier besprochenen Verfahren, wie angemessen, seriell oder parallel durchgeführt werden. Obwohl Schaltkreise in speziellen Anordnungen veranschaulicht sind, sind andere äquivalente Anordnungen möglich.
  • Beliebige der hier besprochenen Prinzipien und Vorteile können in Verbindung mit beliebigen anderen Systemen, Einrichtungen oder Verfahren, die von beliebigen der Lehren hierin profitieren könnten, implementiert werden.
  • Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen oder Systemen implementiert werden. Beispielsweise können Phasenkorrekturverfahren und Sensoren, die gemäß beliebigen der hier besprochenen Prinzipien und Vorteile implementiert werden, in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen und/oder in verschiedenen Anwendungen enthalten sein. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen und Anwendungen können unter anderem Servosysteme, Robotertechnik, Luftfahrzeuge, U-Boote, Zahnbürsten, biomedizinische Erfassungsvorrichtungen und Teile der Verbraucherelektronikprodukte, wie etwa einen Halbleiter-Die und/oder gekapselte Module, elektronische Testausrüstung usw. einschließen. Die Verbraucherelektronikprodukte können unter anderem ein Telefon, wie etwa ein Smartphone, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, eine Wearable-Rechenvorrichtung, wie etwa eine Smartwatch oder ein Ohrstück, ein Kraftfahrzeug, einen Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, einen portablen Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, eine Waschmaschine/Trockner-Kombination, einen Kopierer, ein Faxgerät, einen Scanner, eine Multifunktionsperipherievorrichtung usw. einschließen. Ferner können die elektronischen Vorrichtungen unfertige Produkte einschließen, einschließlich solcher für Industrie-, Automobil- und/oder Medizinanwendungen.
  • Außer wenn es der Kontext klar anders erfordert, sind in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Wörter „aufweisen“, „aufweisend“, „beinhalten“, „einschließlich“ und dergleichen in einem inklusiven Sinn, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinn, zu verstehen; das heißt in dem Sinn von „aufweisend, aber nicht beschränkt auf“. Die Wörter „gekoppelt“ oder „verbunden“, wie hier allgemein verwendet, verweisen auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden sein können oder durch ein oder mehr Zwischenelemente verbunden sein können. Obgleich die verschiedenen in den Figuren gezeigten Schemata Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten darstellen, können zusätzliche dazwischenliegende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (unter der Annahme, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltkreise nicht nachteilig beeinflusst wird). Die Wörter „basierend auf“, wie hier verwendet, sollen allgemein „nur basierend auf“ und „wenigstens teilweise basierend auf“ einschließen. Außerdem sollen die Wörter „hier“, „vorstehend“, „nachfolgend“ und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganze und nicht auf irgendwelche bestimmten Teile dieser Anmeldung verweisen. Wo es der Kontext zulässt, können Wörter in der ausführlichen Beschreibung gewisser Ausführungsformen, die den Singular oder den Plural verwenden, auch jeweils den Plural oder den Singular einschließen. Das Wort „oder“ ist mit Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Einträgen dafür vorgesehen, alle der folgenden Interpretationen des Worts abzudecken: irgendeiner der Listeneinträge, alle der Listeneinträge und jegliche beliebige Kombination der Listeneinträge. Alle numerischen Werte oder Entfernungen, die hier bereitgestellt sind, sollen ähnliche Werte innerhalb eines Messfehlers einschließen.
  • Während gewisse Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft präsentiert worden und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht beschränken. Tatsächlich können die neuartigen Einrichtungen, Systeme und Verfahren, die hier beschrieben sind, in einer Vielzahl anderer Formen ausgeführt werden. Des Weiteren können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen an der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, wie sie in den Schutzumfang und den Gedanken der Offenbarung fallen würden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19722834 A1 [0062]

Claims (20)

  1. Chipsensorgehäuse, das Folgendes aufweist: einen Leiterrahmen, der eine Metallleiterbahn zum Führen eines Stroms von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss aufweist, wobei die Metallleiterbahn einen ersten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer ersten Richtung und einen zweiten leitfähigen Abschnitt zum Führen des Stroms in einer zweiten Richtung aufweist, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; einen differentiellen Magnetfeldsensor, der in einer Schicht des Sensorgehäuses oberhalb des Leiterrahmens platziert ist, wobei der differentielle Magnetfeldsensor einen ersten Erfassungsbereich, der mit dem ersten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist, und einen zweiten Erfassungsbereich, der mit dem zweiten leitfähigen Abschnitt assoziiert ist, aufweist; und eine elektrische Abschirmung, die zwischen dem Leiterrahmen und dem differentiellen Magnetfeldsensor platziert ist.
  2. Chipsensorgehäuse nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: ein Substrat, das mit einem Isolationsfilm bedeckt ist, wobei der Isolationsfilm zwischen dem Leiterrahmen und der elektrischen Abschirmung angeordnet ist.
  3. Chipsensorgehäuse nach Anspruch 1, wobei die elektrische Abschirmung mit einem dritten Anschluss des Leiterrahmens verbunden ist, der zum Bereitstellen einer Referenzspannung ausgebildet ist.
  4. Chipsensorgehäuse nach Anspruch 1, das ferner einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) aufweist, wobei der ASIC mit dem differentiellen Magnetfeldsensor und mit wenigstens einem weiteren Anschluss des Leiterrahmens verbunden ist.
  5. Chipsensorgehäuse nach Anspruch 1, wobei der differentielle Magnetfeldsensor ein Anisotroper-Magnetowiderstand(AMR)-Sensorelement, ein Riesenmagnetowiderstand(GMR)-Sensorelement und/oder ein Tunnelmagnetowiderstand(TMR)-Sensorelement aufweist.
  6. Chipsensorgehäuse nach Anspruch 1, wobei die elektrische Abschirmung ein leitfähiges Material aufweist, wobei das leitfähige Material wenigstens in einem Bereich strukturiert ist, in dem der differentielle Magnetfeldsensor platziert ist, so dass die Bildung von Wirbelströmen innerhalb des Bereichs des leitfähigen Materials verhindert wird.
  7. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Sensorvorrichtung, das Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Primärstromschiene in einer Basisschicht, wobei die Primärstromschiene wenigstens zwei antiparallele Segmente aufweist; Bereitstellen einer Isolationsschicht, die einen Isolationsfilm aufweist, wobei die Isolationsschicht oberhalb der Basisschicht in einer Stapelungsrichtung angeordnet ist; Bereitstellen einer elektrischen Abschirmung in einer Abschirmungsschicht, wobei die Abschirmungsschicht oberhalb der Basisschicht und der Isolationsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei die elektrische Abschirmung durch den Isolationsfilm von der Primärstromschiene isoliert ist; und Bereitstellen eines differentiellen Magnetfeldsensors in einer Erfassungsschicht, wobei die Erfassungsschicht oberhalb der Basisschicht, der Isolationsschicht und der Abschirmungsschicht in der Stapelungsrichtung angeordnet ist, wobei der differentielle Magnetfeldsensor auf der entgegengesetzten Seite der elektrischen Abschirmung mit Bezug auf die Primärstromschiene angeordnet ist, um ein Magnetfeld in dem Bereich der wenigstens zwei antiparallelen Segmente zu detektieren.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Isolationsschicht ferner ein Substrat mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberfläche aufweist, wobei der Isolationsfilm einen Polyimidfilm aufweist, der auf der ersten Oberfläche eines Substrats bereitgestellt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Abschirmung auf dem Isolationsfilm bereitgestellt ist und wobei das Verfahren ferner Ankleben der zweiten Oberfläche des Substrats an die Primärstromschiene aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bereitstellens der elektrischen Abschirmung Strukturieren wenigstens eines Teils einer zweiten Oberfläche des Substrats aufweist, um einen leitfähigen Bereich auf dem Substrat zu bilden, wobei der leitfähige Bereich wenigstens einen Teil der elektrischen Abschirmung bildet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner Ankleben des Isolationsfilms, der auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, an die Primärstromschiene aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Passivierungsschicht, wobei die Passivierungsschicht zwischen der elektrischen Abschirmung und dem differentiellen Magnetfeldsensor angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht wenigstens eine Öffnung zum Kontaktieren der elektrischen Abschirmung aufweist.
  13. Integrierte Stromerfassungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen näherungsweise U-förmigen Leiter zum Leiten eines zu messenden Stroms; einen Isolationsfilm, der oberhalb des näherungsweise U-förmigen Leiters angeordnet ist; eine elektrische Abschirmungsschicht, die oberhalb wenigstens eines Teils des Isolationsfilms angeordnet ist; und eine Detektionsschaltungsanordnung zum Detektieren eines Magnetfeldes in dem Bereich des näherungsweise U-förmigen Leiters, wobei das Magnetfeld durch den zu messenden Strom verursacht wird, wobei wenigstens ein Teil der Detektionsschaltungsanordnung oberhalb der elektrischen Abschirmungsschicht angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die elektrische Abschirmungsschicht zum Reduzieren des Auftretens von Wirbelströmen innerhalb der elektrischen Abschirmungsschicht ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Abschirmungsschicht einen strukturierten teilweise leitfähigen Bereich in einem Bereich aufweist, der der Detektionsschaltungsanordnung entspricht.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der strukturierte teilweise leitfähige Bereich eine Metallstruktur aufweist, die einen Ausschnitt, einen Schlitz und/oder einen leitfähigen Finger aufweist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Abschirmungsschicht ein Material mit geringer Leitfähigkeit aufweist, das eine Leitfähigkeit von weniger als 106 S/ m aufweist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Material mit geringer Leitfähigkeit Graphit und/oder ein dotiertes Halbleitermaterial aufweist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner einen Leiterrahmen aufweist, wobei der näherungsweise U-förmige Leiter durch einen Teil des Leiterrahmens gebildet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Detektionsschaltungsanordnung einen differentiellen Magnetfeldsensor mit einem ersten und einem zweiten Erfassungsbereich aufweist, der näherungsweise U-förmige Leiter einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste und zweite Erfassungsbereich in einer Erfassungsebene oberhalb einer Leiterebene angeordnet sind, die den ersten bzw. den zweiten Schenkel aufweist, und wobei der erste Erfassungsbereich näher an dem ersten Schenkel als dem zweiten Schenkel platziert ist und der zweite Erfassungsbereich näher an dem zweiten Schenkel als dem ersten Schenkel platziert ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11366141B1 (en) * 2021-01-28 2022-06-21 Allegro Microsystems, Llc Multipath wide bandwidth current sensor
CN114689925B (zh) * 2022-05-31 2022-09-20 陕西半导体先导技术中心有限公司 一种隔离式瞬态短路电流的测试系统及方法
CN115728536A (zh) * 2022-10-18 2023-03-03 苏州纳芯微电子股份有限公司 电流传感器、用电设备及电流量测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19722834A1 (de) 1997-05-30 1998-12-03 Inst Mikrostrukturtechnologie Magnetoresistives Gradiometer in Form einer Wheatstone-Brücke zur Messung von Magnetfeldgradienten

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3820110A (en) 1973-03-22 1974-06-25 C Henrich Eddy current type digital encoder and position reference
GB2057136B (en) 1979-06-19 1984-01-04 Sphere Invest Electrostatic shields
US5218173A (en) 1991-10-17 1993-06-08 Ibm Corporation Shielding materials for electromagnetic digitizers
US5343143A (en) 1992-02-11 1994-08-30 Landis & Gyr Metering, Inc. Shielded current sensing device for a watthour meter
GB9918539D0 (en) 1999-08-06 1999-10-06 Sentec Ltd Planar current transformer
US20020024109A1 (en) 2000-08-29 2002-02-28 Kambiz Hayat-Dawoodi Integrated circuit and method for magnetic sensor testing
US7259545B2 (en) 2003-02-11 2007-08-21 Allegro Microsystems, Inc. Integrated sensor
US7112960B2 (en) 2003-07-31 2006-09-26 Applied Materials, Inc. Eddy current system for in-situ profile measurement
US20060219436A1 (en) * 2003-08-26 2006-10-05 Taylor William P Current sensor
US20070279053A1 (en) 2006-05-12 2007-12-06 Taylor William P Integrated current sensor
CH698721B1 (de) 2006-07-18 2009-10-15 Ct Concept Holding Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zum Übertragen eines zweiwertigen Signals.
US7787259B2 (en) 2006-12-28 2010-08-31 3M Innovative Properties Company Magnetic shield for use in a location sensing system
DE102008034577B4 (de) 2008-07-24 2016-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Strommessanordnung
US7642768B1 (en) * 2008-10-21 2010-01-05 Honeywell International Inc. Current sensor having field screening arrangement including electrical conductors sandwiching magnetic permeability layer
US9222992B2 (en) 2008-12-18 2015-12-29 Infineon Technologies Ag Magnetic field current sensors
US8564091B2 (en) * 2009-07-06 2013-10-22 Marvell World Trade Ltd. Die-to-die electrical isolation in a semiconductor package
JP5620989B2 (ja) 2009-07-22 2014-11-05 アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー 磁界センサの診断動作モードを生成するための回路および方法
US8400139B2 (en) 2010-03-26 2013-03-19 Infineon Technologies Ag Sensor package having a sensor chip
US8760149B2 (en) 2010-04-08 2014-06-24 Infineon Technologies Ag Magnetic field current sensors
US8461824B2 (en) 2010-06-07 2013-06-11 Infineon Technologies Ag Current sensor
CH703903B1 (de) 2010-10-01 2014-04-30 Melexis Tessenderlo Nv Stromsensor.
JP5459795B2 (ja) 2011-06-06 2014-04-02 株式会社ワコム 電子機器
KR101272239B1 (ko) 2011-10-26 2013-06-11 한국표준과학연구원 미세자기장 측정을 위한 차폐장치, 차폐방법 및 탈자화방법
US9664747B2 (en) * 2012-08-28 2017-05-30 Apple Inc. Electronic devices with magnetic sensors
CN105074487B (zh) 2013-03-08 2018-03-16 韩国标准科学研究院 用于测量磁场的屏蔽装置、屏蔽方法及消磁
US9958480B2 (en) * 2015-02-10 2018-05-01 Qualcomm Incorporated Apparatus and method for a current sensor
CN104820125B (zh) * 2015-04-27 2018-04-06 江苏多维科技有限公司 采用z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器
US10931152B2 (en) 2015-07-20 2021-02-23 Amosense Co., Ltd. Method of manufacturing magnetic field shielding sheet and magnetic field shielding sheet formed thereby
US10872879B2 (en) * 2015-11-12 2020-12-22 Amkor Technology Singapore Holding Pte. Ltd. Semiconductor package and manufacturing method thereof
JP6651956B2 (ja) 2016-04-01 2020-02-19 日立金属株式会社 電流センサ
KR101847011B1 (ko) 2016-05-02 2018-05-04 주식회사 동양센서 전류 센서
US9869729B1 (en) 2016-08-30 2018-01-16 Infineon Technologies Ag Magnetic field sensor circuit in package with means to add a signal from a coil
US10156614B2 (en) * 2016-11-29 2018-12-18 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for sensing a voltage transient in a magnetic field sensor integrated circuit
US10352969B2 (en) * 2016-11-29 2019-07-16 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for integrated shielding in a current sensor
KR20190006359A (ko) 2017-07-10 2019-01-18 엘지전자 주식회사 전자장치
JP6973021B2 (ja) 2017-12-18 2021-11-24 日立金属株式会社 電流センサ
US11315725B2 (en) * 2018-11-02 2022-04-26 Analog Devices International Unlimited Company Current sensing coil electrostatic shielding
JP7258526B2 (ja) * 2018-11-30 2023-04-17 株式会社東芝 電流検出装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19722834A1 (de) 1997-05-30 1998-12-03 Inst Mikrostrukturtechnologie Magnetoresistives Gradiometer in Form einer Wheatstone-Brücke zur Messung von Magnetfeldgradienten

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