CH683469A5

CH683469A5 - Semiconductor wafer contg. magnetic field sensor - is installed between pole shoes of laminated ferromagnetic magnetic flux concentrator to measure magnetic field in proximity

Info

Publication number: CH683469A5
Application number: CH2111/92A
Authority: CH
Inventors: Radivoje Popovic; Thomas Seitz
Original assignee: Landis & Gyr Business Support
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-03-15

Abstract

A metal plate shaped ferromagnetic lead frame has an auxiliary pole shoe (22,23) assigned to each main pole shoe (20,21). A further, second semiconductor wafer (24) is mounted on these auxiliary pole shoes. The first semiconductor wafer (4) and the pole shoes (20,21) are mounted on a side of the second semiconductor wafer facing away from the lead frame such that on one side the first wafer is arranged between two parallel edges (27,28) of the pole shoes. On the other side each pole, separated through the thickness of the second wafer, at least partially overlaps the assigned auxiliary pole shoe. USE/ADVANTAGE - Measuring magnetic field proportional to electrical current to be counted by electricity meter. Avoids need for expensive adjustment and/or calibration after mounting. Reduced sensitivity of magnetic field to factory-produced inaccuracies of air gaps. Can be mass produced.

Description

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2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem einen Magnetfeldsensor enthaltenden Halbleiterplättchen zwischen einem ersten und einem zweiten Polschuh gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl der Anordnungen. The invention relates to an arrangement with a semiconductor wafer containing a magnetic field sensor between a first and a second pole piece according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a plurality of the arrangements.

Die Anordnung dient vorzugsweise dem Messen eines Magnetfeldes, welches in unmittelbarer Nähe des Halbleiterplättchens vorhanden ist. Sie wird vorzugsweise in einem Elektrizitätszähler verwendet zur Messung eines zu einem elektrischen Strom proportionalen Magnetfeldes und dadurch zur indirekten Messung dieses elektrischen Stromes, der zu derjenigen Energie gehört, die mittels des Elektrizitätszählers zu messen ist. The arrangement is preferably used to measure a magnetic field that is present in the immediate vicinity of the semiconductor die. It is preferably used in an electricity meter to measure a magnetic field proportional to an electric current and thereby indirectly measure this electric current, which belongs to the energy that is to be measured by means of the electricity meter.

Eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US 4 587 509 A bekannt, wo ein Hallelement zwischen zwei sich teilweise überlappende Polschuhe eines schichtför-migen ferromagnetischen Magnetfluss-Konzentra-tors angeordnet ist. An arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from US 4,587,509 A, where a Hall element is arranged between two partially overlapping pole shoes of a layered ferromagnetic magnetic flux concentrator.

Ebenfalls bekannt ist die Druckschrift «Technisches Messen tm 56 (1989) 11, Seiten 436 bis 443, Aufbautechniken für Halbleiter-Magnetfeldsensoren, W. Heidenreich». Die dort dargestellte Ma-gnetfeldsensor-Anordnung ist als Hybridschaltung aufgebaut, in der der eine Magnetfluss-Konzentrator ein Ferrit-Substrat und der andere Magnetfluss-Konzentrator ein Ferritwürfel ist, der auf ein Hallkreuz eines Hallelementes aufgeklebt ist. Also known is the publication "Technisches Messen tm 56 (1989) 11, pages 436 to 443, assembly techniques for semiconductor magnetic field sensors, W. Heidenreich". The magnetic field sensor arrangement shown there is constructed as a hybrid circuit in which one magnetic flux concentrator is a ferrite substrate and the other magnetic flux concentrator is a ferrite cube which is glued to a Hall cross of a Hall element.

Der Erfindung liegt einerseits die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Anordnung so zu verbessern, dass, unter Verwendung nur eines einzigen ferromagnetischen Leadframes und unter Vermeidung von teuren zusätzlichen Justier- und/oder Abgleicharbeiten bei der Montage, die Empfindlichkeit des Magnetkreises der Anordnung auf fabrikationsbedingte Ungenauigkeiten von vorhandenen Luftspalten reduziert wird, die bei Hybridschaltungen in der Regel vorhanden sind und die die Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors negativ beeinflussen, und liegt anderseits die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von er-findungsgemässen Anordnungen zu verwirklichen. The invention is based on the one hand the object to improve the arrangement mentioned in such a way that, using only a single ferromagnetic lead frame and avoiding expensive additional adjustment and / or adjustment work during assembly, the sensitivity of the magnetic circuit of the arrangement to inaccuracies due to production is reduced by existing air gaps which are usually present in hybrid circuits and which have a negative influence on the sensitivity of the magnetic field sensor, and on the other hand the object is to implement a method for producing a large number of arrangements according to the invention.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1 and claim 4.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine bekannte, einen Magnetfeldsensor enthaltende Messanordnung, 1 shows a known measuring arrangement containing a magnetic field sensor,

Fig. 2 einen bekannten mechanischen Aufbau eines in einem Kunststoff-Gehäuse eingebauten integrierten Magnetfeldsensors, 2 shows a known mechanical structure of an integrated magnetic field sensor installed in a plastic housing,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Ausschnitts aus einem bekannten, zur Massenherstellung von integrierten Hallelementen verwendeten Leadframes mit mehreren montierten Halbleiterplättchen, 3 shows a plan view of a detail from a known leadframe used for the mass production of integrated Hall elements with a plurality of semiconductor chips mounted,

Fig. 4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäs-sen Anordnung, 4 shows a cross section of an arrangement according to the invention,

Fig. 5 eine Draufsicht der in der Fig. 4 dargestellten erfindungsgemässen Anordnung, 5 shows a top view of the arrangement according to the invention shown in FIG. 4,

Fig. 6 eine räumliche Darstellung einer ersten Variante der erfindungsgemässen Anordnung mitsamt einem Leadframe und 6 shows a spatial representation of a first variant of the arrangement according to the invention together with a lead frame and

Fig. 7 eine räumliche Darstellung einer zweiten Variante der erfindungsgemässen Anordnung mitsamt einem Leadframe. 7 shows a spatial representation of a second variant of the arrangement according to the invention together with a lead frame.

Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile. The same reference numerals designate the same parts in all figures of the drawing.

Ein zu messendes Magnetfeld H wird z. B., wie in der Fig. 1 dargestellt, mit Hilfe einer von einem Wechselstrom i durchflossenen Spule 1, die um einen ferromagnetischen Kern 2 gewickelt ist, in einem Luftspalt 3 des letzteren erzeugt. Der Wechselstrom i generiert dabei im ferromagnetischen Kern 2 einen Magnetfluss 4>. Ein Halbleiterplättchen 4, in dem ein Magnetfeldsensor integriert ist, ist im Luftspalt 3 des ferromagnetischen Kerns 2 angeordnet. Die Abmessungen des Querschnitts des letzteren sind in der Regel bedeutend grösser als die entsprechenden parallelen Abmessungen des Halbleiterplättchens 4. Aus diesem Grund werden bei Präzisions-Messungen vorzugsweise die beiden luftspaltseitigen Enden des ferromagnetischen Kerns 2 je mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten z.B. trichterförmigen Polschuh eines Magnet-fluss-Konzentrators aus ferromagnetischem Material versehen. Die beiden Polschuhe konzentrieren den im ferromagnetischen Kern 2 vorhandenen Magnetfluss <P auf je eine relativ kleine magnetfeldempfindliche Fläche des Halbleiterplättchens 4. Der Magnetfeldsensor ist vorzugsweise ein Hallelement. A magnetic field H to be measured is e.g. B., as shown in FIG. 1, with the aid of a coil 1 through which an alternating current i flows and which is wound around a ferromagnetic core 2, in an air gap 3 of the latter. The alternating current i generates a magnetic flux 4> in the ferromagnetic core 2. A semiconductor wafer 4, in which a magnetic field sensor is integrated, is arranged in the air gap 3 of the ferromagnetic core 2. The dimensions of the cross section of the latter are generally significantly larger than the corresponding parallel dimensions of the semiconductor die 4. For this reason, in precision measurements, the two ends of the ferromagnetic core 2 on the air gap side are preferably each provided with a e.g. funnel-shaped pole piece of a magnetic flux concentrator made of ferromagnetic material. The two pole shoes concentrate the magnetic flux <P present in the ferromagnetic core 2 onto a relatively small magnetic field-sensitive area of the semiconductor wafer 4. The magnetic field sensor is preferably a Hall element.

In der Fig. 2 ist ein aus der Integriertenschal-tungs-Technik bekannter mechanischer Aufbau eines in einem Kunststoff-Gehäuse 5 eingebauten Halbleiterplättchens 4 dargestellt. Das Halbleiterplättchen 4 ist mittels eines Klebers 6, eines Schweissvorgangs oder eines Lötvorgangs auf eine zugehörige Fläche 7 eines Anschlussträgerbands montiert und befestigt, welches nachfolgend als Leadframe 8 bezeichnet wird und aus blechförmi-gem metallischem Material besteht. Ausserdem sind als Bond-Drähte bezeichnete Verbindungsdrähte 9 vorhanden, die vorzugsweise feine Golddrähte sind. Die Verbindungsdrähte 9 sind, z.B. mittels Thermo-kompression, jeweils an einem ersten ihrer beiden Enden mit einer an der Oberfläche des Halbleiterplättchens 4 vorhandenen Kontaktfläche 10 und an einem zweiten ihrer beiden Enden mit einer Kontaktfläche 11 des Leadframes 8 elektrisch gut leitend verbunden. Nach der Montage des Halbleiterplättchens 4 auf dem Leadframe 8 und nach An-schluss der Verbindungsdrähte 9 wird das so realisierte Gebilde z.B. in Kunststoff vergossen zwecks Realisierung des Kunststoff-Gehäuses 5. FIG. 2 shows a mechanical structure, known from integrated circuit technology, of a semiconductor wafer 4 installed in a plastic housing 5. The semiconductor wafer 4 is mounted and fastened by means of an adhesive 6, a welding process or a soldering process to an associated surface 7 of a connection carrier tape, which is referred to below as the lead frame 8 and consists of sheet-shaped metallic material. In addition, there are connecting wires 9 referred to as bond wires, which are preferably fine gold wires. The connecting wires 9 are e.g. by means of thermal compression, in each case at a first of its two ends with a contact surface 10 present on the surface of the semiconductor die 4 and at a second of its two ends with a contact surface 11 of the leadframe 8 with good electrical conductivity. After the assembly of the semiconductor die 4 on the lead frame 8 and after connecting the connecting wires 9, the structure thus realized is e.g. encapsulated in plastic for the purpose of realizing the plastic housing 5.

In der Praxis werden zur Massenproduktion von integrierten Schaltungen auf einem Leadframe 8, der dann die Gestalt eines länglichen Blechstreifens besitzt, eine Vielzahl gleicher Halbleiterplättchen 4 montiert. In der Fig. 3 ist ein Teil der Draufsicht eines Leadframes 8 dargestellt, in dem zwei Flächen 7 und 7a sichtbar sind, auf denen je eines von zwei Halbleiterplättchen 4 und 4a montiert ist. Die Ver5 In practice, a large number of identical semiconductor chips 4 are mounted on a leadframe 8, which then has the shape of an elongated sheet metal strip, for the mass production of integrated circuits. 3 shows a part of the top view of a leadframe 8, in which two surfaces 7 and 7a are visible, on each of which one of two semiconductor chips 4 and 4a is mounted. The Ver5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

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45 45

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4 4th

bindungsdrähte 9 sind wegen der zeichnerischen Klarheit in der Fig. 3 nicht dargestellt. Sie sind jedoch bei jedem Halbleiterplättchen 4 bzw. 4a vorhanden. Wenn das Halbleiterplättchen 4 bzw. 4a nur ein Hallelement enthält, dann sind, wie in der Fig. 3 dargestellt, vier äussere Anschlüsse pro Halbleiterplättchen 4 bzw. 4a vorhanden, nämlich zwei Strom-Eingangsanschlüsse und zwei Sensor-Ausgangsanschlüsse. Wenn jedes Halbleiterplättchen 4 bzw. 4a in einem bekannten DIL-Gehäuse («Dual in Iine»-Gehäuse) montiert wird, dann hat jeder der vier äusseren Anschlüsse des Halbleiterplättchens 4 bzw. 4a die Gestalt eines Anschlussbeins 12, 13, 14 oder 15 bzw. 12a, 13a, 14a oder 15a, die innerhalb des Leadframes 8 elektrisch gut leitend mit je einer Kontaktfläche 11 des Leadframes 8 verbunden sind. Die Kontaktflächen 11 und die Anschlussbeine 12 bis 15 sowie 12a bis 15a werden mit allen ihnen zugehörigen, im Leadframe 8 vorhandenen elektrischen Verbindungen hergestellt, z.B. indem die zwischen ihnen vorhandenen Leerräume aus dem Blechstreifen, aus der der Leadframe 8 hergestellt ist, herausgestanzt oder herausgeätzt werden. Binding wires 9 are not shown in FIG. 3 because of the clarity of the drawing. However, they are present in each semiconductor die 4 or 4a. If the semiconductor die 4 or 4a contains only one Hall element, then, as shown in FIG. 3, there are four outer connections per semiconductor die 4 or 4a, namely two current input connections and two sensor output connections. If each semiconductor die 4 or 4a is mounted in a known DIL housing ("Dual in Iine" housing), then each of the four outer connections of the semiconductor die 4 or 4a has the shape of a connection leg 12, 13, 14 or 15 or 12a, 13a, 14a or 15a, which are connected within the lead frame 8 with good electrical conductivity to a respective contact surface 11 of the lead frame 8. The contact surfaces 11 and the connecting legs 12 to 15 and 12a to 15a are produced with all associated electrical connections present in the leadframe 8, e.g. by punching out or etching out the empty spaces between them from the sheet metal strip from which the leadframe 8 is made.

Nachdem alle auf dem Leadframe 8 montierten und mit Anschlussdrähten 9 versehenen Halbleiterplättchen 4, 4a, usw., mit je einem Kunststoff-Gehäuse 5 versehen sind, wird ein nicht mehr benötigter Teil 16 des Leadframes 8 entlang mehrerer Schnittlinien CD abgeschnitten. Gleichzeitig werden entlang mehrerer Schnittlinien EF einerseits die einzelnen verpackten Halbleiterplättchen 4, 4a, usw. mechanisch voneinander getrennt und anderseits die Kurzschlussverbindungen 8a, 8b, 8c, ..., 8g und 8h zwischen den Anschlussbeinen 12 bis 15 und 12a bis 15a aufgetrennt. Zum Magnetfeldsensor bzw. Hallelement gehören in der Regel noch andere elektronische Bauelemente, die alle zusammen z.B. eine integrierte Schaltung bilden. Im Fall einer integrierten Schaltung sind meistens mehr als vier Anschlussbeine 12 bis 15 bzw. 12a bis 15a pro Halbleiterplättchen vorhanden. Dabei sind dann vorzugsweise alle Anschlussbeine in zwei parallelen Reihen nebeneinander angeordnet. Bei der so erhaltenen verpackten Anordnung werden schliesslich noch alle Anschlussbeine um 90° gebogen zwecks Realisierung der bei einem DIL-Gehäuse («Dual in line package») üblichen Anschlussbeinen. After all of the semiconductor chips 4, 4a, etc. mounted on the leadframe 8 and provided with connecting wires 9 are each provided with a plastic housing 5, a part 16 of the leadframe 8 which is no longer required is cut off along a number of cutting lines CD. At the same time, the individual packaged semiconductor wafers 4, 4a, etc. are mechanically separated from one another along several cutting lines EF and, on the other hand, the short-circuit connections 8a, 8b, 8c, ..., 8g and 8h are separated between the connection legs 12 to 15 and 12a to 15a. The magnetic field sensor or Hall element generally also includes other electronic components, all of which together e.g. form an integrated circuit. In the case of an integrated circuit, there are usually more than four connecting legs 12 to 15 or 12a to 15a per semiconductor die. All connecting legs are then preferably arranged side by side in two parallel rows. In the packaged arrangement obtained in this way, all the connecting legs are finally bent through 90 ° in order to implement the connecting legs customary in a DIL housing (“dual in line package”).

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt IV—IV der in der Fig. 5 in einer Draufsicht dargestellten und in einem Gehäuse 18 verpackten erfindungsgemässen Anordnung. Die Fig. 6 und die Fig. 7 stellen jeweils eine erste und zweite Variante der erfindungsgemässen Anordnung dar nach ihrer Montage auf einem Leadframe 19, jedoch bevor ihrer Verpackung in dem Gehäuse 18. In den Fig. 4 bis 7 gilt aus Gründen der zeichnerischen Klarheit die Annahme, dass die erfindungsgemässe Anordnung in einem Gehäuse 18 aus durchsichtigem Material, z.B. aus durchsichtigem Kunststoff, untergebracht ist, so dass in der Zeichnung keine gestrichelten Linien erforderlich sind. FIG. 4 shows a cross section IV-IV of the arrangement according to the invention shown in a top view in FIG. 5 and packaged in a housing 18. FIGS. 6 and 7 each represent a first and second variant of the arrangement according to the invention after it has been mounted on a leadframe 19, but before it has been packaged in the housing 18. For reasons of clarity in the drawing, FIGS. 4 to 7 apply the assumption that the arrangement according to the invention in a housing 18 made of transparent material, eg made of transparent plastic, so that no broken lines are required in the drawing.

In der erfindungsgemässen Anordnung ist ein einen Magnetfeldsensor enthaltendes erstes Halbleiterplättchen 4 zwischen einem ersten und einem zweiten Polschuh 20 bzw. 21 eines schichtförmigen ferromagnetischen Magnetfluss-Konzentrators 20; 21 angeordnet. Ein nach der Herstellung der Anordnung in der letzteren verbleibender Teil des blech-förmigen ferromagnetischen Leadframes 19 (siehe Fig. 6 und Fig. 7) weist pro Polschuh 20 bzw. 21 je einen dem betreffenden Polschuh 20 bzw. 21 zugeordneten Zusatz-Polschuh 22 bzw. 23 auf. Ein zweites Halbleiterplättchen 24 ist grösser als das erste Halbleiterplättchen 4 und in einer parallelen Ebene zu den Zusatz-Polschuhen 22 und 23 auf die letzteren montiert, so dass ein Teil eines jeden Zusatz-Polschuhs 22 bzw. 23 jeweils eine von zwei Auflageflächen des zweiten Halbleiterplättchens 24 bildet. Auf eine vom Leadframe 19 abgewandte Seite 25 des zweiten Halbleiterplättchens 24 sind mindestens das erste Halbleiterplättchen 4 und die Polschuhe 20 und 21 des Magnetfluss-Konzentrators 20; 21 montiert und zwar so, dass einerseits das erste Halbleiterplättchen 4 in einem Luftspalt 26 zwischen zwei parallelen Kanten 27 und 28 der Polschuhe 20 und 21 des Magnetfeld-Konzentrators 20; 21 angeordnet ist und anderseits jeder Polschuh 20 und 21 des Magnetfeld-Konzentrators 20; 21, getrennt durch die Dicke des zweiten Halbleiterplättchens 24, den ihn zugeordneten Zusatz-Polschuh 22 bzw. 23 mindestens teilweise so überlappt, dass er mit dem letzteren und dem zweiten Halbleiterplättchen 24 lokal ein sandwichförmiges Gebilde bildet. Zwischen jedem Polschuh 20 bzw. In the arrangement according to the invention, a first semiconductor wafer 4 containing a magnetic field sensor is located between a first and a second pole shoe 20 or 21 of a layered ferromagnetic magnetic flux concentrator 20; 21 arranged. A part of the sheet-shaped ferromagnetic leadframe 19 (see FIGS. 6 and 7) that remains in the latter after the arrangement has been produced (see FIGS. 6 and 7) has one additional pole shoe 22 or 21 assigned to the respective pole shoe 20 or 21 23 on. A second semiconductor chip 24 is larger than the first semiconductor chip 4 and is mounted on the latter in a plane parallel to the additional pole pieces 22 and 23, so that a part of each additional pole piece 22 or 23 each has one of two contact surfaces of the second semiconductor chip 24 forms. On a side 25 of the second semiconductor chip 24 facing away from the leadframe 19, at least the first semiconductor chip 4 and the pole pieces 20 and 21 of the magnetic flux concentrator 20; 21 mounted in such a way that, on the one hand, the first semiconductor die 4 in an air gap 26 between two parallel edges 27 and 28 of the pole shoes 20 and 21 of the magnetic field concentrator 20; 21 is arranged and on the other hand each pole piece 20 and 21 of the magnetic field concentrator 20; 21, separated by the thickness of the second semiconductor chip 24, at least partially overlaps the additional pole shoe 22 or 23 assigned to it in such a way that it locally forms a sandwich-like structure with the latter and the second semiconductor chip 24. Between each pole piece 20 or

21 und seinem ihn zugeordneten Zusatz-Polschuh 21 and its associated pole piece

22 bzw. 23 existiert somit ein Zusatz-Luftspalt 29 bzw. 30, der mit Material des zweiten Halbleiterplättchens 24 gefüllt ist und dessen Länge L gleich einer relativ genau herstellbaren Dicke von annähernd 0,5 mm des zweiten Halbleiterplättchens 24 ist. Der Magnetkreis der Anordnung weist somit neben dem Luftspalt 26, in dem das erste Halbleiterplättchen 4 enthalten ist, noch mindestens zwei Zusatz-Luftspalte 29 und 30 je der Länge L auf. Er enthält ausserdem einen Teil des nach der Herstellung im Gehäuse 18 verbleibenden Teils des Leadframes 19, welcher letzterer somit aktiv die magnetische Kennlinie der erfindungsgemässen Anordnung mitbestimmt. Die drei Luftspalte 26, 29 und 30 sorgen für eine genaue und günstige Aufteilung des magnetischen Spannungsabfalls im Magnetkreis der Anordnung, indem der grösste Teil dieses Spannungsabfalls von äusseren, ausserhalb der erfindungsgemässen Anordnung gelegenen Luftspalten in das Innere der Anordnung verschoben wird. Dadurch wird der Magnetkreis gegen fabrikationsbedingte Abweichungen der Abmessungen der äusseren Luftspalte unempfindlicher. Ausserdem werden Justier- und/oder Abgleich-Arbeitsvorgänge bei der Montage der Anordnung erleichtert oder gar überflüssig. Auf der vom Leadframe 19 abgewandten Seite 25 des zweiten Halbleiterplättchens 24 können noch externe weitere elektrische Bauelemente montiert sein, wie z. B. ein Kondensator 31 (siehe Fig. 6). Der blechförmige ferromagnetische Leadframe 19 besteht vorzugsweise aus Permalloy, z.B. aus Mumetall, und ist mit einer elektrisch gut leitenden Schicht, z.B. aus Silber, bedeckt. 22 and 23 there is therefore an additional air gap 29 and 30, which is filled with material of the second semiconductor chip 24 and whose length L is equal to a relatively precisely producible thickness of approximately 0.5 mm of the second semiconductor chip 24. The magnetic circuit of the arrangement thus has, in addition to the air gap 26, in which the first semiconductor die 4 is contained, at least two additional air gaps 29 and 30, each of the length L. It also contains a part of the part of the lead frame 19 that remains in the housing 18 after manufacture, the latter thus actively determining the magnetic characteristic of the arrangement according to the invention. The three air gaps 26, 29 and 30 ensure an accurate and favorable division of the magnetic voltage drop in the magnetic circuit of the arrangement, in that the majority of this voltage drop is shifted from the outer air gaps located outside the arrangement according to the invention into the interior of the arrangement. This makes the magnetic circuit less sensitive to manufacturing-related deviations in the dimensions of the outer air gaps. In addition, adjustment and / or adjustment work processes during assembly of the arrangement are made easier or even superfluous. On the side 25 of the second semiconductor chip 24 facing away from the leadframe 19, further external electrical components can also be mounted, such as, for. B. a capacitor 31 (see Fig. 6). The sheet-shaped ferromagnetic lead frame 19 is preferably made of permalloy, e.g. made of mum metal, and is covered with an electrically highly conductive layer, e.g. made of silver, covered.

In einer ersten in der Fig. 6 dargestellten Varian- In a first variant shown in FIG.

5 5

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CH 683 469 A5 CH 683 469 A5

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te enthält das zweite Halbleiterplättchen 24 eine integrierte Schaltung, die vorzugsweise eine zum Magnetfeldsensor gehörende Verarbeitungselektronik beinhaltet. Wie bereits erwähnt wird die erfindungs-gemässe Anordnung vorzugsweise in einem Elektrizitätszähler verwendet zur Messung eines von einem elektrischen Strom erzeugten Magnetfeldes. In einem Einphasen-Elektrizitätszähler gehört z.B. zum Magnetfeldsensor eine Verarbeitungselektronik, die den gemessene Strom bzw. das gemessene Magnetfeld nach einer Multiplikation mit einer elektrischen Spannung zwecks Ermittlung einer gemessenen Leistung in eine der Leistung proportionalen Frequenz rechteckförmiger Impulse umwandelt zwecks anschliessender Zählung dieser Impulse zur Ermittlung einer gemessenen Energie. In der ersten Variante sind Bondverbindungen 32 zwischen mindestens einem der beiden Halbleiterplättchen 4 bzw. 24 und dem zugehörigen Teil des Leadframes 19 vorhanden. Vorzugsweise sind die Bondverbindungen 32, wie in der Fig. 6 dargestellt, ausschliesslich zwischen dem zweiten Halbleiterplättchen 24 und dem zugehörigen Teil des Leadframes 19 vorhanden. te, the second semiconductor die 24 contains an integrated circuit, which preferably contains processing electronics belonging to the magnetic field sensor. As already mentioned, the arrangement according to the invention is preferably used in an electricity meter for measuring a magnetic field generated by an electric current. In a single-phase electricity meter e.g. Processing electronics for the magnetic field sensor, which converts the measured current or the measured magnetic field after multiplication by an electrical voltage for the purpose of determining a measured power into a frequency proportional to the power of rectangular pulses for the subsequent counting of these pulses to determine a measured energy. In the first variant, bond connections 32 are present between at least one of the two semiconductor chips 4 or 24 and the associated part of the lead frame 19. As shown in FIG. 6, the bond connections 32 are preferably only present between the second semiconductor die 24 and the associated part of the lead frame 19.

In einer zweiten in der Fig. 7 dargestellten Variante ist das zweite Halbleiterplättchen 24 ein undotiertes Halbleiterplättchen, das keine integrierte Schaltung enthält. In einem Mehrphasen-Elektrizitätszähler sind mehrere Magnetfeldsensoren vorhanden, denen vorzugsweise eine gemeinsame Verarbeitungselektronik zugeordnet ist, die in einer getrennten in der Zeichnung nicht dargestellten integrierten Schaltung untergebracht ist. In diesem Fall beinhaltet das zweite Halbleiterplättchen 24 keine integrierte Schaltung und besteht dann vorzugsweise aus undotiertem Halbleitermaterial. In der zweiten Variante sind die Bondverbindungen 32, wie in der Fig. 7 dargestellt, vorzugsweise zwischen dem ersten Halbleiterplättchen 4 und dem zugehörigen Teil des Leadframes 19 vorhanden. Dabei besitzt das erste Halbleiterplättchen 4 zur Vereinfachung der Anschlüsse der Bondverbindungen z.B. einen in der Fig. 7 dargestellten aus dem Luftspalt 26 balkonartig herausragenden Teil 33. In a second variant shown in FIG. 7, the second semiconductor die 24 is an undoped semiconductor die which contains no integrated circuit. In a multi-phase electricity meter, there are several magnetic field sensors, which are preferably assigned common processing electronics, which are accommodated in a separate integrated circuit, not shown in the drawing. In this case, the second semiconductor die 24 does not contain an integrated circuit and then preferably consists of undoped semiconductor material. In the second variant, as shown in FIG. 7, the bond connections 32 are preferably present between the first semiconductor die 4 and the associated part of the lead frame 19. In order to simplify the connections of the bond connections, the first semiconductor die 4 has e.g. a part 33 protruding from the air gap 26 in the manner of a balcony as shown in FIG. 7.

Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl der erfindungsgemässen Anordnungen besteht darin, dass nach der Herstellung einer eine Vielzahl zweiter Halbleiterplättchen 24 enthaltenden Halbleiter-Scheibe, der sogenannten «Wafer»Scheibe, und noch vor deren Zerlegung in Halbleiterplättchen auf einem jeden zweiten Halbleiterplättchen 24 ein zugehöriges erstes Halbleiterplättchen 4, z.B. mittels des bekannten «Flip Chip»-Verfahrens oder eines Klebeverfahrens, sowie, z.B. mittels eines Klebeverfahrens, je ein zugehöriger erster und zweiter Polschuh 20 und 21 des betreffenden Magnetfluss-Konzentrators 20; 21 montiert werden. Gleichzeitig werden gegebenenfalls alle zwischen den beiden Halbleiterplättchen 4 und 24 benötigten elektrischen Verbindungen vorzugsweise mittels des «Flip-Chip»-Verfahrens realisiert, falls das zweite Halbleiterplättchen 24 mindestens ein integriertes elektrisches Bauelement enthält. Im «Flip Chip»-Verfahren sind Anschlusskontakte eines der beiden Halbleiterplättchen 4 oder 24, vorzugsweise des kleineren ersten Halbleiterplättchens 4, halbkugelförmig ausgebildet und werden im «Flip Chip»-Verfahren unter Wärme und mit Druck auf zugehörige Anschlusskontaktflächen des anderen Halbleiterplättchens 24 bzw. 4 aufgepresst, so dass gute elektrische Verbindungen zwischen allen zueinander gehörigen Anschlusskontakten der beiden Halbleiterplättchen 4 und 24 zustande kommen. Nach der Zerlegung der Halbleiter-Scheibe wird eine jede dadurch erhaltene, aus den beiden zugehörigen Halbleiterplättchen 4 und 24 sowie den beiden zugehörigen Polschuhen 20 und 21 bestehende Bauteile-Kombination 4; 24; 20; 21 mittels des bekannten «Pick- and Piace»-Verfahrens auf einen zugehörigen Teil des blechförmigen ferromagnetischen Leadframes 19 montiert mit anschliessender Herstellung, vor der Verpackung der Anordnung in dem Gehäuse 18, von elektrischen Verbindungen 32, z.B. in Gestalt von sogenannten Bond-Drähten, zwischen mindestens einem der beiden Halbleiterplättchen 4 bzw. 24 und dem zugehörigen Teil des Leadframes 19. A method according to the invention for producing a multiplicity of the arrangements according to the invention consists in the fact that after the production of a semiconductor wafer containing a multiplicity of second semiconductor wafers 24, the so-called “wafer” wafer, and before its disassembly into semiconductor wafers, an associated semiconductor wafer 24 first semiconductor chip 4, for example by means of the known «flip chip» method or an adhesive method, and, e.g. by means of an adhesive process, an associated first and second pole piece 20 and 21 of the magnetic flux concentrator 20 in question; 21 can be mounted. At the same time, if necessary, all the electrical connections required between the two semiconductor chips 4 and 24 are preferably implemented by means of the “flip chip” method if the second semiconductor chip 24 contains at least one integrated electrical component. In the “flip chip” method, connection contacts of one of the two semiconductor chips 4 or 24, preferably the smaller first semiconductor chip 4, are hemispherical and are formed in the “flip chip” method under heat and with pressure on associated connection contact surfaces of the other semiconductor chip 24 or 4 pressed on, so that good electrical connections are made between all the connection contacts of the two semiconductor chips 4 and 24 which belong to one another. After the semiconductor wafer has been disassembled, each component combination 4; obtained therefrom, consisting of the two associated semiconductor chips 4 and 24 and the two associated pole pieces 20; 24; 20; 21 mounted on an associated part of the sheet-shaped ferromagnetic leadframe 19 by means of the known “pick and place” method, with subsequent manufacture, before packaging the arrangement in the housing 18, of electrical connections 32, e.g. in the form of so-called bond wires, between at least one of the two semiconductor chips 4 and 24 and the associated part of the lead frame 19.

Das Gehäuse 18 ist vorzugsweise ein mittels eines «Transfer molding»-Verfahrens hergestelltes Kunststoffgehäuse, in dem während der Herstellung anlässlich der Verpackung der Anordnung der unter Druck vorhandene Kunststoff die beiden Halbleiterplättchen 4 und 24, die beiden Polschuhen 20 und 21 sowie die beiden, einen Teil des im Kunststoffgehäuse verbleibenden Teils des Leadframes 19 bildenden Zusatz-Polschuhen 22 und 23 jeweils in ihren Positionen zusammengepresst werden, so dass insbesondere die Zusatz-Luftspalten 29 und 30 eine genaue, durch die Dicke des zweiten Halbleiterplättchens 24 definierte Länge L besitzen. The housing 18 is preferably a plastic housing produced by means of a “transfer molding” process, in which the plastic present under pressure during the manufacture of the packaging of the arrangement comprises the two semiconductor chips 4 and 24, the two pole pieces 20 and 21 and the two, one Part of the additional pole shoes 22 and 23 forming part of the lead frame 19 remaining in the plastic housing are each pressed together in their positions, so that in particular the additional air gaps 29 and 30 have a precise length L defined by the thickness of the second semiconductor die 24.

Claims

1. Arrangement with a semiconductor plate (4) containing a magnetic field sensor, which is arranged between a first and a second pole piece (20 or 21) of a layered ferromagnetic magnetic flux concentrator (20; 21), characterized in that after the manufacture of the Arrangement in the latter remaining part of a sheet-shaped ferromagnetic leadframe (19) per pole piece (20 or 21) each has an additional pole piece (22 or 23) assigned to the respective pole piece (20 or 21), that a second semiconductor chip (24 ), which is larger than the other first semiconductor chip (4), is mounted on the latter in a plane parallel to the additional pole shoes (22, 23), that on a side (25) of the second semiconductor chip facing away from the leadframe (19) (24) at least the first semiconductor chip (4) and the pole shoes (20, 21) of the magnetic flux concentrator (20; 21) are mounted in such a way that, on the one hand, the first semiconductor plate (4) between two parallel edges (27, 28) of the pole shoes (20, 21) of the magnetic field concentrator (20; 21) and on the other hand each pole piece (20 or 21) of the magnetic field concentrator (20; 21), separated by the thickness (L) of the second semiconductor chip (24), the additional pole piece (22 or 23) assigned to it

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overlaps at least partially so that it locally forms a sandwich-like structure with the latter and the second semiconductor die (24).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the second semiconductor chip (24) is an undoped semiconductor chip.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the second semiconductor chip (24) contains an integrated circuit.

4. A method for producing a plurality of arrangements according to one of claims 1 to 3, characterized in that after a manufacture of a plurality of second semiconductor wafers (24) containing semiconductor wafer ("wafer" wafer) and before their disassembly into semiconductor wafers an associated first semiconductor wafer (4) and an associated first and second pole piece (20, 21) of the magnetic flux concentrator (20; 21) are mounted on every second semiconductor wafer (24) and that each after the semiconductor wafer has been disassembled Component combination (4; 24; 20; 21) obtained from the two associated semiconductor chips (4, 24) and the two associated pole pieces (20, 21) is mounted on an associated part of the sheet-shaped ferromagnetic leadframe (19) with a subsequent one Production, prior to packaging the arrangement in a housing (18), of electrical connections (32) between at least one of the two en semiconductor chip (4 or 24) and the associated part of the lead frame (19).

5. Use of the arrangement according to one of claims 1 to 3 in an electricity meter for measuring a magnetic field generated by an electric current.

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