CN102539882A - 磁场电流传感器 - Google Patents

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Abstract

实施例涉及磁场电流传感器。在一个实施例中，一种磁场电流传感器包括：半导体管芯，具有第一和第二相对的表面并且包括至少一个磁场感测元件；以及单一导体，包括足迹部分、第一和第二支柱部分以及第一和第二接触部分，第一支柱部分具有第一高度并且将第一接触部分耦合到足迹部分，第二支柱部分具有第一高度并且将第二接触部分耦合到足迹部分，第一高度是将足迹部分与第一和第二接触部分分开的单调竖直尺寸，并且足迹部分将导体耦合到管芯的第一表面，使得足迹部分基本上平行于管芯的第一表面且处于第一表面的周界内，并且第一和第二接触部分比第二表面更靠近第一表面。

Description

磁场电流传感器
技术领域
本发明通常涉及集成电路，并且更特别地涉及集成电路磁电流传感器。
背景技术
电隔离集成电路（IC）磁场电流传感器的希望的属性包括高的磁灵敏度；高的机械稳定性和可靠性；对芯片边界附近的霍尔传感器元件的低应力影响；高的热均匀性和低的热梯度；高的隔离电压；最小化的电迁移问题；以及低的制造成本。常规的电流传感器可以包括一个或多个特征或者以旨在解决这些希望的属性的方式制造。
例如，一些电流传感器使用引线框架作为电流引线。其他的电流传感器也包括磁芯。然而，这样的传感器可能制造起来是昂贵的。
其他的电流传感器包括附加的层，诸如硅管芯之上的特殊磁层或者隔离层上形成的厚金属层。这些传感器也是昂贵的，并且前者可能对干扰场是敏感的并且可能遭受与IC外部的电流引线的定位有关的缺陷。
因此，需要一种具有希望的属性同时最小化缺陷的电隔离IC磁场电流传感器。
发明内容
在一个实施例中，一种磁场电流传感器包括：半导体管芯，具有第一和第二相对的表面并且包括至少一个磁场感测元件；以及单一导体，包括足迹部分、第一和第二支柱部分以及第一和第二接触部分，第一支柱部分具有第一高度并且将第一接触部分耦合到足迹部分，第二支柱部分具有第一高度并且将第二接触部分耦合到足迹部分，第一高度是将足迹部分与第一和第二接触部分分开的单调竖直尺寸，并且足迹部分将导体耦合到管芯的第一表面，使得足迹部分基本上平行于管芯的第一表面且处于第一表面的周界内，并且第一和第二接触部分比第二表面更靠近第一表面。
在一个实施例中，一种磁场电流传感器包括：管芯，具有至少一个磁场感测元件；多个接触，设置在第一平面内并且耦合到管芯；导体，包括第一和第二接触部分，第一和第二接触被电气耦合且设置在与第一平面不同的第二平面内，并且导体耦合到管芯且与管芯电气隔离；以及模具主体，包封管芯、所述多个接触以及第一和第二接触部分。
附图说明
考虑以下结合附图的对本发明各个实施例的详细描述，可以更加完整地理解本发明，在附图中：
图1绘出了依照一个实施例的电流导体夹具；
图2A绘出了依照一个实施例的传感器部件；
图2B绘出了依照一个实施例的传感器封装；
图3A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图3B绘出了图3A的传感器部件的侧截面图；
图4A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图4B绘出了图4A的传感器部件的侧截面图；
图5A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图5B绘出了图5A的传感器部件的侧截面图；
图6以局部视图绘出了依照一个实施例的电流导体夹具的仿真结果；
图7绘出了磁场与图6的导体夹具的z位置的关系的仿真结果；
图8以局部视图绘出了依照一个实施例的电流导体夹具的仿真结果；
图9以局部视图绘出了依照一个实施例的电流导体夹具的仿真结果；
图10绘出了图9的导体夹具的通量密度的仿真结果；
图11以局部视图绘出了依照一个实施例的电流导体夹具的仿真结果；
图12以局部视图绘出了依照一个实施例的电流导体夹具的仿真结果；
图13A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图13B绘出了图13A的传感器部件的侧截面图；
图14A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图14B绘出了图14A的传感器部件的侧截面图；
图15为依照一个实施例的制造工艺的流程图；
图16为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图17为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图18为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图19为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图20为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图21为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图22为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图23为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图24为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图25为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图26为依照一个实施例的传感器封装的侧截面图；
图27为依照一个实施例的安装到PCB的传感器封装的侧截面图；
图28为依照一个实施例的安装到PCB的传感器封装的侧截面图；
图29为依照一个实施例的安装到PCB的传感器封装的侧截面图；
图30A绘出了依照一个实施例的安装到汇流条的传感器部件的侧截面图；
图30B绘出了图13A的传感器部件的顶视图；
图31A绘出了依照一个实施例的传感器部件的侧截面图；
图31B绘出了图31A的传感器部件的顶视图；
图32为依照一个实施例的夹具片状金属的顶视图；
图33为依照一个实施例的夹具片状金属的顶视图；
图34为依照一个实施例的夹具片状金属的顶视图；
图35为依照一个实施例的制造工艺的流程图；
图36A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图36B绘出了图36A的传感器部件的侧截面图；
图37A绘出了依照一个实施例的传感器部件的顶视图；
图37B绘出了图37A的传感器部件的侧截面图；
图38A为依照一个实施例的电流传感器部件的分解视图；
图38B为图38A的电流传感器部件的顶视图；
图38C为图38A和图38B的电流传感器部件的底视图；
图39为依照一个实施例的包括铜块的电流传感器的透视图；
图40为依照一个实施例的用于制造包括铜块的电流传感器的工艺的流程图；
图41为依照一个实施例的在切割之前安装到一块硅晶片上的铜块的透视图；
图42为依照一个实施例的耦合到硅管芯和导体的铜块的视图；
图43为依照一个实施例的传感器部件的局部侧截面图；
图44A绘出了依照一个实施例的电流传感器封装的顶视图；
图44B绘出了图44A的电流传感器封装的底视图；
图44C绘出了图44A和图44B的传感器的传感器部件；
图45A绘出了依照一个实施例的电流传感器封装的顶视图；
图45B绘出了图45A的电流传感器封装的底视图；
图45C绘出了图45A和图45B的传感器的传感器部件；
图46A为依照一个实施例的传感器部件的透视图；
图46B为图46A的传感器部件的半透明侧截面图；
图47为依照一个实施例的传感器部件侧截面图。
尽管本发明顺应各种修改和可替换的形式，但是其细节在附图中通过实例方式而示出并且将详细地加以描述。然而，应当理解的是，目的不在于将本发明限于所描述的特定实施例。相反，目的是覆盖落入由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和可替换方案。
具体实施方式
本发明涉及具有三维电流导体的IC磁场电流传感器。在实施例中，三维导体可以避免增大内部电阻的长的横向尺寸并且也可以被定位成更靠近管芯以便最大化传感器元件位置处的磁场。此外，由单件制造的三维电流导体可以减轻或者消除电迁移问题。实施例也可以保持电阻为低（诸如在一个实施例中约为大约100μΩ）并且提供良好的电隔离（诸如在实施例中高达大约10kV）。实施例也可以包括设置在不同的电平的低电压传感器引脚和电流接触。实施例由此可以以相对低的成本提供显著的电压隔离。
图1绘出了依照一个实施例的电流导体夹具100。在一个实施例中，夹具100包括中心或足迹部分102、第一支柱部分104、第一接触106、第二支柱部分108和第二接触110。
在一个实施例中，足迹部分102包括一个或多个切口112。可以在尺寸、形状和/或位置方面配置切口112以定形和放大通过夹具100且在磁场传感器附近的电流流动。在图1的实施例中，切口112为大约0.3mm × 大约0.5mm。如所绘出的，切口112的内端为圆形，尽管这在其他实施例中可以改变。在其他实施例中，切口112可以更长或更短、更窄或更宽、非对称，可以包括通过足迹部分102的孔径，或者可以具有某种其他配置。
足迹部分102通常这样确定尺寸和形状，使得它足够大以与它安装于其上的管芯形成良好的机械接触并且也在制造期间支撑夹具100而不使其倾斜（tip）或跌落，同时保持小于管芯，因为夹具100应当置于相距管芯的锯切边沿的足够横向距离处以便实现希望的或要求的电压隔离。在实施例中，电压隔离处于大约1kV至大约10kV的范围内，其中足迹部分102与管芯的锯切边沿分开大约0.1mm × 大约1mm。如图1中所绘出的，足迹部分102为大约1mm × 大约1mm。如果它安装于其上的管芯为例如大约2.7mm × 大约2.7mm，并且夹具100安装在近似中心处，则足迹部分102与管芯的锯切边沿之间的横向距离为大约0.85mm。因此，利用管芯之上的适当模具化合物，该距离足以耐受大约10kV的电压。
第一和第二支柱部分104和108将足迹部分102分别耦合到第一和第二接触106和110，并且与足迹部分102以及接触106和110成近似直角。在实施例中，第一和第二支柱部分104和108具有单调的高度，使得它们分别使第一和第二接触106、110与足迹部分分开竖直距离并且足够长以提供接触106和110与管芯的锯切边沿之间的足够距离，因为接触106和110中的一者或二者可以与锯切边沿重叠而不会不必要地增大夹具100中的电流路径长度。关于第一和第二支柱部分104和108的单调性质，夹具100仅在单个方向上从接触106和110延伸到足迹部分102，而不反转方向或者向上且然后向下弯曲。换言之，如果接触106和110处于第一高度并且足迹部分102处于第二高度，则描述高度与横向尺寸关系的函数在数学意义上是单调的，意味着它的导数不改变符号。
在图1的实施例中，夹具100的总体高度为大约0.7mm，其中厚度为大约0.2mm。因此，接触106和110与夹具100安装于其上的管芯（其在图1中未示出）的锯切边沿之间的竖直距离为大约0.5mm。然而，夹具100的高度不应当太大，因为这可能增大夹具100的电阻以及因而增大功耗和温度的影响。
在一个实施例中，接触106和110是相同的。接触106和110应当足够大以提供足够的表面并且希望地是比管芯大。因此，如图1中所绘出的，接触106和110可以与管芯（未绘出）的锯切边沿重叠并且为大约3mm × 大约1.2mm。
如前面所提到的，图1中的夹具100的厚度为大约0.2mm。夹具100应当足够厚以在组装期间以及在随后的器件操作期间确保机械稳定性。较厚的夹具也降低夹具的内部电阻。另一方面，夹具100的厚度由夹具的可制造性限制：夹具100被冲压和压制、弯曲或者以其他方式形成形状并且需要以合理的精确度这样做，这限制了总体厚度。此外，如果夹具100包括切口112，则切口112的宽度典型地等于或大于夹具100的厚度，而不管切口112是通过冲压、蚀刻还是某种其他方法而形成的。因此，在图1的实施例中，夹具100为大约0.2mm厚，其与所绘出的切口112的宽度相同。然而，对于大的电流范围，夹具100不需要包括切口112，并且切口112的省略可以简化制造且允许更厚的夹具，诸如在实施例中高达大约1mm或更大。
通常，夹具100包括为良好的电和热导体且无磁性的材料，诸如具有小于0.1%的铁磁杂质。有益的是，该材料足够柔软以有利于制造期间的冲压、形成、压制、修整和其他步骤。在一个实施例中，夹具100包括铜。在另一个实施例中，夹具100包括铝。
图2绘出了包括夹具100的传感器封装200。图2A绘出了模制之前的封装200，而图2B绘出了模制之后的封装220。
在图2A中，夹具100耦合到管芯202，该管芯进而耦合到基板或管芯桨板（paddle）203。在实施例中，管芯202通过粘合剂、焊膏或者某种其他适当的装置而耦合到管芯桨板203。管芯桨板203是传导基板，并且由于夹具100中的磁场可以在管芯桨板中感应涡流，因而在一个实施例中，管芯202制造得尽可能厚以最大化夹具100与管芯桨板203之间的距离。如所绘出的，夹具100耦合到管芯202的顶部，尽管在其他实施例中可以使用管芯202的底部。在一个实施例中，电隔离层204位于夹具100与管芯202之间。在图2A中也绘出了信号输出、地和电源电压参考引脚206a、206b和206c及相关的接合线208a、208b和208c以及两个电容器：信号引脚206a与接地引脚206b之间的210a和接地引脚206b与电源引脚206c之间的210b。
在图2B中，绘出了模制之后的传感器封装200。模具主体212包封传感器封装200的部件，其中接触106和110以及传感器引脚206a、206b和206c保持在模具主体212的外部。
图3绘出了夹具100和管芯202。图3A为顶部平面图，并且图3B为沿着图3A中所示的A-A’截取的横截面图。管芯202包括多个磁场传感器214a、214b和214c。在一个实施例中，磁场传感器214a、214b和214c为霍尔板，其对垂直于管芯202表面的磁场分量敏感。在一个实施例中，传感器214a、214b和214c的有效体积典型地为长度和宽度大约20μm至大约200μm且厚度小于大约10μm（诸如大约3μm）。为了移除偏移，利用自旋电流技术，诸如利用具有90度对称的几何结构的霍尔板。
磁场传感器214a、214b和214c在管芯202上置于这样的位置处：通过夹具100的电流例如沿着夹具100的边界经历极端值。如果夹具100包括一个或多个切口112，则磁场传感器214a、214b和/或214c的最佳位置临近切口112的端部，因为切口112造成强烈不均匀的电流密度并且因而磁场更加有效地定位在其端部附近。更多关于切口112和该效应的信息可以见于共同拥有的美国专利申请No.12/711471中，该美国专利申请通过引用全部合并于此。
如果磁场传感器214a、214b和214c的有效体积与夹具100的相对表面之间的距离是小的，诸如在实施例中大约5μm至50μm，则在一个实施例中有效体积的一半应当与夹具100重叠。在包括切口112的另一个实施例中，有效体积可以定位成主要地或者全部地临近切口112，使得只有小部分或者没有任何部分的磁场传感器214a、214b和/或214c与夹具100的传导材料重叠。
为了移除对磁场传感器214a、214b和214c的不希望的背景磁场影响，可以使用诸如共同拥有的美国专利申请No.12/630596中描述的高阶微分场测量，该美国专利申请通过引用全部合并于此。其实，磁场传感器214a、214b和214c不需要每一个都位于磁场极端处，尽管每一个经历强磁场可能是有利的。然而，在没有复杂的芯片设计和夹具100的增大的欧姆电阻的情况下，这并不总是可能的。因此，另一个可行的选项是将少于全部的磁场传感器214a、214b和214c定位在来自通过夹具100的电流的最大场点处。这样的配置是图3中所绘出的配置，其中磁场传感器214b关于切口112端部定位并且磁场传感器214a和214c定位在其任一侧关于夹具100中的电流流动方向在传感器214b之后和之前。
图4绘出了夹具100和管芯202的另一个实施例，其中磁场传感器214a、214b和214c的轴在管芯202的表面上旋转了90度。如图4A中可见，磁场传感器214a和214b之间的距离小于磁场传感器214b和214c之间的距离。在实施例中，这些距离可以任意地选择，使得磁场传感器214a、214b和214c的位置与由于夹具100中的电流引起的强磁场或极端磁场的一个或若干位置匹配。
为了与更高的电流范围兼容，夹具100省略了增大夹具100的电阻的切口112，如图5中所绘出的。磁场传感器214a、214b和214c的配置类似于图4中所绘出的实施例的配置，但是添加了第四磁场传感器214d。两个磁场传感器214b和214c设置在夹具100中间附近，并且磁场传感器214a、214b、214c和214d的信号可以如下组合：
总信号=(d-a)-3*(c-b)
其中a指的是磁场传感器214a的信号，b指的是磁场传感器214b的信号，等等，并且磁场传感器214a、214b、214c和214d等距地隔开。
如果磁场传感器214a、214b、214c和214d未等距地隔开，则每个信号乘以适当的缩放因子，诸如前面提到的美国专利申请No.12/630596中所描述的，该美国专利申请通过引用合并于此。
可以看到，至少一个优点涉及夹具100的实施例的多功能性和封装概念。夹具100的厚度、宽度、切口几何结构和/或其他特性的小变化可以调节或定制夹具100的电阻。此外，如图3-5中具体地图解说明的，也可以诸如通过经由专用的金属罩、熔丝、齐纳轰击（zapping）、诸如EEPROM之类的存储器或者以某种其他适当的方式选择希望的一个或多个传感器而定制磁场传感器的数量和配置以用于信号处理。也可以调节隔离硬度。例如，对于低隔离要求（诸如大约1kV），可以使用廉价的层，比如聚酰亚胺。对于更加适度的隔离（诸如大约4kV），可以使用更厚的聚酰亚胺或者薄的氮化物或氧化物。对于最大的隔离（诸如高达大约10kV），在一个实施例中可以使用诸如大约15μm厚的二氧化硅。因此，通常有可能以非常低的成本制造具有例如大约5A至大约500A的满量程电流范围的整个电流传感器系列。
图6绘出了夹具100的一个实施例的仿真结果。在该实施例中，只绘出了夹具100的一半并且省略了切口112。包括铜的夹具100耦合到汇流条602，该汇流条为大约5mm宽 × 大约1mm厚。夹具100的窄部分为大约1mm宽和大约0.2mm厚，通过其中的电流流线示于图6中。0V在夹具100的左侧限定，而0.5mV在汇流条602的右侧限定，并且电流为5.5365A。夹具100耗散的功率为4.2556mW，并且图6的实施例中的夹具100的电阻为140μΩ。夹具100之下50μm处的磁通量密度为大约2.05mT，或者大约370μT/A。在75A的全电流范围内，夹具100的每侧的磁场（B）为大约27.8mT。图6绘出了z=-50μm处的Bz场。夹具100的底面位于z=0mm处。在一个实施例中，诸如霍尔元件之类的磁场传感器将定位在该点之下大约20μm至大约50μm处。
图7绘出了夹具100的边沿附近（即在大约y=-0.5mm处）磁场的下降与z位置的关系。例如，如果z改变大约0.1mm，则磁场从大约2mT降低到大约1.5mT或者大约0.3%/μm。如果诸如由于温度变化或湿度的原因，粘合层以及夹具100的厚度变化，则竖直距离也可能变化，从而可能导致电流传感器校准中的误差。然而，由于厚度的绝对值也是小的，因而任何百分比的变化将相应地是小的。因此，鉴于所使用的薄层，材料膨胀不是一个显著的问题。
图8绘出了夹具100的另一个实施例的仿真结果，这次该夹具包括切口112。在该实施例中，切口112为大约0.2mm宽，使得在夹具100的最窄点处的用于电流的剩余横截面为大约0.5mm × 大约0.2mm，或者大约0.1mm2。电流为4.361A，并且夹具100中的耗散功率为3.56mW。在该实施例中，夹具100的电阻为大约187μΩ，其与高达大约53.5A的满量程电流相应。夹具100的足迹102之下50μm处且在切口112附近的磁场50为3mT，而夹具100的相对边沿附近的磁场仅为大约-2mT。如果诸如霍尔板之类的第一磁场传感器设置在切口112尖端附近且第二磁场传感器设置在足迹102的窄部分的另一侧，并且如果总信号计算为其间的差值，则结果为5mT/4.361A。如果每个磁场传感器具有50μT的随机残余偏移误差，则总信号中的偏移误差为大约71μT，并且信号对偏移的比率为大约16.2*A-1。因此，传感器的偏移误差为大约0.062A。图8的实施例也可以用于25A全范围，因为满量程磁场为大约20mT。比较其中夹具100包括切口112的图8的实施例以及省略了切口112的图6的实施例，图8的实施例中的磁场几乎为图6的实施例的磁场的两倍，而电阻的增大仅为187/140或者大约134%。
图9绘出了夹具100的另一个实施例的仿真结果，其中足迹部分102中的切口112包括孔径。这种配置可以适合于较低的电流，这时足迹部分102中的甚至更窄的收缩可能是有益的，并且相对于其中使用非常长的窄切口的实施例提供了优势，因为这种切口可能降低夹具100的机械稳定性。在图9的实施例中，足迹部分102的两个连接部分902具有大约0.08mm2的横截面。夹具100中的电流为大约4.43A，功耗为大约3.6mW，内部电阻为大约185μΩ，这可与上文中讨论的其他实施例相比较。然而，磁场更低，其中极端为大约340μT/A。也参见图10。
如果诸如在图5的实施例中使用了四个磁场传感器且将其定位在y=-0.6mm、-0.2mm、0.2mm和0.6mm处，则总信号为大约10.2mT。如果每个磁场传感器具有50μT的随机残余偏移，则信号中的总体偏移为大约224μT，并且信号偏移比率为10.3*A-1。因此，图9的实施例的偏移误差为大约0.1A。通常，与具有比足迹部分102的至少半宽度更长的切口的实施例相比，足迹部分102中具有孔径902的图9的实施例具有大约相同的电阻、多60%的偏移误差、更好的串扰抑制以及更大的机械稳定性。
在图11和图12中绘出了夹具100的另一个实施例，其中夹具100更厚，其可以适合于更高的电流。夹具100也更宽，诸如在接触区域106和110处大约5mm并且在足迹部分102处大约2.3mm。夹具100可以耦合到大约2mm × 大约3.5mm的管芯，其中横向分隔距离为大约0.5mm。在该实施例中，电流为大约16.42A并且功耗为大约9.74mW，其中内部电阻为大约36μΩ。这样的实施例可以适合于至少大约277A的电流范围。对于152μT/A而言，夹具100的足迹部分102之下50μm处的磁场在16.42A处为大约2.5mT，或者在277A处为大约42mT。如果使用了以大约2.5mm的距离定位在足迹部分102的左边和右边的两个磁场传感器，则得到的信号为大约304μT/A。如果每个磁场传感器的随机残余偏移为50μT，则传感器的偏移误差为大约71μT，其等效于大约0.23A或者277A的满量程电流的0.084%。夹具100的汇流条与接触部分之间的焊接接点的电流密度为大约100A/mm2至大约300A/mm2。
由于在该实施例中夹具100为400μm厚，因而不必要保持隔离层小于50μm厚。因此，如果管芯是薄的，诸如在一个实施例中为大约60μm，则有可能将夹具100附接到管芯的后侧。参见例如图13，该图绘出了管芯202的更薄的示例实施例。
在图13的实施例中，将隔离层204施加到管芯202的底侧，并且将磁场传感器214a、214b、214c和214d设置在管芯202的顶侧，如所描绘的。这提供了用于制造电流传感器的新前景，因为可以使用单个引线框架，其包括传感器的夹具100以及引线（参见例如图2）。这可以通过利用仅仅一个固化工艺以将管芯202附接到夹具100而简化制造。此外，足迹部分102可以更大，因为夹具100与接合线（参见例如图2）之间存在小的短路风险或者不存在短路风险，因为它们现在在管芯202的相对侧。管芯202上的接合焊盘的放置应当被选择成使得接合焊盘由夹具100的足迹102支撑。如果接合焊盘将在管芯202的周界附近，其如前面所提到的那样可以在夹具100上延伸，则在线接合工艺期间的力可能损坏或破坏管芯202。
图14绘出了夹具100和管芯202的另一个实施例，其包括两个磁场传感器214a和214b。在图14A中可见，磁场传感器214a位于夹具100的中心而磁场传感器214b位于更靠近夹具100的边沿。该实施例说明了高程度的对称性不是必要的，并且磁场传感器不需要关于夹具100的中心线对称。
如在图14中那样将两个磁场传感器设置成比夹具100的宽度更紧密地在一起的优点包括：更好地排斥背景磁场；由于管芯附接工艺期间的不精确性而引起的小的位置公差对总信号的较小影响；以及其中可经由数值仿真技术发现的、磁场强度较少依赖于频率的夹具100下面的位置的潜在可用性。然而，一个缺点是来自通过夹具100的电流的较小磁场。然而，通常，如果可以牺牲一定的灵敏度，则可以增大系统的磁带宽。
图15为如上文中所讨论的传感器封装的实施例的示例性制造工艺1500的流程图。在1502处，提供具有传感器引脚和增高的管芯桨板的引线框架。在一个实施例中，管芯桨板具有比管芯更小的表面面积，使得管芯的锯切边沿沿着其周界超出管芯桨板至少大约数十毫米。
在1504处，提供管芯。在一个实施例中，该管芯可以具有大约60μm的厚度，尽管这在其他实施例中可以改变。
在1506处，在管芯桨板与管芯的底侧之间提供绝缘层。在一个实施例中，在切割管芯之前，在晶片级的半导体制造工艺期间将绝缘层施加到管芯表面。在实施例中，该绝缘层也可以包括陶瓷、瓷料或玻璃小板或者KAPTON箔。在一个实施例中，绝缘层比管芯桨板更大，或者甚至比管芯更大，以确保管芯桨板与管芯的锯切边沿之间的电压隔离。
在1508处，利用间质隔离层将管芯耦合到管芯桨板。在实施例中，耦合是通过粘合剂、焊接或者某种其他适当的装置。管芯的顶侧包括磁场传感器和接合焊盘并且比距管芯底侧更远地与管芯桨板隔开。
在1510处，将接合焊盘耦合到引线框架的引脚。在一个实施例中，该耦合是通过接合线。
在1512处，利用模具化合物诸如通过传递模制来包封管芯以及传感器引脚的部分。
在1514处，在一个实施例中，从引线框架切割不包括接地引脚的传感器引脚，并且从引线框架切割用于电流夹具的两个接触中的至少一个。执行电流传感器的下线（end-of-line）测试和校准，并且切割传感器封装与引线框架之间的剩余连接。
依照实施例，各种定制也是可能的。例如，如果希望改变焊接接点与磁场传感器之间的距离，则可以使接触加长。如果焊接接点需要镀镍，则可能有必要这样做，所述镍是有磁性的并且因此可能影响磁场以及因而影响电流传感器的校准。镍的磁性可以例如通过与磷形成合金而降低，或者可以横向移动镀镍表面，直到它们关于磁场传感器元件以及关于磁场增大的区域足够远。
也存在用于配置电流接触和传感器引脚的许多可能性。在图16中，传感器封装200被配置用于通孔应用，并且在图17中用于表面安装应用。在图16和图17的实施例中，管芯桨板203被配置成使得传感器引脚206处于与管芯202大约相同的高度，从而使得可以使接合线208基本上平坦以便使支柱部分104和108尽可能短。这在表面安装应用中可能是特别有帮助的，在所述表面安装应用中接合线“潜入”夹具接触的下面。在图16的实施例中，接触106和110不与支柱部分104和108成直角；相反，接触106和110为支柱部分104和108的延伸，其延伸通过模具主体212。
在图18中，与图16的实施例相比，夹具100旋转了90度，以便提供夹具100的接触106、110与传感器引脚206之间的更大的爬电（creepage）距离以及更显著的间隙。图19绘出了关于图17实施例的夹具100的类似旋转。
如图20和图21中所绘出的，可以在封装200的相同表面上或者在不同的表面上可访问接触106和110以及传感器引脚206。可以例如将这种封装200安装在印刷电路板（PCB）的孔中，其中可从PCB的顶侧访问传感器引脚206并且可从PCB的底侧访问夹具接触106、110。该PCB可以用来增大传感器引脚206与夹具接触106、110之间的爬电距离和间隙距离。在实施例中，在PCB的底侧可以安装系统的高电流轨线和电力器件，而将控制和低电压部件安装在PCB的顶侧。
在其他实施例中，电流接触106、110可以如图22中所绘出的那样从模具主体212突出，或者可以如图23中所绘出的那样与模具主体齐平，作为所谓的“无引线”封装。在图22的实施例中，突出接触106、110可以固定到栓接或者超声焊接到汇流条或者以其他方式适当耦合的电流轨线。
在实施例中，支柱部分104和108不需要配置为关于管芯202的表面成90度。然而，更接近90度的角度可以诸如通过压制片状金属而更容易制造。垂直于管芯202表面的支柱部分104、108的另一个优点在于，支柱部分104、108于是更短，这可以最小化足迹部分102与接触部分106和110之间的电阻和热阻。又一个优点是接触部分106和110之间的间隔的更小的横向尺寸，这可以节省空间、增大生产期间的每带的器件数量并且因而降低制造成本。
图24绘出了其中支柱部分104和108不垂直于管芯202表面而是处于靠近90度的角度的实施例。例如，在各种实施例中，α可以处于大约50度至大约130度的范围内。通常，α应当被选择成使得夹具100与管芯202之间的电介质强度最大化，其中要考虑两条电介质击穿路径：通过模具主体212体积的路径以及沿着模具主体212到隔离层204的界面的路径。后者经常更弱；因此它典型地应当更长。在图24中，体积贯穿（bulk breakthrough）被图解说明为E与C之间的距离，而沿着界面的贯穿被图解说明为E与F之间的距离。
参照图25，如果在管芯202的表面上存在典型地不被绝缘层覆盖的接合焊盘，并且如果存在也不被绝缘膜涂敷的接合线208，则足迹部分102与管芯202边沿之间的距离E-F不是电介质击穿的最坏情况，相反，F与最近的接合线208之间沿着模具主体212与隔离层204之间的界面的距离以及C与最近的接合线208之间通过模具主体212的距离是最坏的情况。
为了增大夹具100与接合线208和接合焊盘之间的电压隔离，可以在接合焊盘与引线之间安装了接合线208之后施加喷涂隔离，诸如苯并环丁烷（BCB）。此外或者可替换地，可以利用电介质隔离膜来涂敷面向接合线208和接合焊盘的夹具100表面。
在图26中，夹具100包括足迹部分102，该足迹部分在与管芯202接触的点处包括细长的体积，其将电流路径的长度降低至最小值。在严格的数学意义上，足迹部分102与隔离层204之间的接触在图26的实施例中不再是区域，而是在特定长度（夹具100的宽度）上延伸到图26的绘图平面中的接触线。然而，夹具100的足迹部分102仍然可以被认为平行于管芯202的表面，因为所述接触线在数学的意义上平行于该表面。给定足迹部分102的窄配置，实施例可选地可以包括诸如支撑螺柱2602之类的（一个或多个）支撑结构以支撑管芯202。在各种实施例中，支撑结构或螺柱2602可以是导电的或者绝缘的。
参照图27，如果夹具100耦合到管芯202的背侧，则可以在倒装芯片配置中利用引线框架203上的焊接凸点218接触管芯202。在实施例中，管芯202应当是薄的，因为磁传感器元件214在管芯202之上并且夹具100在管芯202之下。封装200可以包括围绕其周界的肩部220以诸如在插入到PCB 222中时帮助改善顶部与底部之间的电压隔离。在图27中，也包括封装200与PCB 22之间的密封边缘226，其可以降低夹具100与传感器引脚之间的爬电。例如也可以将密封膏或油脂和粘合剂施加到PCB 222的边缘。焊接接触224将引脚206耦合到PCB 222的迹线。
在另一个实施例中，如在图28中那样省略了肩部220，使得模具主体212与PCB 222中的孔配合。在图28的实施例中，传感器封装200包括将引脚206耦合到PCB 222的支架230。在一个实施例中，支架230在焊接接触224处耦合到PCB 222的顶面。假定密封是沿着封装200周界上的边缘226，则在诸如图28的实施例中，当与包括肩部220的图27的实施例相比较时，模具主体212与PCB 222中的孔之间需要更紧密的公差。
在图29中绘出了另一个实施例，其中PCB 222被配置成使得如在图27中那样在模具主体212上无需肩部，并且封装200位于PCB 222的凹口内。密封边缘226位于封装200的顶面处，其中传感器引脚206位于内部。焊接接点232将引脚206耦合到PCB 222。
因此，通常，电流传感器的实施例受益于电流接触与接触引脚之间的良好的隔离。即使模具化合物和具有高电介质强度的隔离层实现了良好的隔离，接触与引脚之间的间隙距离以及爬电仍然可能带来挑战。标准化规则通常要求特定尺寸，这在大于大约5kV的应用中可能导致大的封装。然而，在实施例中，如果传感器封装可以提供两个平面，一个用于电流接触并且另一个用于低电压引线的引脚，其间具有某种形式的密封，则在实施例中，在将传感器封装安装到诸如PCB之类的模块中之后，该封装可以非常小，其中满足了爬电和间隙要求。在实施例中，该封装也可以包括用于在组装工艺期间将封装机械耦合到PCB的某种装置，诸如带或夹具。
参照图30，绘出了夹具100的另一个实施例。如果电流流线无需在尖锐转角周围弯曲，则可以降低夹具100的电阻，但是外部汇流条240（引入的）和242（引出的）典型地比夹具100宽得多，导致不可避免的电流流线弯曲。潜在间断的区域在图30中被圈出，其中图30A为侧透视图并且图30B为顶视图。
用于减少或消除间断的一个选项是以恒定角度降低汇流条240、242和夹具100的宽度，在图31中绘出了其一个实施例。图32绘出了在将夹具100的片状金属101形成到夹具100中之前的片状金属。竖直黑线表示片状金属101沿着其弯曲以形成夹具100的边沿。细虚线表示虚拟圆圈，其限定片状金属101的边沿以便避免电流线中的急剧弯曲。在图32的实施例中，足迹部分102省略了切口112。图33和图34绘出了片状金属101的可替换形状，其中图34的实施例提供了最小的电阻。通常，圆圈的半径应当大于夹具100的高度，该高度为接触区域106或110与管芯顶面之间的竖直距离。圆圈也可以退化成椭圆。
在操作时，重要的是夹具100保持安全地耦合到管芯202。为了实现安全的耦合，实施例可以使用粘合剂、焊接或者某种其他适当的技术。关于焊接，可以使用足迹部分102与管芯202表面之上的金属层之间的扩散焊接。在实施例中，该金属层可以通过包括聚酰亚胺、二氧化硅或者氮化硅的电介质隔离层与管芯202的其余部分隔离，并且通常仅仅用于与没有电气功能的粘合有关的机械用途。
然而，在实施例中，该片上金属层可以用于夹具100关于管芯202的对准。由于半导体制造工艺的高精确度，该片上金属层典型地关于管芯202非常精确地对准。如果将夹具100焊接到该层，则焊料可以通过其表面张力的作用而将稍微离心安装的夹具100拖曳到片上金属层的中心。
由于足迹部分102的面积是小的，因而可能在组装期间带来挑战。例如，施加到夹具100底部和/或管芯202顶部的焊接膏或粘合剂的粘合力可能太小而不能在焊料或粘合剂诸如固化之后形成全部强度之前将夹具100保持在适当的位置。因此，在实施例中，可能有利的是不将单独的夹具100附接到单独的管芯202，而是将若干夹具100设置在第二引线框架中。依照常规的半导体制造工艺将管芯202附接到第一引线框架，并且然后将第二引线框架置于第一引线框架之上。图35为依照这样的实施例的制造工艺3500的实施例的流程图。
在3502处，将粘合剂施加到第一引线框架的管芯桨板。
在3504处，将半导体管芯置于管芯桨板上。固化粘合剂。
在3506处，通过接合线将传感器引脚耦合到接合区域。
在3508处，将粘合剂施加到管芯和/或夹具的足迹部分。
在3510处，将具有夹具的第二引线框架置于具有管芯的第一引线框架上。在一个实施例中，这被实施成使得夹具的足迹部分置于管芯顶面上的磁场传感器元件处或其附近。在另一个实施例中，第一和第二引线框架也可以经由辅助装置例如沿着其圆周框架相连接。这在处理过程期间每带的所有器件的足迹的累加面积太小而不能承受机械负荷的情况下可能是有帮助的或者必要的。除别的以外，这些附加的装置可以包括：机械器具，诸如铆钉或螺帽；化学接头，诸如胶合或焊接；或者物理接头，例如点焊。固化管芯与夹具之间的粘合剂。
在3512处，模制模具主体。
在3514处，完全地或者仅仅在电流输入或输出侧冲压第二引线框架的夹具。也冲压除了第一引线框架的接地引脚之外的传感器引脚。如果希望或者需要其中在电流轨线与传感器引脚之间施加若干kV的电压的隔离测试，则可以冲压传感器的所有低电压引脚，使得到主导体的连接不存在。如果器件是大的，则可以省略或者仅仅部分地执行步骤3514，其中在3518处执行全冲压。
在3516处，执行传感器器件的下线测试和校准。
在3518处，冲压剩余的传感器引脚以切割传感器器件。
如果夹具的接触部分在与足迹部分的尺寸相比时是大的，特别是如果足迹部分因为其包括一个或多个切口以对电流路径定形而在机械上易碎，则将非传导支撑结构添加到夹具可能是有帮助的或者必要的。在实施例中，这可以例如为附接到接触部分的粘合箔、或者在塑料封装中可以模制夹具耦合之后足迹部分的不与隔离层接触的那些部分。
在其他实施例中，夹具包括多层，诸如接触层和足迹层。在实施例中，每层可以与片状金属分开地冲压并且通过焊接或熔焊（诸如UV焊接）进行耦合。在另一个实施例中，接触层从片状金属冲压，而足迹部分诸如经由电解沉积而电生长在接触层之上。这避免了诸如焊料之类的其他材料并且可以建立各层之间的全表面接触，从而避免点焊。优点包括接触之间的甚至小于层厚度的更小的分隔距离、以及两个层具有不同厚度的可能性。层厚度对于电压隔离是重要的，因为足迹部分的厚度与在接触的底面与管芯表面之间的竖直距离相等。此外，电流密度与接触的厚度与汇流条的厚度的比率有关。如果汇流条是厚的并且接触是薄的，则电流倾向于竖直地流经接触的中心部分，导致如图36中所绘出的电流密度分布在焊接区域中心附近的强峰值。汇流条602与接触部分106和110的接触层之间的焊接层3602中的高电流密度的区域也被图解说明。
如果汇流条602比接触层更薄，则包括横向流经接触层的电流，这降低了汇流条602与接触层之间的焊接层3602中的过高的电流密度，因为电流在焊接层3602上更均匀地散布。如图37中所绘出的，电流密度在焊接层602中几乎均匀。
在实施例中，接触部分106和100可以与管芯202上的接合焊盘重叠或不重叠。在这些各种实施例中，可以为了足够的竖直距离和隔离而调节接合回路的长度、高度和其他特性。在一个实施例中，接触层的厚度可以小于或大于足迹层的厚度以便将焊接层602中的峰值电流密度拖曳出竖直中心平面。
在图38中绘出了另一个实施例，其中封装200被配置用于插入到PCB中的孔中，汇流条在PCB的第一（高电压、高电流）侧并且传感器引脚206在PCB的第二（低电压、低电流）侧，其间具有密封环。图38A为夹具100、加强模具3802、隔离层204、管芯202、接触焊盘和传感器引线206的分解视图。在实施例中，加强模具3802包括适当的绝缘材料，诸如在一个实施例中为模具化合物材料。
夹具100可以由接触层形成，其中每个接触部分106和110分开地冲压。然后，可以将接触部分106、110安装到模具腔体中，其中浇铸加强模具3802以填充部分106与110之间的间隙。然后，可以在顶部上电解生长包括足迹部分102的足迹层。然后，可以安装管芯202，其中隔离层204介于其间。在一个实施例中，该制造以接触层固定在框架中来执行。然后，可以将框架置于另一个模具工具中以利用模具主体212覆盖管芯202，这示于图38B中。
在实施例中，根据足迹部分102中的切口212的配置、接触和足迹层的厚度和配置以及接触表面的尺寸，这样的器件可以适合于大约5A至大约500A或更大（诸如大约1000A）的范围内的电流。在实施例中，电压隔离可以高达大约10kV，其中爬电距离通过封装200插入其中的PCB的重叠部分进行设计。
在图39中绘出的无磁芯磁电流传感器的另一个实施例中，用铜块3900代替夹具100。包括铜块3900的实施例可以带来优点，包括具有低电阻、可靠近磁传感器元件定位同时与管芯的锯切边沿隔开并且制造相对廉价，这部分地归因于与常规半导体制造技术的兼容性。
图40绘出了用于制造铜块3900的实施例的工艺4000。在一个实施例中，使用大约400μm厚的铜晶片。
在4002处，在铜晶片的第一侧形成凹槽网格。在实施例中，凹槽通过蚀刻或锯切来形成。对于400μm厚的晶片而言，凹槽可以大约100μm深。
在4004处，将现在被开槽的铜晶片的第一侧耦合到硅晶片。在实施例中，通过焊接、胶合或者某种其他适当的装置而将铜晶片耦合到硅晶片。在实施例中，硅晶片可以包括隔离层，铜块耦合到该隔离层上。在一个实施例中，隔离层包括氧化硅并且为大约12μm厚。
在4006处，在铜晶片的第二侧形成凹槽网格。在其中铜晶片为400μm厚的实施例中，凹槽为300μm深并且与在铜晶片的第一侧形成的第一凹槽网格对准，使得框架结构可以被释放和丢弃，从而在硅晶片的表面上留下隔开的铜块阵列。在一个实施例中，每个铜块为大约1.9mm × 大约1.9mm × 大约0.4mm，尽管在其他实施例中这些尺寸可以改变。
在4008处，可选地在剩余的铜块中形成凹槽。在一个实施例中大约300μm深和大约100μm宽、但是在其他实施例中具有其他深度的这样的凹槽可能有助于在低电流应用中增大电流密度。在一个实施例中，凹槽用锯切刀片形成。
在一个实施例中，诸如如果无需保持铜块3900与管芯的锯切边沿之间的横向距离，则可以组合4006和4008。这可以适合于具有低电压隔离要求的实施例。
在这一点上，在一个实施例中，结构是如图41中所绘出的，其中多个铜块3900具有安装到硅晶片3904上的凹槽3902。隔离层3905在晶片3904上形成。
在4010处，可以清洁接合焊盘3906（图41）并且切割单独的芯片3910。这可以在一个或多个步骤中执行，图40中绘出的特定顺序只是一个非限制性实施例。在一个实施例中，在切割之后，每个芯片或管芯3910为大约2.8mm × 大约2.5mm × 大约0.5mm，并且每个铜块3900具有到隔离层3905的边沿，即到管芯3910的锯切边沿或者到接合线（图39）的标称周界为大约300μm的间隙，其中带被保留用于接合焊盘3906。在一个实施例中，该带为大约200μm。
图39中绘出的实施例可以是诸如图44C中所示的完整传感器的一部分，其中顶面暴露在封装之外。这样的实施例适合于高达大约30A的电流，但是由于电迁移问题而可以限制为高于该范围。
在4012处，可以诸如图42中所绘出的那样将铜块3900耦合到引线框架3912。在一个实施例中，引线框架3912可以为大约0.4mm厚。耦合可以通过胶合、焊接或者其他适当的装置来实现。例如，在一个实施例中，通过大约10μm厚的大约一层导电膏或管芯附接而将铜块3900耦合到引线框架3912。
在4014处，可以在引线框架3912和铜块3900上施加铜涂层。在一个实施例中，在引线框架3912和铜块3900上均匀地电镀大约50μm厚的铜涂层。该铜涂层在每个方向上使在块3900与硅管芯3910的锯切边沿及接合焊盘3906之间的距离降低大约50μm，而引线框架3912变厚大约100μm。凹槽3902的深度和宽度也降低。
图43绘出了图42的结构的放大的局部横截面图，其中铜涂层示于3914处。铜块3900与引线框架3912之间的焊料3916在电镀之前彼此附贴，但是对于电流运送而言是不必要的，因为电气接触由铜涂层3914制成。因此，焊料3916不影响电迁移。
在另一个实施例中，如果使凹槽3902通过块3902，则铜块3900可以包括两个不同的部分。诸如铝或者电力铜之类的金属层可以在下面形成，并且如果与块3902接触的话，也被电镀，包括在块3900的各部分之间。在该实施例中，可以生长任意薄层并且根据需要也横向地图案化该任意薄层。
实施例和工艺4000的优点包括比常规解决方案更精确地且更廉价地生产结构，这部分地归因于可以使用整个硅晶片并且可以在晶片级更精确地形成所述结构。特别地，可以实现精确的位置公差。
在实施例中，其他的变型也是可能的。例如，可以将铜块耦合到晶片的前侧、背侧或者两侧。铜块的顶侧可以准备用于焊接，尽管电迁移于是可能变成限流器。可以诸如通过焊接将形成引线框架的部分的大的接触耦合到铜块的顶侧。这可以在封装组装期间执行。如果使用了扩散焊接，则焊接接点可以容忍更高的电流密度，诸如高达大约60A。大的接触也可以由导电胶或其他焊料耦合并且至少部分地涂敷以确保诸如在电镀槽中与铜块的良好的电气接触。在实施例中，涂层为大约10μm至大约50μm厚，并且包括良导体，诸如铜。
如前面所提到的，铜块3900可以代替夹具100。因此，包括铜块3900的用于电流感测应用的实施例也可以包括至少一个磁场传感器。实施例也可以包括放大器和信号调节电路系统。磁场传感器可以包括霍尔平板，其可以设置在铜块的笔直或弯曲的边沿附近以及在铜块的具有最小横截面面积（以及因而最高电流密度）的部分附近。
在4008之后，可以改为诸如通过胶合而将管芯耦合到管芯桨板或者引线框架，其中然后利用施加的模具化合物和接合线在引线与接合焊盘之间制成连接。
在图44中绘出了一个示例实施例。图44A为模具主体4400和传感器引线4402的顶视图。图44B为模具主体4400和传感器引线4402的底视图，其中铜块3900可见。图44C省略了模具主体，使得可以看见管芯3904和管芯桨板4404以及将接合焊盘3906耦合到引线框架4408的接合线4406。
在图44B中，可以看出凹槽3902填充有模具化合物以在将接触（块3900的暴露的表面）焊接到汇流条、PCB或者其他结构时避免短路。在一个实施例中，可以通过首先利用厚刀片形成凹槽3902并且然后利用薄刀片更深地锯切而在封装的表面使得凹槽3902更宽。在另一个实施例中，凹槽3902也可以通过蚀刻并且然后锯切（或者以相反的顺序）而形成。
图45绘出了另一个实施例，其中大的接触耦合到铜块。类似于图44，图45A为顶视图，图45B为底视图，并且图45C省略了模具主体。在一个实施例中，大的接触4500可以是引线框架的一部分，使得单独的管芯桨板不是必要的。在实施例中，这可以增大传感器的带宽。如果接触4500通过诸如扩散焊接之类的具有高熔点的焊接技术进行耦合，则焊接接点的电迁移限制也比图44实施例的更高。类似于图44的实施例，接触4500之间的间隙4502填充有模具化合物以避免短路，但是在间隙宽度足够的情况下可以不填充延伸超出模具主体4400的间隙4502的部分。
参照图45C，在实施例中，接合线4406的高度尽可能低以保持接触4500与模具主体4400表面之间的距离更大。因此，在一个实施例中，线4406向下弯曲，使得其顶点为与管芯3904上的接合焊盘大约相同的高度。
接触4500的厚度可以类似于传感器引线4402的厚度，这可以降低引线框架4408的价格。在一个实施例中，引线框架包括具有非常低（诸如小于0.1%）的铁含量的铜。然而，铜块3900的优点在于，它可以由具有低电阻率的高纯度铜制成以便降低传感器的耗散和自发热。
如前面在各种上下文中且关于本文通篇讨论的各种实施例所提到的，导体与（一个或多个）磁场传感器之间的距离也是重要的，因为该距离在传感器的寿命内保持稳定这一事实。常规的解决方案经常使用半导体制作期间制造的薄导体层，这些薄导体层在寿命内具有明确限定的位置并且通常是稳定的。然而，薄导体是限流器。用于更高电流应用的其他常规解决方案使用粘合剂、胶、模具化合物或者其他材料来将导体固定到管芯。尽管这样的配置可以处理较高的电流，但是固定材料较不稳定，易受湿气、因长期暴露于高温而引起的化学反应以及其他可能改变材料厚度并且从而影响传感器精确度的因素的影响。
因此，例如在其中使用了大块导体的高电流应用中，实施例可以利用焊接技术来耦合主导体和半导体管芯。在实施例中，焊料不是用来携带电流，而是建立导体与具有磁场传感器元件的半导体管芯之间的机械连接，其中电流在导体中流动。因此，导体关于（一个或多个）磁场传感器元件的相对位置仅由诸如半导体、金属、陶瓷、玻璃、瓷料、焊料等等之类的无机高稳定材料确定。
参照图46，在一个实施例中，在半导体管芯4604上形成绝缘层4602。在实施例中，绝缘层4602是无机的，并且可以包括氧化硅、氮化物或者某种其他适当的材料。金属层4606（图46B）在绝缘层4602上形成并且可以包括铜、铝或者某种其他适当的材料。可以形成和/或制备金属层4606，使得它是可焊接的，例如在封装组装工艺中可焊接到金属部分。在一个实施例中，可以在前端半导体制造期间形成绝缘层4602和金属层4606二者。
在制造期间切割出单独的半导体管芯4604之后，可以在金属层4606处将每一个管芯4604焊接到主导体4608。在图46所绘出的实施例中，导体4608包括夹具。该夹具可以包括单个金属件或者诸如上文中所讨论的其他配置。在其他实施例中，导体4608可以包括其他配置，诸如上文中讨论的铜块。因此，这里将不详细地讨论夹具的特定配置，改为参照上文中关于各种实施例的讨论。
特别地参照图46B，可以看到绝缘层4602和金属层4606。绝缘层4602可以是绝缘的且无机的，其中无机有益于避免湿气吸收或者以其他方式改变其成分或尺寸。在实施例中，绝缘层4602包括二氧化硅、氮化物或者某种其他适当的材料。金属层4606位于绝缘层4602上，使得层4606不接触管芯4604并且是电浮动的。在一个实施例中，金属层4606包括铝、铜或者某种其他适当的材料，并且被抛光，使得层4606是可焊接的。类似于上文中讨论的夹具实施例，导体4608的足迹部分4610通过金属层4606处的焊接而机械耦合到管芯4604。在实施例中，导体4608比金属层4606小并且金属层4606足够厚以避免来自可能的制造结果（包括导体4608上的毛刺）的破坏或者其他影响。
在图47中绘出了另一个实施例，其中半导体管芯的表面的一部分由无需与管芯电气隔离的金属板或金属层覆盖。图47为用于方便图解说明的部分分解视图。在图47的实施例中，可焊接金属板4702耦合到管芯4704的表面，该管芯在管芯4704的顶侧或底侧包括磁场传感器元件4706。金属板4702被配置成耦合到金属板4708，这些金属板耦合到绝缘板4710的表面。绝缘板4710进而通过金属板4712耦合到电流轨线或导体4714。接合线4716可以经由接合焊盘直接耦合到管芯4704和/或通过板4710顶面上的迹线间接耦合到管芯4704，并且然后耦合到（图47中未绘出的）引线框架的引线。
在实施例中，绝缘板4710包括陶瓷、玻璃、瓷料、硅或者某种其他适当的材料。绝缘板4710可以比管芯4704大并且因此也可以提供更可靠的电压隔离。此外，在实施例中，板4710无需为完全平坦的，因为板4710可以通过蚀刻或者某种其他技术确定外形（profile），使得其周界区域或者部分比中心区域更厚或更薄。例如，在其中管芯4704置于板4710中心的实施例中，板4710的更厚的周界部分可以提供增大的电压隔离。在这样的实施例中，金属层4708不应当延伸到该更厚的周界部分。
在图47的一个实施例中，金属层4702位于管芯4704的背侧，并且诸如磁场传感器元件4706之类的电子器件位于管芯4704的相对前侧。然后，可以经由在前侧的接合焊盘通过接合线4716耦合到管芯4704。在另一个实施例中，金属层4702如诸如磁场传感器元件4706之类的电子器件那样位于管芯4704的前侧，并且管芯4704被倒装芯片式安装到绝缘板4710上。可以经由细导电迹线4708和接合线4716制成到管芯4704的接触。
将金属板或金属层4702、4708和4712制备成是可焊接的，并且在制造期间，可以在单个步骤或中或者在多个步骤中执行这些层4702、4708和4712的焊接。例如，在一个实施例中，可能希望的是在不同的温度下使用不同的焊接工艺连续地焊接。在实施例中，可以使用诸如扩散焊接之类的高温焊接，这是有利的，因为它可以是薄的并且随后可以容易地在较低温度下可焊接封装接触，其中导体4714关于管芯4704的位置保持稳定。
在实施例中，导体4714可以包括单一或多个部件，例如夹具和引线。然而，在管芯4704的表面处，导体4714包括单个部分。
本文描述了系统、器件和方法的各种实施例。这些实施例仅仅通过实例方式而给出，并不意在限制本发明的范围。而且，应当理解的是，已描述的实施例的各种特征可以以各种方式加以组合以产生许多附加的实施例。而且，尽管描述了用于与所公开的实施例一起使用的各种材料、尺寸、形状、配置和位置等等，但是可以利用除这些公开的以外的其他材料、尺寸、形状、配置和位置等而不超出本发明的范围。
相关领域的普通技术人员应当认识到，本发明可以包括比上面描述的任何单独的实施例中图解说明的特征更少的特征。本文描述的实施例并不意指其中可以组合本发明的各种特征的方式的详尽演示。因此，这些实施例不是特征的互斥组合；相反地，如本领域普通技术人员所理解的，本发明可以包括从不同的各个实施例中选择的不同的各个特征的组合。
上面通过引用对文献的任何合并受到限制，使得没有与本文的明确公开相反的主题被合并。上面通过引用对文献的任何合并进一步受到限制，使得文献中包含的权利要求没有通过引用合并于此。上面通过引用对文献的任何合并又进一步受到限制，使得文献中提供的任何定义都不通过引用合并于此，除非明确地包含在本文中。
为了解释本发明的权利要求，明确地意图的是，除非权利要求中记载了特定的措辞“用于……的装置”或“用于……的步骤”，否则不援引35 U.S.C.第六段第112节的规定。

Claims (28)

1.一种磁场电流传感器，包括：
半导体管芯，具有第一和第二相对的表面并且包括至少一个磁场感测元件；以及
单一导体，包括足迹部分、第一和第二支柱部分以及第一和第二接触部分，第一支柱部分具有第一高度并且将第一接触部分耦合到足迹部分，第二支柱部分具有第一高度并且将第二接触部分耦合到足迹部分，第一高度是将足迹部分与第一和第二接触部分分开的单调竖直尺寸，并且足迹部分将导体耦合到管芯的第一表面，使得足迹部分基本上平行于管芯的第一表面且处于第一表面的周界内，并且第一和第二接触部分比第二表面更靠近第一表面。
2.权利要求1的磁场电流传感器，其中导体包括在足迹部分中形成的至少一个切口。
3.权利要求2的磁场电流传感器，其中切口的端部具有半径。
4.权利要求2的磁场电流传感器，其中切口为大约0.3mm宽和大约0.5mm长。
5.权利要求2的磁场电流传感器，其中切口的宽度等于或大于导体的厚度。
6.权利要求1的磁场电流传感器，其中足迹部分的边沿以大约0.1mm至大约1mm的范围内的距离与管芯的第一表面的周界分开。
7.权利要求1的磁场电流传感器，其中第一和第二支柱部分近似垂直于足迹部分以及第一和第二接触部分。
8.权利要求1的磁场电流传感器，其中足迹部分将导体耦合到管芯的第一表面，使得第一和第二接触部分延伸超出以竖直距离分开的管芯第一表面的周界。
9.权利要求1的磁场电流传感器，其中足迹部分的将足迹部分耦合到第一表面的表面面积为第一表面的面积的至少大约25%。
10.权利要求1的磁场电流传感器，进一步包括足迹部分与管芯的第一表面之间的隔离层。
11.权利要求1的磁场电流传感器，其中足迹部分通过粘合剂或焊接膏之一耦合到第一表面。
12.权利要求1的磁场电流传感器，其中导体由片状金属形成。
13.权利要求12的磁场电流传感器，其中片状金属具有大约0.1mm至大约0.6mm的范围内的恒定厚度。
14.权利要求1的磁场电流传感器，其中所述至少一个磁场感测元件接近管芯的第一表面。
15.权利要求1的磁场电流传感器，其中所述至少一个磁场感测元件接近管芯的第二表面。
16.权利要求1的磁场电流传感器，其中足迹部分的横截面面积小于第一接触部分或第二接触部分的横截面面积。
17.权利要求1的磁场电流传感器，进一步包括包封管芯和导体的封装。
18.一种磁场电流传感器，包括：
管芯，具有至少一个磁场感测元件；
多个接触，设置在第一平面内并且耦合到管芯；
导体，包括第一和第二接触部分，第一和第二接触被电气耦合且设置在与第一平面不同的第二平面内，并且导体耦合到管芯且与管芯电气隔离；以及
模具主体，包封管芯、所述多个接触以及第一和第二接触部分。
19.权利要求18的磁场电流传感器，进一步包括环状密封，该环状密封被设置成邻近模具主体以防止第一和第二平面之间的沿着模具主体的表面的爬电电流。
20.权利要求19的磁场电流传感器，其中环状密封包括O形环。
21.权利要求18的磁场电流传感器，其中所述密封包括被配置用于安装在传感器模块中的肩部结构的至少一部分。
22.权利要求21的磁场电流传感器，其中传感器模块被配置成安装到印刷电路板。
23.权利要求18的磁场电流传感器，其中所述密封设置在第一和第二平面之间。
24.权利要求18的磁场电流传感器，其中所述密封设置在第一或第二平面之一内。
25.权利要求18的磁场电流传感器，其中所述多个接触将管芯耦合到引线框架。
26.权利要求18的磁场电流传感器，其中第一平面位于第二平面上方。
27.权利要求26的磁场电流传感器，其中管芯处于第一和第二平面之间。
28.权利要求18的磁场电流传感器，其中导体包括第一和第二支柱部分以及足迹部分，第一和第二支柱部分分别将第一和第二接触部分耦合到足迹部分。
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