CN104422811A - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器装置，其能够降低成本。该传感器装置包括印刷电路板、第一端子、第二端子、互连线和半导体装置。第一端子和第二端子设置在印刷电路板上并且耦接到电力线。第二端子耦接到电力线的相对于第一端子的下游部分。互连线设置在印刷电路板上以将所述第一端子和所述第二端子彼此耦接。换句话讲，互连线与电力线并联耦接。半导体装置安装在印刷电路板上并且包括互连层和形成在互连层中的电感器。

Description

传感器装置

相关申请的交叉引用

包括说明书、附图和摘要的、2013年9月5日提交的日本专利申请No.2013-184217的公开的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及传感器装置并且提供可应用于例如具有电感器的传感器装置的技术。

背景技术

用于测量经过电力线的电力的瓦特计使用电感器。流过电力线的电流量的变化改变由电力线产生的磁场的强度。按照磁场强度的变化，在电感器中产生电力。瓦特计监测电力，以检测在电力线中流动的电力的量。

一般地，瓦特计设置有磁芯。磁芯被成形为好像它包围了电力线一样。然而，日本未经审查的专利公开No.2011-185914公开了使用多层印刷电路板的无芯型电流传感器。在该公开中，多层印刷电路板设置有芯。该芯由多层印刷电路板中的两个不同互连层和耦接这些互连层的通孔形成。霍尔IC被嵌入芯内部。待检测电流流过芯。

发明内容

磁芯是用于增强对电力线的灵敏度。然而，磁芯造成传感器的大小增大并且还造成成本升高。上述公开中描述的方法不需要磁芯，但需要将霍尔IC嵌入多层印刷电路板中，因此不能充分地降低成本。本发明的发明人寻求一种可用的降低成本的新传感器装置结构。

通过本说明中的以下描述和附图，本发明的其它问题和新颖特征将变得清楚。

根据一个实施例，将半导体装置安装在电路板上。该半导体装置具有电感器。该电路板具有第一端子、第二端子和互连线。第二端子耦接到电力线的相对于第一端子的下游部分。互连线将第一端子和第二端子彼此耦接并且与电力线电并联地布置。

根据另一个实施例，将半导体装置安装在电路板上。该半导体装置具有多个电感器。该电路板具有第一端子、第二端子和多条互连线。互连线将第一端子和第二端子彼此耦接并且相互并联地布置。如在垂直于半导体装置的方向上观察的，电感器中的每一个与互连线中的不同的一条互连线相邻地设置。

上述实施例可以降低传感器装置的成本。

附图说明

图1示出根据第一实施例的传感器装置的构造；

图2是示出半导体装置中包括的半导体芯片的构造的截面图；

图3示出电路中包含的放大器单元和电感器之间的连接关系；

图4A示出两个电感器的卷绕方向的第一示例，图4B示出两个电感器的卷绕方向的第二示例；

图5是示出根据第二实施例的传感器装置的构造的平面图；

图6是示出图5的修改形式的平面图；以及

图7是示出根据第三实施例的传感器装置的构造的平面图。

具体实施方式

参照附图，以下将描述实施例。注意的是，在所有附图中，用类似的标号表示类似的组件，因此如果不是必要的话，将不重复对其的说明。

第一实施例

图1示出根据第一实施例的传感器装置SND的构造。根据实施例的传感器装置SND包括印刷电路板PCB、第一端子TER1、第二端子TER2、互连线PINC和半导体装置SD。第一端子TER1和第二端子TER2设置在印刷电路板PCB上并且耦接到电力线PL。第二端子TER2耦接到电力线PL的相对于第一端子TER1的下游部分。互连线PINC设置在印刷电路板PCB上，以将第一端子TER1和第二端子TER2彼此耦接。换句话讲，互连线PINC与电力线PL并联耦接。半导体装置SD安装在印刷电路板PCB上并且包括互连层和形成在互连层中的电感器IND。

根据第一实施例，在电力线PL中流动的电流的一部分经过互连线PINC。在电感器IND中，产生与互连线PINC周围产生的磁场的强度成比例的电压。由于互连线PINC形成在印刷电路板PCB上，因此互连线PINC和电感器IND之间的距离可以缩短。这样使得可以在没有磁芯的情况下增强传感器装置SND的灵敏度。另外，不需要将IC嵌入印刷电路板中，从而避免了制造成本升高。以下，将给出详细描述。

通过将半导体芯片放置在诸如中介层和引线框架的芯片安装部分上并且用密封树脂密封半导体芯片和芯片安装部分来制成半导体装置SD。半导体装置SD具有两个电感器IND。当在垂直方向上观察印刷电路板PCB时，互连线PINC的一部分(在图1中示出的这个示例中，第一部分PINC1)放置在两个电感器IND之间。互连线PINC的其它部分(在图1中示出的这个示例中，第二部分PINC2和第三部分PINC3)围绕两个电感器IND。

具体地，半导体装置SD具有分别与印刷电路板PCB的四条边平行的四条边。第一端子TER1和第二端子TER2设置在印刷电路板PCB的长边之一上。第一端子TER1通过互联线PINC的第二部分PINC2耦接到第一部分PINC1的一个端部。另一方面，第二端子TER2通过互联线PINC的第三部分PINC3耦接到第一部分PINC1的另一个端部。第二部分PINC2与第一部分PINC1围绕电感器IND中的一个，而第三部分PINC3与第一部分PINC1围绕另一个电感器IND。

在图1中的图示中，电感器IND具有大致矩形的轮廓。布置两个电感器，使得一个电感器IND的一边面对另一个电感器的一边。互连线PINC的第一部分PINC1位于这两条边之间。互连线PINC的第二部分PINC2沿着第一电感器IND的其它三条边延伸，而第三部分PINC3沿着第二电感器IND的其它三条边延伸。

互连线PINC例如形成在印刷电路板PCB的安装有半导体装置SD的表面上存在的互连层上。然而，互连线PINC可以形成在另一个互连层上或者可以跨多个互连层形成。

另外，半导体装置SD中包含的半导体芯片具有模拟电路和逻辑电路。这些电路用于操纵电感器IND中产生的电压并且包括例如放大单元AMP(将参照图3进行描述)。

图2是示出半导体装置SD中包含的半导体芯片的构造的截面图。半导体芯片由衬底制成。衬底SUB是例如硅衬底。衬底SUB具有晶体管TR和元件隔离区EI。元件隔离区EI将元件形成区与其它区域隔离开。例如，晶体管TR形成在元件形成区中。晶体管TR是例如逻辑电路LC的一部分。然而，晶体管TR可以是模拟电路AC的一部分。

多层互连层MINC形成在晶体管TR和元件隔离区EI上。多层互连层MINC具有内部布线WIR。内部布线WIR是用于构成逻辑电路LC的布线或电源布线。

多层互连层MINC包括多个互连层。互连层中的每一个具有其中形成内部布线WIR的子层和其中形成通孔VA(或接触件)的子层。在图2中示出的图示中，内部布线WIR嵌入构成互连层的绝缘膜。然而，内部布线WIR中的至少一个可以形成在构成互连层的绝缘膜上。另外，可以单独地或者一体地形成内部布线WIR和通孔VA。内部布线WIR是例如Cu或Al。通孔VA是例如Cu、Al或W。

电感器IND形成在与形成内部布线WIR的层相同的至少一层中。在图2中示出的图示中，通过使用多个互连层(具体地，从第二互连层或更高层中的任一个到最上层互连层下面一层的互连层)形成电感器IND。这样增加了电感器IND的匝数，从而增强了检测通过电感器IND产生的磁场的变化的灵敏度。

多层互连层MINC设置有屏蔽构件SLD。屏蔽构件SLD包围电感器IND，以防止电感器IND成为逻辑电路LC和模拟电路AC的噪声源并且防止逻辑电路LC成为电感器IND和模拟电路AC的噪声源。

更具体地，屏蔽构件SLD包括第一屏蔽构件SLD1、第二屏蔽构件SLD2、第三屏蔽构件SLD3和第四屏蔽构件SLD4。

第一屏蔽构件SLD1位于电感器IND和逻辑电路LC(或模拟电路AC)之间，而第二屏蔽构件SLD2经由电感器IND与第一屏蔽构件SLD1相对地定位。第一屏蔽构件SLD1和第二屏蔽构件SLD2二者都连续地形成为从在其中形成有电感器IND的互连层下面的互连层到其中形成有电感器IND的互连层上面的互连层。在任何互连层处，第一屏蔽构件SLD1和第二屏蔽构件SLD2都具有与其中形成有内部布线WIR的子层位于同一层上的金属层和与其中形成有通孔VA的子层位于同一层上的金属层。

第三屏蔽构件SLD3形成在位于其中形成有电感器IND的互连层上面一层的互连层中。第四屏蔽构件SLD4形成在位于其中形成有电感器IND的互连层下面一层的互连层中。第三屏蔽构件SLD3用于耦接第一屏蔽构件SLD1的最上层金属层和第二屏蔽构件SLD2的最上层金属层并且还从上方覆盖电感器IND。第四屏蔽构件SLD4用于耦接第一屏蔽构件SLD1的最下层金属层和第二屏蔽构件SLD2的最下层金属层并且还从下方覆盖电感器IND。电感器IND被第一屏蔽构件SLD1、第三屏蔽构件SLD3、第二屏蔽构件SLD2和第四屏蔽构件SLD4包围。

图3示出安装在半导体装置SD上的电路中包含的放大单元AMP和电感器IND之间的连接关系。在图3中示出的图示中，放大单元AMP是运算放大器。当电流流入互连线PINC中时，在电感器IND中的一个中产生正电压信号，而在另一个电感器IND中产生负电压信号。相比于只有一个电感器IND耦接到放大单元AMP的情况，将这两个信号输入放大单元AMP产生更高的输出。

图4A示出两个电感器IND的卷绕方向的第一示例。在图4A中示出的示例中，两个电感器IND以相同的方式卷绕。第一电感器IND的内部端部耦接到放大单元AMP的正输入端子，而第二电感器IND的内部端部耦接到放大单元AMP的负输入端子。另一方面，这两个电感器IND的外部端部接地。

图4B示出两个电感器IND的卷绕方向的第二示例。在图4B中示出的示例中，两个电感器IND以彼此相反的方向卷绕。第一电感器IND的内部端部耦接到放大单元AMP的一个输入端子(例如，负输入端子)，而第二电感器IND的外部端部耦接到放大单元AMP的另一个输入端子(例如，正输入端子)。另外，第一电感器IND的外部端部接地，第二电感器IND的内部端部也接地。

根据该实施例，流入电力线PL的电流的一部分经过互连线PINC。由于互连线PINC形成在印刷电路板PCB上，因此，互连线PINC和电感器IND之间的距离可以缩短。这样使得可以在没有磁芯的情况下增强传感器装置SND的灵敏度。另外，不需要将IC嵌入印刷电路板，从而避免了制造成本升高。

此外，互连线PINC在两个电感器IND之间延伸。由于在互连线PINC周围产生的磁场，导致这两个电感器IND分别感生出电动势。组合这两个电动势可以增加信号的强度，该信号代表流过电力线PL的电流量。

特别地，在这个实施例中，互连线PINC围绕两个电感器IND中的每一个。这种布置增加了检测电感器IND在互连线PINC周围产生的磁场的变化的灵敏度。

第二实施例

图5是示出根据第二实施例的传感器装置SND的构造的平面图。根据该实施例的传感器装置SND与第一实施例的传感器装置SND具有相同的构造，除了以下的内容之外。

首先，电力线PL被分成两个部分，上游部分和下游部分。其次，第一端子TER1耦接到电力线PL的上游部分，而第二端子TER2耦接到电力线PL的下游部分。换句话讲，互连线PINC用作电力线PL的一部分并且耦接电力线PL的上游部分和下游部分。

另外，印刷电路板PCB具有并联耦接的多条互连线PINC。每条互连线PINC耦接第一端子TER1和第二端子TER2。因此，流入各条互连线PINC的电流量小。因此，可以防止特定互连线PINC中的电流集中流动。

在印刷电路板PCB上存在多个半导体装置SD。均具有电感器IND的半导体装置SD分别布置在不同的互连线PINC附近。半导体装置SD具有逻辑电路，该逻辑电路通过对检测到的各个电感器IND的值进行求和(或者求平均)，产生代表流过电力线PL的电流量的信号。

在第二实施例中，如图6中所示，单个半导体装置SD包含多个电感器IND没有问题。

根据该实施例，流过电力线PL的电流被分配到多条互连线PINC。电感器IND中的每一个按照流过与电感器IND相邻的互连线PINC的电流量感生出电压。然后，半导体装置SD的逻辑电路对检测到的电感器IND的值进行求和，以产生代表流过电力线PL的电流量的信号。此外，电感器IND和互连线PINC之间的距离短。这样使得可以在没有磁芯的情况下增强传感器装置SND的灵敏度。另外，不需要将IC嵌入印刷电路板，从而避免了制造成本升高。

第三实施例

图7是示出根据第三实施例的传感器装置SND的构造的平面图。根据该实施例的传感器装置SND与第二实施例的传感器装置SND具有相同的构造，不同之处在于，在平面图中，互连线PINC包围电感器IND的外围。

在印刷电路板PCB的上面安装有半导体装置SD的表面(第一表面)上布线的互连线PINC部分穿过通孔布线到与第一表面相反的表面(第二表面)上。在平面图中，互连线PINC的在第二表面上布线的部分与互连线PINC的在第一表面上布线的部分相交。此布线允许互连线PINC没有间隙地包围半导体装置SD。

具体地，互连线PINC包括第四部分PINC4、第五部分PINC5和第六部分PINC6。第四部分PINC4位于印刷电路板PCB的第一表面上并且具有耦接到第一端子TER1的一个端部。另外，第四部分PINC4包围半导体装置SD的四条边。第五部分PINC5位于印刷电路板PCB的第二表面上并且在平面图上与第四部分PINC4相交。第五部分PINC5的一个端部穿过通孔VA1耦接到第四部分PINC4的另一个端部。第六部分PINC6的一个端部穿过通孔VA2耦接到第五部分PINC5的另一个端部。第六部分PINC6的另一个端部耦接到第二端子TER2。

第三实施例还可以提供与第二实施例的效果相同的效果。另外，没有间隙地包围半导体装置SD的互连线PINC增强了检测由电感器IND在互连线PINC周围产生的磁场的变化的灵敏度。

本领域的技术人员还应该理解，尽管已经对本发明的实施例进行了以上描述，但本发明不限于此并且在不脱离本发明的精神和权利要求书的范围的情况下可以进行各种变化和修改。

Claims (5)

1.一种传感器装置，包括：

电路板；

第一端子，所述第一端子设置在所述电路板上并且耦接到电力线；

第二端子，所述第二端子设置在所述电路板上并且耦接到所述电力线的相对于所述第一端子的下游部分；

互连线，所述互连线设置在所述电路板上，将所述第一端子和所述第二端子彼此耦接，并且与所述电力线电并联地布置；以及

半导体装置，所述半导体装置安装在所述电路板上并且具有电感器。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述半导体装置具有两个电感器，并且

其中，当在垂直于所述半导体装置的方向上观察时，所述互连线的至少一部分在所述两个电感器之间延伸。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，

其中，当在垂直于所述半导体装置的方向上观察时，所述互连线包括：

第一部分，所述第一部分在所述两个电感器之间延伸；

第二部分，所述第二部分耦接到所述第一部分的一个端部并且围绕所述电感器中的第一个电感器的至少一部分；以及

第三部分，所述第三部分耦接到所述第一部分的另一个端部并且围绕所述电感器中的第二个电感器的至少一部分。

4.一种传感器装置，所述传感器装置包括：

电路板；

第一端子，所述第一端子设置在所述电路板上；

第二端子，所述第二端子设置在所述电路板上；

多条互连线，所述多条互连线设置在所述电路板上，将所述第一端子和所述第二端子彼此耦接，并且相互电并联地布置；

至少一个半导体装置，所述至少一个半导体装置安装在所述电路板上；以及

多个电感器，所述多个电感器至少设置在所述半导体装置上，

其中，当在与所述半导体装置垂直的方向上观察时，所述电感器中的每一个与所述互连线中的不同的互连线相邻地设置。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，

其中，当在与所述半导体装置垂直的方向上观察时，所述互连线中的每一条围绕所述电感器中的不同电感器。