CN114252679A - 电流传感器设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流传感器设备，包括：具有有源表面的硅衬底，第一感测区域，被设置在硅衬底的有源表面的第一边缘附近，第一感测区域包括至少一个第一磁感测元件和至少四个接触垫，第二感测区域，被设置在硅衬底的有源表面的第二边缘附近，第二边缘与第一边缘基本上相对，第二感测区域包括至少一个第二磁感测元件和至少四个接触垫，处理电路，被设置在硅衬底中，并经由线接合和/或再分布层与第一和第二感测区域的接触垫电连接，并被布置成用于基于从第一感测区域的至少一个第一磁感测元件接收到的信号得出第一信号，用于基于从第二感测区域的至少一个第二磁感测元件接收到的信号得出第二信号并用于计算第一和第二信号之间的差。

Description

电流传感器设备

技术领域

本发明总体上涉及集成电流传感器结构领域。

背景技术

传感器被广泛用于电子设备中以测量环境的属性并报告测量到的传感器值。具体而言，磁传感器用于例如在诸如汽车之类的运输系统中测量磁场。磁传感器可以包含霍尔效应传感器或磁阻材料，霍尔效应传感器生成与和通过导体或磁阻材料的电流相关联的所施加的磁场成比例的输出电压，磁阻材料的电阻响应于外部磁场而改变。

传统的基于霍尔效应元件的电流传感器在本领域中是众所周知的。霍尔效应是跨导电材料(诸如导线)产生的电压差(霍尔电压)，该电压差与材料中的电流并且与和电流垂直的所施加的磁场相交。电压差可以被测得，并且如果所施加的磁场是已知的，可以推断出导电材料中的电流。此类电流传感器可以被称为磁电流传感器。

另一种类型的传统电流传感器使用磁阻元件，磁阻元件响应于与通过导体的电流相关联的磁场而改变电阻。固定的电流被引导通过磁阻元件，从而生成与磁场成比例的电压输出信号。这种类型的传统电流传感器使用安装在电介质材料(例如电路板)上的各向异性磁阻(AMR)元件。

各种参数表征了电流传感器的性能，包括灵敏度和线性度。灵敏度与磁阻元件的电阻改变或霍尔效应元件响应于磁场改变的输出电压改变相关。线性度与磁阻元件的电阻或霍尔效应元件的输出电压与磁场成直接线性比例变化的程度有关。

在CMOS集成电路上实现的硅基霍尔传感器由于它们对集成的合适性已经被广泛采用。然而，该类型的解决方案的一个已知缺点是电流传感器结构的较差信噪比。

一种用于增加电流传感器结构灵敏度的已知的方法是使用在III-V半导体材料(例如GaAs)而不是Si上制造的霍尔效应元件。

因此，需要一种被设计成使得与目前市场上的现有技术的解决方案相比，获得了改善的灵敏度的电流传感器设备。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种电流传感器设备，该设备允许增加的信噪比，同时使制造成本得到控制。

上述目的通过根据本发明的解决方案来实现。

在第一方面中，本发明涉及一种电流传感器设备，该电流传感器设备包括：

-硅衬底，该硅衬底具有有源表面，

-第一感测区域，第一感测区域被设置在硅衬底的有源表面的第一边缘附近，第一感测区域包括由第一复合半导体材料制成的至少一个第一磁感测元件和至少四个接触垫，

-第二感测区域，第二感测区域被设置在硅衬底的有源表面的第二边缘附近，所述第二边缘与第一边缘基本上相对，所述第二感测区域包括由第二复合半导体材料制成的至少一个第二磁感测元件和至少四个接触垫，

-处理电路，处理电路被设置在所述硅衬底中，并经由线接合和/或再分布层与第一感测区域和第二感测区域的接触垫电连接，并被布置成用于基于从第一感测区域的至少一个第一磁感测元件接收到的信号得出第一信号，用于基于从第二感测区域的至少一个第二磁感测元件接收到的信号得出第二信号并用于计算第一信号和第二信号之间的差。

由于使用两个感测区域，每个感测区域包含至少一个磁感测元件，所提出的解决方案确实允许更高的灵敏度，并且因此实现更高的信噪比。这两个感测区域对于获得差分实现方式是有利的。而且，使用复合半导体材料的磁感测元件也有助于实现经改善的灵敏度。通过将两个感测区域定位在衬底的有源表面的相对边缘附近来增加磁场梯度。

在优选的实施例中，第一感测区域包括至少两个第一磁感测元件，并且第二感测区域包括至少两个第二磁感测元件。然后，第一感测区域和第二感测区域分别包括感测元件的集群。这使得该电流感测设备特别适合于减少热噪声和偏移漂移。

在一些实施例中，至少一个第一磁感测元件和/或至少一个第二磁感测元件被定位成使得与电流传感器设备的引线框架没有重叠。

优选地，第一复合半导体材料和/或第二复合半导体材料是III-V半导体材料。有利的是，第一复合半导体材料与第二复合半导体材料相同。

在优选的实施例中，第一感测区域的第一感测元件和第二感测区域的第二感测元件由非磁性半导体材料组成。在一些实施例中，硅衬底是非磁性材料。

在优选的实施例中，电流传感器设备是无芯的，意味着传感器设备不包括用于聚集磁场的任何材料。

在实施例中，第一复合半导体材料和/或第二复合半导体材料是非磁性半导体材料。

在本发明的电流传感器设备的有利实施例中，第一磁感测元件和/或第二磁感测元件是霍尔效应元件。

在一些实施例中，处理电路进一步被布置成用于借助于处理电路中的温度传感器，因而在硅衬底中确定温度信号，并且用于根据所确定的温度信号调整第一信号和/或第二信号。所测得的温度是硅衬底的温度。代替测量温度或除了测量温度之外，可以借助于在硅衬底的处理电路中提供的应力传感器来执行应力测量。

在本发明的实施例中，处理电路被布置成用于在计算第一信号和第二信号之间的差之前，基于温度信号和/或应力信号来调整第一信号和/或第二信号。

有利的是，至少两个第一磁感测元件相对于彼此被正交偏置和/或至少两个第二磁感测元件相对于彼此被正交偏置。

在本发明的实施例中，在硅衬底与第一感测区域之间以及在硅衬底与第二感测区域之间、更准确地、在硅衬底与相应的(多个)感测元件的衬底之间提供了粘合层。

在优选的实施例中，有源表面的第一边缘与第一感测区域的第一磁感测元件的最邻近边缘之间的距离小于第一边缘与基本和第一边缘相对的第二边缘之间的距离的15％。

在另一个方面，本发明涉及一种电流传感器系统，该系统包括封装和用于传导电流的导体，该封装包括如前所述的电流传感器设备，该导体位于包括电流传感器设备的封装之外。

在另一实施例中，电流传感器设备的至少两个第一磁感测元件和电流传感器设备的至少两个第二磁感测元件被布置在与电流方向垂直的方向上。

在一个实施例中，电流传感器设备的至少两个第一磁感测元件和电流传感器设备的至少两个第二磁感测元件被布置在与电流方向平行的方向上。

出于对本发明以及相对于现有技术所实现的优点加以总结的目的，以上在本文中已描述了本发明的某些目的和优点。当然，应当理解，不必所有此类目的或优点都可根据本发明的任何特定实施例来实现。由此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明能以实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点的方式来具体化或执行，而不必实现如本文中可能教导或建议的其他目的或优点。

从本文以下描述的(多个)实施例，本发明的以上和其他方面将是显而易见的，并且参考本文以下描述的(多个)实施例对本发明的以上和其他方面进行阐明。

附图说明

现在将参考各个附图通过示例的方式来描述本发明，其中类似的附图标记指代各附图中的类似的要素。

图1图示出本发明的电流传感器设备的实施例的俯视图，该实施例被设置在导体上方并包括两个感测集群。

图2图示出每个感测集群具有两个磁感测元件的实施例。

图3图示出电流感测设备的处理电路的实施例的框图。

图4图示出电流传感器设备的实施例，其中硬接线被应用。

图5图示出关于布线的更详细的视图。

图6图示出其中磁感测元件与电流方向平行布置的实施例。

图7图示出具有部分硬接线的另一个实施例。

图8图示出电流传感器设备的实施例，其中每个感测集群具有四个霍尔板。

图9图示出每个感测集群具有四个磁感测元件的另一个实施例。

图10图示出每个感测集群具有两个感测元件的实施例。

图11图示出包括电流传感器设备和导体的系统的实施例，该导体在包括电流传感器设备的封装之外。在图11a中，电流导体处于电流传感器设备的下方。在图11b的实施例中，电流导体被集成在印刷电路板中。图11c图示出倒装芯片布置。

具体实施方式

将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或以任何其他方式描述顺序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件、或其群组的存在或添加。因此，表述一种包括装置“A和装置B的设备”的范围不应当限于仅由组件A和组件B组成的设备。这意味着就本发明而言设备的唯一相关组件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语在“一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，但是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时一起被编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入本具体实现方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。

应当注意，在描述本发明的某些特征或方面时使用特定术语不应被当作暗示该术语在本文中被重新定义成限于包括该术语与其相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

本发明提出了一种高灵敏度的磁传感器设备，该高灵敏度的磁传感器设备允许测量至少两个感测区域的感测元件的磁场差(即用于执行梯度测量)，同时对均匀杂散磁场不敏感。

图1图示出传感器设备，该传感器设备在本示例性实施例中被定位在导体(70)的顶部，导体(70)在图中所指示的电流方向上传导电流。导体可以具有多个导体表面，并且可以是具有不同的电隔离材料层的层压结构，例如导电材料。该传感器设备包括硅片(2)，硅片(2)上被设置有两个感测区域(10,20)，每个感测区域包括半导体复合材料(例如III-V半导体)中的至少一个磁感测元件。该电流传感器设备包括硅衬底(2)，硅衬底(2)具有后侧(图1中不可见)和作为有源侧的前侧。该感测设备可以被设置在导体的导体表面上、直接在导体的导体表面上、在导体的导体表面上方、与导体的导体表面接触(例如，直接与导体的导体表面接触、在导体的导体表面上方、在导体的导体表面下方或与导体的导体表面相邻)。在一些实施例中，电流传感器可以相对于导体的中心偏移。感测区域被定位在硅衬底的有源表面的不同位置处：第一感测区域(10)被设置在衬底的有源表面的第一边缘(6)附近，并且第二感测区域(20)被设置在衬底的有源表面的基本上相对的边缘(6')附近。衬底通常具有矩形或正方形形状。如图1所示，第一感测区域(10)具有在衬底的有源表面的所述第一边缘(6)附近的边缘(7)。第二感测区域(20)在与第一边缘(6)相对的一侧处具有在有源表面的第二边缘(6)附近的边缘(7')。

在图1的实施例中，感测区域在与电流方向垂直的方向上间隔开，并沿所述垂直方向布置。感测区域被布置成与导体顶表面平行。在图1的实施例中，感测区域中的感测元件例如被布置成对与衬底垂直的方向上的磁场敏感。图1中的感测区域(10,20)具有矩形形状。在其他实施例中，感测区域可以是正方形的，但也可以设想其他替代形状。在优选的实施例中，每个感测区域(10,20)具有与硅衬底的面积相比相对较小(例如小于或等于衬底的有源表面的10％或5％或甚至1％)的表面，并包括一个或多个感测元件。尽管感测面积减少，但由于其放置在边缘附近，所提出的电流设备仍然提供了改善的灵敏度。

在一些实施例中，从衬底的有源表面的第一边缘(6)到第一区域(10)的最近边缘(7)的距离在所述第一边缘(6)与相对边缘(6')之间的距离L的5％或优选10％或15％之内。这对于从衬底的有源表面的第二相对边缘(6')到第二区域的最近边缘(7')的距离也是如此。在其他实施例中，定位而是按照从衬底的有源表面的相应边缘到感测区域中最近的感测元件(具体而言，到该感测元件的衬底)的距离来表达。例如，感测元件的III-V衬底的外边缘(7，7')随后在有源表面的相应最近边缘L的5％或优选10％或15％之内。然后感测元件的内边缘(8，8')例如在所述第一边缘(6)与相对边缘(6')之间的距离L的20％或优选25％或30％内远离有源表面的最近边缘。

如已经提到的，存在至少两个具有感测元件的感测区域。在一些实施例中，存在例如三个或四个感测区域。感测区域被设置在硅衬底的有源表面的边缘附近。在一些具有三个感测区域的实施例中，这些感测区域中的两个感测区域可以彼此靠近地被定位在衬底的同一边缘附近。在一些具有四个感测区域的实施例中，可能存在两个感测区域靠近一个边缘，并且另外两个感测区域靠近相对的边缘。然而，如技术人员将容易理解的那样，许多替代方案是可用的。

图1还示出电流传感器设备中所包含的集成电路的壳体(50)。该集成电路可以被设置在印刷电路板或其他布线衬底上。在一些实施例中，集成电路可以进一步包括集成磁聚集器(IMC)，以便能够感测与导体的表面平行的磁场。然而，在优选的实施例中，不需要聚集器或外部屏蔽件，并且该设备是无芯电流传感器。该传感器设备在本质上对外部场不敏感(因此，不需要屏蔽件)，并且足够敏感使得场不需要被聚集(因此，不需要聚集器)。没有屏蔽件和/或聚集器对降低装配成本是有益的。

感测区域中的感测元件具有半导体复合材料(例如III-V半导体)中的堆叠结构。该堆叠包括例如III-V半导体材料(包括GaAs)的衬底。

在一些实施例中，可以使用如例如巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器或例如感测平面内磁场的通量门之类的xMR磁传感器技术来代替霍尔效应元件和(可能的)IMC。如本领域通常已知，xMR磁传感器对与传感器表面平行的磁场作出响应，如与对与传感器表面垂直的磁场作出响应的霍尔效应传感器相反。

平面内的磁场可以与导体表面22平行，或者与导体表面22的平均高度平行，如果导体表面22不是平面的。在其他实施例中，使用垂直霍尔传感器。在其他实施例中，使用两轴或三轴磁场传感器(采用霍尔效应、AMR、GMR或任何其他合适的感测技术)。

在电流传感器设备的大多数优选实施例中，使用由复合半导体材料制成的霍尔效应感测元件。与基于xMR传感器的实施例或包括磁聚集器的实施例相比，它们具有的优点在于：例如，在导体中的高电流流过之后没有磁非线性(即没有滞后性)并且因此没有残留的偏移。这些实施例允许获得灵敏度，同时保持高线性度，这在xMR或具有集成磁聚集器的硅霍尔效应元件的情况下是不可能的。

在图2所图示出的实施例中，每个感测区域包括两个磁感测元件。然而，其他配置也是可能的，如将在本说明稍后呈现的实施例中变得明显。该硅衬底(2)在一些实施例中(如同例如在图2中)被设置在壳体上的、具有引线(25)的引线框架上，以建立集成电路与外部世界的连接。衬底的背侧随后面向引线框架。衬底的有源侧位于引线框架上方。引线框架可以进一步具有基座(图2中未示出)。在其他的实施例中，倒装芯片布置被实现，由此硅衬底被设置在引线框架上，但有源侧随后面向引线框架。在衬底的前侧，第一感测区域(10)位于在有源表面的第一边缘附近的第一位置处。第二感测区域位于硅衬底的、与第一位置不同的第二位置处，即在与有源表面的所述第一边缘相对的第二边缘附近。第二位置与第一位置在与电流方向垂直的方向上移位，如从图1中也可以看出。硅衬底包括处理电路，其中来自感测区域的信号被进一步处理(如本说明稍后所详述)。

每个感测区域包括一个或多个磁感测元件。第一感测区域的至少一个磁感测元件是第一复合半导体材料，并且第二感测区域的至少一个磁感测元件是第二复合半导体材料。在一些实施例中，第一复合半导体材料和第二复合半导体材料是相同的。复合半导体材料是由两种或更多种的要素制成。复合半导体的常见要素包括例如二元III-V材料(如GaAs、InP、InSb)，或三元合金(例如AlGaAs或InGaAs)。至少两个感测区域(更具体地，它们的感测元件)被耦合到硅衬底的有源表面。这种耦合可以以各种方式来实现，这些方式是为技术人员所熟知的。例如，在有利的实施例中，可以使用管芯附接胶，换句话说，在管芯之间(即在硅衬底与复合半导体衬底之间)应用粘合层，这引入了热隔离。然而，这种热隔离并不防止执行温度补偿。管芯附接胶层的厚度通常大于10μm，例如，在10-20μm的范围内。在转移印刷时，粘合剂的厚度可以更低，例如在0.5至5μm的范围内。

在优选的实施例中，感测区域各自包括多个感测元件，例如两个到四个元件，然后在感测区域的每个感测区域中形成感测元件集群。从感测元件得出的信号可以被组合，以便减少或消除来自霍尔电压的偏移电压。在优选的实施例中，这些信号在硅衬底的电子处理电路中被组合。在其他实施例中，每个集群内的感测元件的信号以直接电连接方式而被组合，即它们是硬接线的。

在如图2所示的优选实施例中，每个传感器区域包括被实现为霍尔板的两个或更多个磁感测元件(12,22)，每个霍尔板具有四个触点(14,24)。具有至少两个磁感测元件的集群的配置例如对于执行偏移消除是有利的。集群的两个或更多个霍尔板最优选地是正交偏置的。如本领域中所知，这意味着霍尔板的操作是基于对偶数数量的板进行配对并且对它们进行正交地偏置，使得获得正交电流方向。每个接触垫均电连接至处理电路。因此，在到集成电路的连接是独立进行的情况下，如图2的示例中每个感测区域中具有传感器集群并且每个集群具有两个霍尔板，总共具有16个接触垫。在一些实施例中，每个接触垫经由线接合连接至处理电路。在其他实施例中，磁感测元件可以在连接至集成电路之前被硬接线在一起。在每个集群具有两个霍尔板的示例中，使感测元件的一个集群的接触垫逐对地硬接线，从而得到每集群具有到处理电路的四个触点。由于使用硬接线，减少了触点的数量。

在实施例中，传感器设备包括再分布层(RDL)，用于将连接从感测区域(即从其中的感测元件)路由至硅芯片。此类RDL处理对于应用于薄衬底的情况特别有用。这通常伴随着使用转移印刷(涉及剥离工艺)，由此图案化被执行以使用标准光刻技术在衬底表面创建金属互连。

在图2中，感测区域在与电流方向(在图2中是Y方向)垂直的X方向上相对于彼此移位。在图2的示例实施例中，感测区域中的各种霍尔板沿X轴对齐。在其他实施例中，两个感测区域(10,20)之间在Y方向上可能存在一些偏移，尽管这在芯片面积方面上可能是较低效率的。在又其他实施例中，至少一个感测区域可以相对于x轴略微倾斜例如1°或3°或5°或7°或10°的角度。

所提出的配置提供的优点在于在每个感测区域内，可以以灵活和独立的方式应用偏置序列。如本领域所熟知，偏置序列用于执行电流旋转，由此激励信号被交替地施加到第一组触点和第二组触点中的一组触点，同时通过在两组触点之间突然切换恒定偏置电压或电流并读出另一组触点来检测另一组触点上的输出信号。例如，一个霍尔板中的电流旋转可以顺时针来完成，并且在集群的另一个霍尔板中逆时针来完成。在第二感测区域中(即在第二感测集群中)，偏置可以以不同的方向来完成。这允许选择在偏移减少和漂移方面得到最佳性能的序列。最佳序列可能取决于封装的类型(压力)、传感器的工作温度范围和应用。

被设置在硅衬底中的处理电路(30)被布置成用于接收来自相应感测区域中的一个或多个感测元件的信号。图3中提供了处理电路(30)的可能实现方式的框图。电路输入信号分别来自第一感测区域和第二感测区域中的第一感测元件和第二感测元件。在一些实施例中，来自第一感测区域(10)的信号与来自第二感测区域(20)的信号被分开处理。第一(34)信号和第二(36)信号分别被得出。差分计算装置(37)被提供以计算指示第一信号与第二信号之间的差(38)的信号。当被分开处理时，在差被计算出之前，来自第一区域和第二区域中的感测元件的信号可以被补偿。该补偿可以以不同的方式来实现。例如，相应感测元件的偏置电流可以被调节或感测元件之后的放大级增益可以被调节。替代地，信号可以被数字化，并在数字域中应用校正。在所有这些示例补偿方法中，在计算差信号之前进行补偿是有利的。通过以这种方式对传感器的灵敏度进行匹配，可以减少输出信号中偏移场的影响。如果灵敏度不匹配(即在取得差之前不被单独地调整)，那么差信号就会包含与失配和偏移场成比例的误差分量。偏移场可以是外部寄生场，或者在传感器相对于导体不中心对称(机械公差或自愿离轴)的情况下，由电流导体本身生成的偏移场。

在其他实施例中，第一信号和第二信号不被单独处理。例如，这些信号可被馈送到低噪声放大器，诸如，例如双差分放大器。然后在计算出两个信号之间的差之后对差信号进行补偿。然而，这不能得到上述在得到两个信号之间的差之前提供补偿时所获得的优势。

在有利的实施例中，处理电路进一步包括温度传感器(32)以测量电流传感器设备中的温度。由于处理电路被设置在硅衬底中，温度传感器被布置成用于测量衬底的温度。在这种情况下，在得出所述第一信号和所述第二信号时，将所测得的温度考虑在内是可能的。因此，在所得的差信号中也考虑到了温度。这可能是有利的，因为已知温度会影响电流传感器的灵敏度。代替温度传感器或除了温度传感器之外，应力传感器可以存在于硅管芯的处理电路中。

更具体地，补偿可以包括温度信息或应力信息，或既与温度有关又与应力有关的信息。在实施例中，温度和/或应力信号是分别利用一个或多个温度传感器和/或一个或多个应力传感器在硅管芯中被测得的。将温度传感器定位在硅衬底中的优点在于，堆叠的III-V管芯的尺寸被减少，因为III-V管芯中的温度传感器和接触垫不必使用任何区域。而且，还可以减少线接合的数量。进一步的优点在于由两个集群之间随温度变化的灵敏度失配而导致的差分信号误差可以被极大地减少。具体而言，第一集群内感测元件对温度和/或应力的依赖性可以与第二集群中感测元件对温度和/或应力的依赖性不同，因为第二集群位于第二感测区域中相对远离包含第一集群的第一感测区域的位置处。换句话说，在第一感测区域的第一集群内的元件的磁灵敏度可能会相对于第二感测区域的第二集群内的元件以不同的方式随着温度和/或寿命的变化而漂移。在计算出差之前对每个集群进行单独的信号补偿允许减少由于来自不同集群的感测元件之间的失配(特别是当它们具有不同的漂移特性时)而引起的误差。信号可以通过校正感测元件的偏置电流来进行校正(基于温度和/或应力)。所提出的解决方案也得到更具成本效益的设备。

图4图示出其中存在于每个感测区域(10,20)中的两个霍尔板被并联硬接线、使得集群内两个板之间的偏置电流或电压始终是正交的实施例。第二感测区域(20)中的第二集群可以利用与第一感测区域(10)中的第一集群相同的触点进行偏置，并且可以以相反的方向进行偏置(如图所示)。第二集群也可以利用另一对触点(未示出)进行偏置。同样，两个感测区域中的集群在X方向上相对于彼此移位。图5给出了图4的触点之间连接的更详细视图。需要两个再分布层，一个再分布层用于虚线所指示的连接，另一个再分布层用于实线所指示的连接。

在图6中，感测区域(10,20)内的两对感测元件与电流方向平行地被定向。此类设置提供的益处在于，在感测区域中形成感测集群的两个霍尔板都能感测到相同的磁场，因为距导体的半径是相同的(这在例如图2或图4的实施例中不是此种情况)。然而，在该情况下，每个触点的独立电连接更加困难，同时保持感测集群之间的最大距离，使得需要硬接线，以便减少触点的数量。

图7示出具有部分硬接线(即不是所有的触点都经由硬接线连接)的实施例。在该实施例中，III-V材料的感测元件上仅需要一个再分布层。

图8图示出每个感测区域中具有形成传感器集群的四个霍尔效应元件的实施例。右边和左边的集群可以在相反的方向上被偏置。图8的实施例中的霍尔元件可以以与先前的实施例中描述的方式类似的方式电连接至硅衬底。

在图9的实施例中，每个传感器集群中也存在四个霍尔效应元件。每个集群的霍尔效应元件在与电流流向相同的方向上对准。在替代的实施例中，传感器可以在与电流垂直的方向上被对准。元件中的一些元件可以是硬接线的(如图9所示)。

图10中图示出了替代实施例。现在每个集群包括两个感测元件，由此每个感测元件包括单个霍尔效应元件。这可以通过应用所谓的“转移印刷”来实现。转移印刷是本领域所熟知的技术，该技术允许以一种确定的方式对薄的、易碎的并且小的器件进行组装和集成。由此，使软弹性印章(充当转移设备)与供体衬底接触，在该供体衬底上，“墨水”(半导体器件)以有序的并且可释放的方式(通常是通过湿法化学蚀刻或干法蚀刻(例如，激光剥离))被制备。然后，使涂染墨水的印章与接收器衬底接触，随后调制印章/墨水与接收器衬底上的印刷墨水(即半导体器件)的附着力。印章的移除完成了转移印刷过程。

在应用转移印刷的情况下，感测元件不包括厚的衬底，而只包括通过剥离从一个或多个其他衬底获得的有源区域。然后，感测元件被转移到硅管芯，并利用再分布层(没有线接合)连接到硅管芯。

在一些实施例中，导体在电流传感器设备的外部，并且可以被定位在例如电流传感器设备的下方(如图11a)或上方。在其他实施例中，导体可以被集成在传感器结构组装在其上的印刷电路板中。这在图11b中被图示出。印刷电路板中的导体可以包括一个金属层，或两个金属层(图11b)，或多个金属层。在一些实施例中，电流导体宽度和/或厚度在电流传感器附近区域中较小，诸如以局部地增加电流密度并增加传感器位置处感测到的磁场。

图11c示出另一个可能的实现方式。硅衬底被设置在如图11a和11b中的引线框架上，但有源表面随后面向引线框架。因此，与图11a和图11b相比，感测集群现在被布置在相反的方向上。可以在硅衬底与引线框架之间使用焊球。

尽管已在附图和前述描述中已经详细地图示和描述了本发明，但此类图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。前述描述详细说明了本发明的某些实施例。然而，将会领会，不论前述描述在文本中显得如何详细，本发明都能以许多方式来实施。本发明不限于所公开的实施例。

在实施所要求保护的发明时，所公开的实施例的其他变型可以由本领域技术人员从对附图、本公开以及所附权利要求的研究而理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”(“a”或“an”)不排除复数。单个处理器或其他单元可完成权利要求中所记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可被存储/分布在合适的介质(诸如，与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分而被供应的光学存储介质或固态介质)上，但也能以其他形式(诸如，经由因特网或者其他有线或无线电信系统)来分布。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种电流传感器设备，包括：

-硅衬底，所述硅衬底具有有源表面，

-第一感测区域，所述第一感测区域被设置在所述硅衬底的所述有源表面的第一边缘附近，所述第一感测区域包括由第一复合半导体材料制成的至少一个第一磁感测元件和至少四个接触垫，

-第二感测区域，所述第二感测区域被设置在所述硅衬底的所述有源表面的第二边缘附近，所述第二边缘与所述第一边缘基本上相对，所述第二感测区域包括由第二复合半导体材料制成的至少一个第二磁感测元件和至少四个接触垫，

-处理电路，所述处理电路被设置在所述硅衬底中，并经由线接合和/或再分布层与所述第一感测区域和所述第二感测区域的所述接触垫电连接，并被布置成用于基于从所述第一感测区域的所述至少一个第一磁感测元件接收到的信号得出第一信号，用于基于从所述第二感测区域的所述至少一个第二磁感测元件接收到的信号得出第二信号，并用于计算所述第一信号和所述第二信号之间的差(38)。

2.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述第一感测区域包括至少两个第一磁感测元件，并且所述第二感测区域包括至少两个第二磁感测元件。

3.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述至少一个第一磁感测元件和/或所述至少一个第二磁感测元件被定位成使得与所述电流传感器设备的引线框架没有重叠。

4.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述第一复合半导体材料和/或所述第二复合半导体材料是III-V半导体材料。

5.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述电流传感器设备是无芯的。

6.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述第一磁感测元件和/或所述第二磁感测元件是霍尔效应元件。

7.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，被设置在所述硅衬底中的所述处理电路包括温度和/或应力传感器，并且被布置成用于确定来自所述温度和/或应力传感器的温度信号和/或应力信号。

8.如权利要求7所述的电流传感器设备，其特征在于，所述处理电路被布置成用于在计算所述第一信号与所述第二信号之间的所述差之前，基于所述温度信号和/或应力信号来调整所述第一信号和/或所述第二信号。

9.如权利要求2所述的电流传感器设备，其特征在于，所述至少两个第一磁感测元件相对于彼此被正交偏置，和/或所述至少两个第二磁感测元件相对于彼此被正交偏置。

10.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，在所述硅衬底和所述第一感测区域之间以及在所述硅衬底与所述第二感测区域之间提供有粘合层。

11.如权利要求1所述的电流传感器设备，其特征在于，所述第一边缘与所述第一感测区域的第一磁感测元件的最邻近边缘之间的距离小于所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离的15％，所述第二边缘基本上与所述第一边缘相对。

12.一种电流传感器系统，包括如前述权利要求中任一项所述的电流传感器设备和用于传导电流的导体，并且所述电流传感器设备被包括在封装中，所述导体位于包括所述电流传感器设备的所述封装之外。

13.如权利要求12所述的电流传感器系统，其特征在于，所述电流传感器设备的至少两个第一磁感测元件和所述电流传感器设备的至少两个第二磁感测元件被布置在与所述电流的方向垂直的方向上。

14.如权利要求12所述的电流传感器系统，其特征在于，所述电流传感器设备的至少两个第一磁感测元件和所述电流传感器设备的至少两个第二磁感测元件被布置在与所述电流方向平行的方向上。

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