DD264091A1

DD264091A1 - Verkapseltes magnetoresistives bauelement zur potentialfreien strommessung

Info

Publication number: DD264091A1
Application number: DD87306407A
Authority: DD
Inventors: Gunter Moehler; Fritz Dettmann; Stephan Linke; Uwe Loreit; Peter Pertsch; Manfred Kohlmeyer; Joachim Mitzner
Original assignee: Halbleiterwerk Veb
Priority date: 1987-08-27
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1989-01-18
Also published as: DE3828005A1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet einen verkapselten magnetoresistiven Sensor, der zur potentialfreien Messung von Gleich- und Wechselstroemen in einem weiteren Frequenzbereich geeignet ist. Der Chip mit dem magnetoresistiven Sensor ist dabei isoliert auf einem leitfaehigen Chiptraeger angeordnet, der mit mindestens zwei Pins des Bauelementes verbunden und vom zu messenden Strom durchflossen ist, so dass dessen Magnetfeld auf den Sensor einwirken kann. Das Wesen der Erfindung ist der Figur 1 zu entnehmen. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das magnetoresistive Bauelement wird zur potentialfreien Messung von Gleich- und Wechselströmen in einem weiten Frequenzbereich eingesetzt. Weiterhin kann es zur Leistungsmessung angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Anordnungen zum Einsatz magnetoresistiver Sensoren zur potentialfreien Strommessung sind bekannt. In der Anordnung muß dafür gesorgt werden, daß das Magnetfeld des zu messenden Stromes in definierter Weise auf den Sensor einwirkt und so eine sichere Stromanzeige gewährleistet wird. Nach der Patentschrift DD-WP 155220 wird das dadurch erreicht, daß über den magnetoresistiven Widerstandsschichtstreifen das Sensors, von diesen durch eine Dünnschichtisolation getrennt, ein Dünnschichtsteuerleiter angeordnet ist, der den zu messenden Strom führt. Diese Anordnung ist nur mit einem hohen Aufwand auf dünnschichttechriologischem Gebiet herstellbar und weist als Nachteile einen zu hohen Eingangswiderstand und eine zu geringe Isolationsfestigkeit zwischen Steuerleiter und magnetoresistivem Sensor auf.

In einer anderen Anordnung zur potentialfreien Strommessung (VALVO Technische Information 840323) ist um den Stromleiter herum ein weichmagnetischer Ringkern angebracht. In einem Luftspalt, der den Ringkern unterbricht, befindet sich der magnetoresistive Sensor. Damit ist das Magnetfeld am Ort des Sensor näherungsweise unabhängig von der genauen Position des Stromleiters im Ringkern. Diese Anordnung erfordert außer dem mit der Ringherstellung verbundenen Aufwand auch eine Sensorbauform, die die Anwendung genügend schmaler Luftspalte zuläßt und die wegen der notwendigerweise in der Chipfläche des magnetoresistiven Sensors liegenden Magnetfeldrichtung schwierig herstellbar ist. Weiterhin wird, bedingt durch die Eigenschaften des Ringkernes, die obere Frequenzgrenze der Strommessung herabgesetzt. Durch die kaum vermeidbare Hysterese des Ringkernes treten andererseits besonders im niederfrequenten Bereich störende hysteretische Abschnitte in der Sensorkennlinie auf, die die eindeutige Zuordnung des Stromes zum Sensorausgangssignal unmöglich machen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Bauelement zur potentialfreien Strommessung zu schaffen, dessen magnetoresistiver Sensor einfach und billig herstellbar ist, das zuverlässig arbeitet und mit bekannten Bauteilen und Herstellungsverfahren der Mikroelektronik gefertigt werden kann.

Darlegung ries Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetoresistives Bauelement zur potentialfrs'en Strommessung anzugeben, das über einen genügenü geringen Eingangswiderstand verfügt, das eine ausreichende Isolationsfestigkeit zwischen Eingang und Ausgang aufweist, dessen Einsatzfrequenz nicht durch nicht notwendig mit dem Meßprinzip zusammenhängende Effekte eingeschränkt ist und das keine zusätzlichen aufwendigen Herstellungsschritte der Dünnschichttechnologie benötigt. Die

Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem varkapseiteii magnetoresistivon Bauelement mit einem Chipträge», der ganz oder teilweise aus leitfähigem Material besteht erflndungsgemäß dftr leitfähige Teil des Chipträgers von einem darüber befindlichen magnetoresistiven Sensor isoliert, mit mindestens zwei Pins des Bauelements verbunden und vom zu messenden Strom durchflossen ist. Bei dieser Anordnung wird der magnetoresistive Sensor durch das Magnetfeld des Stromes im leitfähigen Teil des Chipträgers ausgesteuert. Chipträger und Pin ι des Bauelementes bilden entweder ein zusammenhängendes Teil des gleichen Materials oder sie sind durch Bonddräht* miteinander verbunden. Damit ist ein genügend geringer Eingangswiderstand gewährleistet. Wegen der niedrigen Eingangsinduktivität gibt es keioe Einschränkung der Einsatzfrequenz durch die Einkopplung. Die Isolationsfestigkeit wird beispielsweise durch eine thermisch erzeugte SlCvSchicht auf dem Substrat auf dem sich der Sensor befindet oder zusätzlich durch eine Isolierende Folie zwischen Chip und Chipträger erreicht. In einer besonderen Ausführungsform des Bauelementes ist eine symmetrische und im Bereich des Sensors homogene Magnetfeldverteilung, die für die maximale Sensorempfindlichkeit notwendig ist, dadurch realisiert, daß jedes Ende des Chipträgers mit zwei gegenüberliegenden Pins verbunden ist und der Strom jeweils Ober beide Pins eingespeist wird. Dabei ist die Breite des Chipträgers im Bereich des Sensors vorzugsweise gleich der Sensorbreite.

Aiisführungsbelsplel >

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt Figur 1 die Aufsicht auf ein noch unverkapseltes Bauelement. Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Insbesondere sind der Siliziumchip mit dem Sensor 3 und die auf ihm befindlichen magnetoresistiven Dünnschichtwiderstände 4 der deutlichen Darsteiiung halber vergrößert gezeichnet. Wirkliche Sensorchips haben Abmessungen von etwa 1x1 mm², während das komplette Bauelement etwa eine Länge von 10mm hat. In Figur 1 bestehen der Chipträger 1 und die Pins für die Stromeinspeisung 2 sowie die Pins für den Sensoranschhiß 7 aus gleichem leitfähigen Material. Die Pins für Stromeinspeisung 2 sind über Bonddrähte 5 mit dem Chipträger 1 niederohmig verbunden. Auf dem Chipträger 1 ist über einer isolierenden Folie 6 der Siliziumchip mit dem Sensor 3 angeordnet. Der Sensor ist eine Brückenschaltung aus vier magnetoresistiven Dünnschichtwiderständen 4, deren Längsrichtung mit der Längsrichtung der gezeichneten Widerstände übereinstimmt. Die Dünnschichtwiderstände 4 sind vom Siliziumchip 3 zusätzlich durch eine in der Zeichnung nicht enthaltene SiO₂-Schicht isoliert. Damit ist durch diese Doppelisolation eine genügende Spannungsfestigkeit gegenüber dem stromleitenden Chipträger 1 gewährleistet. Die Sensorbrücke ist ül<tr Bonddrähte 5 mit den Pins für den Sensoranschluß 7 kontaktiert. Bei Einspeisung des Meßstromes wird über dem Chipträger 1 am Ort des Chips mit dem Sensor 3 ein Magnetfeld in Richtung quer zur Längsausdehnung der magnetoresistiven Dünnschichtwiderstände 4 erzeugt, was zu einem entsprechenden Signal am Ausgang des magnetoresistiven Sensors führt. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen der Chipträger 1 und die Pins für die Stromeinspeisung 2 zusammenhängend aus gleichem leitfähigen Material. Zur symmetrischen Verteilung des Magnetfeldes am Ort des Chips mit dem Sensor 3 ist der Chipträger 1 an beiden Enden mit je zwei gegenüberliegenden Pins für die Stromeinspeisung 2 verbunden. Damit auf den magnetoresistiven Sensor maximal mögliche Feld bei einem gegebenen Eingangsstrom wirkt und so die maximale Sensorempfindlichkeit realisiert wird, stimmen im Bereich des Chips mit dem Sensor 3 die Breite des Chips und des Chipträgers überein.

Claims

-ι- 26409t Patentansprüche:

1. Verkapseltes magnetoresistives Bauelement zur potentialfreien Strommessung mit einem Chipträger, der ganz oder teilweise aus leitfähigem Material besteht, gekennzeichnet dadurch, daß der leitfähige Teil des Chipträgers (1) von einem darüber befindlichen magnetoresistiven Sensor (3) isoliert, mit mindestens zwei Pins (2) des Bauelementes verbunden und vom zu messenden Strom durchflossen ist.
2. Anordnung 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolation eine SiO₂-Schicht auf dem Chip mit dem Sensor ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Chip mit dem magnetoresistiven Sensor (3) und dem Chipträger (1) eine isolierende Folie (6) befindet.
4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Chip mit dem magnetoresistiven Sensor (3) durch einen isolierenden Kleber mit dem Chipträger (1) verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzeugung einer symmetrischen Magnetfeldverteilung im Bauelement der Chipträger (1) an jedem Ende mit zwei gegenüberliegenden Pins (2) verbunden ist.
6. Anorndung nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindung zwischen Chipträger (1) und Pins (2) durch Bonddrähte (5) hergestellt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Breite des Chipträgers (1) direkt unter dem Chip mit dem magnetoresistiven Sensor (3) mit dessen Breite übereinstimmt.