DE102009054892A1

DE102009054892A1 - Magnetfeldstromsensoren

Info

Publication number: DE102009054892A1
Application number: DE102009054892A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner; Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: US20100156394A1; US9222992B2; DE102009054892B4; US20160169940A1; US9733279B2

Abstract

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Magnetstromsensoren, Systeme und Verfahren. Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Magnetstromsensor, der in einer integrierten Schaltung (IS) integriert ist und in einem IS-Gehäuse gehäust ist, einen IS-Chip, der ausgebildet ist, um zumindest drei Magneterfassungselemente an einer ersten Oberfläche aufzuweisen, einen Leiter und zumindest einen Schlitz auf, der in dem Leiter gebildet ist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Schlitzes und zumindest eines der Magneterfassungselemente relativ positioniert sind, derart, dass das zumindest eine der Magneterfassungselemente konfiguriert ist, um ein erhöhtes Magnetfeld zu erfassen, das in dem Leiter in der Nähe des ersten Endes des zumindest einen Schlitzes induziert wird.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional-Patentanmeldung Seriennummer 61/138,557 mit dem Titel „MAGNETIC FIELD CURRENT SENSORS”, eingereicht am 18. Dezember 2008, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromsensoren und insbesondere auf relativ kostengünstige integrierte Stromsensoren, die über ein zugeordnetes Magnetfeld Strom erfassen.
Sensormodule mit großen Magnetkernen sind typischerweise kostspielig und sperrig. Ein Beispiel eines derartigen Systems 100 ist in 1 gezeigt. In 1 ist ein Primärleiter 102 durch einen geschlitzten Magnetkern 104 gelegt, der den ganzen Fluss um den Leiter 102 herum sammelt und denselben auf einen Hall-Sensor 106 richtet, der in dem Luftzwischenraum 108 des Kerns 104 platziert ist. Das System 100 und ähnliche andere sind nicht differentiell, was bedeutet, dass derartige Systeme das Magnetfeld im Allgemeinen lediglich an einer Stelle messen. Falls ein Hintergrundfeld vorhanden ist, kann dasselbe zu Fehlern bei einer Sensorausgabe führen; obwohl ein erheblicher Teil des Hintergrundfeldes durch den Magnetkern abgeschirmt wird, ist die Unterdrückung von Hintergrundfeldern für gewöhnlich nicht besser als ein Faktor von 100. Diese Systeme leiden jedoch unter Fehlern aufgrund von Kernunvollkommenheiten, wie beispielsweise Hysterese, Sättigung, Verschiebung bei einem Versatz nach großen Überstromereignissen und begrenzter Bandbreite aufgrund von Wirbelströmen in dem Kern oder in dem Leitungsrahmen (Leadframe) des Sensors.
Ein weiteres Sensorsystem 200 ist in 2 gezeigt und umfasst eine integrierte Sensorschaltung (Sensor IS; IS, integrierte Schaltung = integrated circuit, IC) 202 mit kleinen Magnetkonzentratoren 204 auf dem Chip 206. Das Sensorgehäuse bzw. der Sensorbaustein 208 ist ein Universaltyp, obwohl das Gehäuse 208 modifiziert sein kann, um ein nichtmagnetisches Kupferleitungsrahmenmaterial zu verwenden. Die Sensor-IS 202 ist oberhalb oder unterhalb des Primärleiters 210 platziert. Das System 200 ist im Allgemeinen klein und leichtgewichtig, aber leidet unter Zusammenfügungstoleranzen, weil der Leiter 201 nicht in das Gehäuse 208 integriert ist. Das System 200 leidet ferner unter einer begrenzten Bandbreite aufgrund von Wirbelströmen in dem Leitungsrahmen des Standard-IS-Gehäuses 208. Zudem ist die Unterdrückung horizontaler Hintergrundfelder senkrecht zu der Stromleiterbahn begrenzt, obwohl das System 200 differentielle Messprinzipien bzw. Differenzmessprinzipien verwendet (d. h. das System 200 misst das Magnetfeld an zwei unterschiedlichen Stellen und subtrahiert eines von dem anderen). Das System 200 benötigt ferner einen speziellen Technologieprozess, um die Konzentratoren 204 herzustellen, die selbst zusätzliche Fehler erzeugen können, wie beispielsweise Hysterese und begrenzte Überlastfähigkeit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetstromsensor, einen Sensor und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Magnetfeldstromsensoren, Systeme und Verfahren. Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Magnetstromsensor, der in einer integrierten Schaltung (IS) integriert ist und in einem IS-Gehäuse gehäust ist, einen IS-Chip, der ausgebildet ist, um zumindest drei Magneterfassungselemente an einer ersten Oberfläche aufzuweisen, einen Leiter, wobei zumindest ein Schlitz in dem Leiter gebildet ist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Schlitzes und zumindest eines der Magneterfassungselemente relativ positioniert sind, derart, dass das zumindest eine der Magneterfassungselemente konfiguriert ist, um ein erhöhtes Magnetfeld zu erfassen, das in dem Leiter in der Nähe des ersten Endes des zumindest einen Schlitzes induziert wird, und eine elektrisch trennende bzw. isolierende Schicht auf, die zwischen dem Leiter und dem IS-Chip angeordnet ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist ein Sensor einen Chip auf mit zumindest drei Magnetfeldsensorelementen, einer Trennschicht bzw. isolierenden Schicht, die mit dem Chip gekoppelt ist, einem Leiter, der mit der Trennschicht gegenüberliegend zu dem Chip gekoppelt ist, wobei zumindest ein Hohlraum in dem Leiter von einer Kante des Leiters einwärts gebildet ist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Hohlraums und zumindest eines der Magnetfeldsensorelemente relativ positioniert sind, derart, dass das zumindest eine der Magnetfeldsensorelemente konfiguriert ist, um ein erhöhtes Magnetfeld zu erfassen, das in dem Leiter in der Nähe des ersten Endes des ersten Hohlraums induziert wird, und einer Signalkonditionierungsschaltungsanordnung, die mit den zumindest drei Magnetfeldsensorelementen gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das auf eine Summe von Magnetfeldern, die durch erste und zweite der zumindest drei Magneterfassungselemente erfasst werden, minus zweimal ein Magnetfeld bezogen ist, das durch einen dritten der zumindest drei Magneterfassungselemente erfasst wird, wobei das dritte Magneterfassungselement zwischen dem ersten und dem zweiten der zumindest drei Magneterfassungselemente angeordnet ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren ein Bereitstellen eines Magnetstromsensors mit drei Erfassungselementen, die linear mit Bezug aufeinander angeordnet sind und jeweils mit einem Ende von einem von drei Schlitzen ausgerichtet sind, die in einem leitenden Abschnitt gebildet sind, ein Erfassen einer erhöhten Stromdichte in zumindest einem Abschnitt des Leiters, die durch die drei Schlitze bewirkt wird, durch die zumindest zwei Erfassungselemente, und ein Ausgeben eines Signals auf, das auf eine Summe von Magnetfeldern, die durch ein erstes und ein zweites der drei Erfassungselemente erfasst werden, minus zweimal ein Magnetfeld bezogen ist, das durch ein drittes der drei Erfassungselemente erfasst wird, wobei das dritte Erfassungselement zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungselement angeordnet ist.
Die Erfindung wird in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen vollständiger ersichtlich.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein herkömmliches Sensorsystem;
2 ein herkömmliches Sensorsystem;
3 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 einen Stromdiagrammvergleich gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 einen Stromdichtevergleich gemäß dem Ausführungsbeispiel von 11;
13 einen Leiterstromfluss gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine Querschnittsansicht einer integrierten Stromsensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 eine Querschnittsansicht einer integrierten Stromsensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
17 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
18 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
19 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
20 eine Querschnittsansicht eines ein Sensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
21 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
22 Leiter gemäß Ausführungsbeispielen;
23 Leiter gemäß Ausführungsbeispielen;
24 einen Leiter gemäß Ausführungsbeispielen;
25 Magnetfeldkomponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
26 eine Magnetfeldauftragung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
27 einen Leiter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
28A einen Leiter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
28B einen Leiter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
29 einen Leiter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
30 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
31 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
32 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
33 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
34A ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
34B ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
34C ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
35 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
36 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
37 Übersprechunterdrückungsdiagramme gemäß Ausführungsbeispieln;
38 ein Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
39 eine Magnetsensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
40 einen Leitungsrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
41 einen Metallabschnitt gemäß einem Ausführungsbeispiel;
42A und 42B einen Chip gemäß einem Ausführungsbeispiel;
43 eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von Stromsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
44 einen Streifen von Stromsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
45 eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von Stromsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
46 eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von Stromsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
47 eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von Stromsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, wurden Einzelheiten derselben in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und werden detailliert beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die Absicht nicht darin besteht, die Erfindung auf die speziellen beschriebenen Ausührungsbeispiele zu beschränken. Die Absicht besteht im Gegenteil darin, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in die Wesensart und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie es durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen kostengünstigen integrierten Stromsensor. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Metallblechelement bzw. Metalllagenelement mit zumindest einem Abschnitt einer oberen Oberfläche eines Sensorchips gekoppelt. Das Metalllagenelement bildet einen Leiter für Strom, der durch Magnetfeldsensoren, wie beispielsweise Hall-Elemente, an dem Sensorchip über ein zugeordnetes Magnetfeld gemessen werden soll, und bei einem Ausführungsbeispiel gibt es keine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Sensorchip und dem Leiter. Es ist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen vorteilhaft, das Metallblech auch als einen Leitungsrahmenabschnitt für die Anschlussstifte des Sensorchips zu verwenden. Ein elektrischer Kontakt kann bei verschiedenen Ausführungsbeispielen zwischen dem Sensorchip und den Anschlussstiften über Durch-Wafer-Kontakte oder über gewöhnliche Bondschleifen hergestellt werden. Eine elektrische Trennung bzw. Isolation kann durch eine Verwendung eines trennenden bzw. isolierenden Films, wie beispielsweise eines Dielektrikums bei einem Ausführungsbeispiel, an der Waferoberseite, eines trennenden bzw. isolierenden Chip-Anbringungsbandes oder eines trennenden bzw. isolierenden Chip-Anbringungshaftmittels bei verschiedenen Ausführungsbeispielen erzielt werden. Eine strukturelle Integrität zwischen dem Leiter und dem Chip kann ferner durch einen schwebenden Metallabschnitt auf dem trennenden Film und ein Löten des Leiters an das Metall beibehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel weist z. B. ein Gehäuse bzw. einen Baustein und eine integrierte Schaltung auf und zumindest ein Abschnitt des Halbleiterchips ist durch einen elektrisch trennenden bzw. isolierenden Film bedeckt, auf dem ein Leitungsrahmen (Leadframe) angebracht ist. Der Leitungsrahmen kann eine Metalllagenkonfiguration aufweisen, was bedeutet, dass bei einem Ausführungsbeispiel die lateralen Abmessungen etwa fünfmal größer als die Dicke sind, und der Leitungsrahmen ist elektrisch nicht mit dem Volumen des Halbleiterchips gekoppelt, was mehrere Kilovolt an Trennspannung bzw. Isolationsspannung liefert. Der Leitungsrahmen kann auch einen Kontakt aufweisen, um einen Strom durchlaufen zu lassen. Somit kann der Strom in enger Nähe über der Oberflächenebene des Chips fließen, wie beispielsweise 20 μm bei einem Ausführungsbeispiel.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Stromsensor eine Mehrzahl von Magneterfassungselementen auf. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Stromsensor zumindest drei Magneterfassungselemente auf. Die Magneterfassungselemente können Planare Hall-Platten aufweisen und die Hall-Platten können ausgerichtet sein und sind bei einem Ausführungsbeispiel parallel zu einer allgemein globalen Richtung der Linie von Hall-Sonden in enger Nähe zu einem Stromsensor ausgerichtet, der die Signale der Magneterfassungselemente gemäß der Beziehung: Sgesamt = Slinks + Srechts – 2·SMitte verarbeitet, um nicht nur homogene Hintergrundfelder, sondern auch Felder mit linearen Gradienten zu unterdrücken.
Der Leiter kann derart geformt sein, dass Hall-Sonden, wenn man sich entlang der Linie mit dem stärksten Strom bewegt, abwechselnd an der linken und der rechten Seite ange ordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein im Allgemeinen flacher Leiter verwendet, wobei Strom in eine Längsrichtung relativ zu der Konfiguration des Leiters fließt, und der Leiter kann einen oder mehrere Schlitze aufweisen, die senkrecht oder parallel zu der globalen Stromrichtung gebildet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Schlitze näherungsweise von der Kante des Leiters zu der Mittellinie. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann sich einer oder können sich mehrere Schlitze an der Mittellinie vorbei oder weniger als bis zu der Mittellinie erstrecken. Andere geometrische Merkmale der Schlitze können gemäß Ausführungsbeispielen ebenfalls variieren. Beispielsweise können die Schlitze im Allgemeinen longitudinal sein, näherungsweise ein V-förmiges Profil aufweisen und/oder unter anderem quadratische Geometrien oder solche mit abgerundeten Enden aufweisen. Planare Hall-Sonden können bei einem Ausführungsbeispiel oberhalb oder unterhalb eines Endes von jedem Schlitz angeordnet sein. Der Leiter kann auch erweitert sein, derart, dass derselbe mehrere Schichten aufweist, die voneinander getrennt bzw. isoliert sind und in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Die magnetische Empfindlichkeit der Hall-Platten des Sensorsystems kann eingestellt sein, um zumindest zu etwa einem Teil von 100 bei einem Ausführungsbeispiel oder einem Teil von 10000 bei einem anderen Ausführungsbeispiel übereinzustimmen. Ausführungsbeispiele des Sensorsystems können diese Übereinstimmung trotz Temperaturdrift und Drift durch mechanische Belastung über die Lebensdauer des Sensors hinweg beibehalten. Das Sensorsystem kann auch eine Drehstromtechnik (Spinning-Current-Technik) verwenden, um den Versatz bei einem Ausführungsbeispiel überall in dem Arbeitstemperaturbereich bis auf zumindest etwa 100 Mikrotesla (μT) zu verringern.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Formen und Konfigurationen der Magnetfeldsensoren und eines Primärleiters eines Stromsensorsystems, derart, dass das Sensorsystem eine oder mehrere vorteilhafte Charakteristika aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Magnetfeldsensoren und/oder der Primärleiter entworfen sein, derart, dass ein großer Magnetfeldgradient, linear oder mit einer höheren räumlichen Ableitung, an der Oberfläche eines Halbleiterchips erzeugt werden kann, der mit dem Leiter gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Magnetfeld einen Hauptabschnitt senkrecht zu der Chipoberfläche aufweisen, derart, dass ein planares Hall-Sensorelement das Feld erfassen kann und der interne Widerstandswert des Leiters so gering wie möglich ist. Ferner können die Magnetfeldsensoren und/oder der Primärleiter entworfen sein, derart, dass der thermische Widerstandswert zwischen Punkten maximaler Stromdichte und der Umgebung so gering wie möglich ist und dass die mechanische Steifigkeit von Leiter und Chip maximiert ist. Es ist ebenfalls erwünscht, dass der erfasste Strom nicht durch nahe gelegene Ströme oder Übersprechen beeinflusst wird und dass der Leiter kein merkliches Feld an anderen Komponenten erzeugt, wie beispielsweise anderen nahe gelegenen Stromsensoren. Zusätzlich kann die Form des Leiters relativ einfach sein und in der Lage sein, bei einem Hausen, Zusammenfügen und anderen Prozeduren zusammengefügt zu werden, die gewöhnlich in der Halbleiterbranche verwendet werden.
Das System kann eine integrierte Sensorschaltung (Sensor-IS) aufweisen, die konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das Informationen über einen Strom umfasst, der durch einen Primärleiter fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel gibt es keine galvanische Verbindung zwischen dem Primärleiter und der Sensor-IS. Zu diesem Zweck weist die Sensor-IS zumindest einen Magnetfeldsensor auf, der konfiguriert ist, um auf das Magnetfeld anzusprechen, das von dem Strom durch den Primarleiter stammt. Die Sensor-IS ist in einer gut definierten Position mit Bezug auf das Magnetfeld des Leiters gehalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Magnetfeld des Leiters durch eine Magnetflussführungsschaltung nicht weiter verstärkt oder gesammelt, wie beispielsweise ein weichmagnetisches Material, weil dies Kosten und Gewicht erhöhen und eine Genauigkeit verringern könnte. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es jedoch vorteilhaft sein, eine oder mehrere kleine Magnetflussführungen in das Sensorgehäuse zu integrieren, wie beispielsweise auf den Chip zu sputtern.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Sensorsignal vorteilhafterweise lediglich einen kleinen additiven Fehler oder Versatz auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorsignal bei null Ampere gleich null, bei einem möglichst geringen Fehler. Das Sensorsignal weist vorteilhafterweise auch lediglich einen geringen Gewinnfehler bzw. Verstärkungsfehler auf. Beispielsweise sollte bei maximalem Strom die Ausgabe über Temperatur und Lebensdauer konstant bleiben. Das Sensorsignal weist ferner eine Bandbreite, die von DC (direct current, Gleichstrom) bis etwa 100 Kilohertz (kHz) oder mehr reicht, sowie eine geringe Reaktionszeit auf, wie beispielsweise etwa eine Mikrosekunde (μs) bei einem Ausführungsbeispiel.
Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Nominalstrombereich etwa ein Ampere (A) bis etwa ein Kiloampere (kA). Der Stromsensor weist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen eine geringe Größe bezüglich Volumen und Standfläche (Footprint) auf und ist ferner leichtgewichtig, aber bleibt gegenüber externen Magnetfeldern, Temperatur, Feuchtigkeit, Überlaststrom durch den Primärleiter und Spannungshub zwischen dem Primärleiter und der Masse der Sensor-IS robust. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Stromsensor einem Strom widerstehen, der etwa zehnmal oder mehr des Nominalstroms beträgt. Die Spannungsisolation bzw. Spannungstrennung zwischen dem Primärleiter und der Sensor-IS liegt bei verschiedenen Ausführungsbeispielen in der Größenordnung von Kilovolt. Der Stromsensor weist ferner eine niedrige Leistungsaufnahme, wie beispielsweise weniger als etwa 50 Milliwatt (mW) bei einem Ausführungsbeispiel, und eine geringe Leistungsdissipation in dem Primärleiter auf. Eine Übertemperatur aufgrund einer Selbsterwärmung des Sensors ist bei Ausführungsbeispielen ebenfalls gering.
Das Ausgangssignal der Sensor-IS kann eine analoge Spannung oder einen Strom, eine Frequenz, eine pulscodemodulierte oder pulsbreitenmodulierte Welle, einen digitalen Code oder eine gewisse andere Signalform aufweisen. Wie es oben erwähnt ist, kann das Sensorausgangssignal Informationen über den Strom, wie beispielsweise einen Betrag des Stroms, eine Flussrichtung, eine Phase, eine Frequenz, einen Oberschwingungsgehalt und ein Frequenzspektrum, Zeitintegrale oder Zeitableitungen derselben und andere Informationen fördern.
Das Sensorsystem ist gemäß einem Standard-CMOS-Prozess (CMOS = complementary metal Oxide semiconductor, Komplementär-Metalloxid-Halbleiter) gefertigt, bei einem Ausführungsbeispiel kombiniert mit einer fortschrittlichen Häusungstechnologie (Packaging-Technologie). Diese Kombination ermöglicht eine Verwendung einer einzigen Art eines Siliziumchips und somit eines einzigen Layouts für einen breiten Bereich von Stromsensoren.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Leitungsrahmen weggelassen sein, was induzierte Wirbelströme und Bandbreitenbeschränkungen vermeidet. Weil der Strom, der gemessen werden soll, einen Primärleiter benötigt, kann der Primärleiter bei einem Ausführungsbeispiel als ein Leitungsrahmenersatz verwendet werden. Es ist zu beachten, dass Wirbelströme, die in dem Primarleiter induziert werden, den Magnetfeldsensor nicht stören, sondern die Impedanz des Primärleiters erhöhen, der durch einen starken Generator getrieben ist. Durch Finite-Elemente-Simulationen kann gezeigt werden, dass ein Sensorchip, der an einem gewöhnlichen Kupferleitungsrahmen mit einer Dicke von etwa 0,2 Millimeter (mm) angebracht ist und nahe einem Leiter platziert ist, aufgrund von Wirbelströmen, die durch das Feld des Leiters in dem Leitungsrahmen induziert werden, eine –3dB-Bandbreite von 15 kHz aufweist. Falls der Strom den Leitungsrahmen selbst durchläuft und es keinen anderen guten Leiter nahe den Magnetfeldelementen gibt, erhöht sich die Bandbreite auf weit über 100 kHz.
Weil der Chip an dem Primärleiter angebracht ist und nicht mit der Masse der Sensorschaltung verbunden ist, gibt es einen zusätzlichen Vorteil dahin gehend, dass alle Anschlussstifte der Sensorschaltung über dünne Bonddrähte verbunden sind. Falls daher zufällig ein Kurzschluss zwischen dem Primärleiter und irgendeinem der Anschlussstifte der Sensorschaltung geschieht, kann dieser Kurzschluss keine große Menge an Leistung übertragen, weil der dünne Bonddraht als eine Schmelzsicherung (Fuse) wirkt, die schnell durchbrennt.
Der Primärleiter kann auch entworfen sein, derart, dass derselbe die Stromdichte nahe den Magnetfeldsensoren maximiert, wobei so das Magnetfeld an den Sensorelementen erhöht wird. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Primärleiter eine Mehrzahl von sehr kleinen Schlitzen in einem Metalllagen-Primärleiter auf, wie es beispielsweise in 3 gezeigt ist. In 3 weist ein Sensorsystem 300 einen Leitungsrahmen 302 auf, der als der Primärleiter dient und in dem der Strom von links nach rechts fließt, wie es gezeigt ist. Der Leitungsrahmen 302 weist eine Mehrzahl von Erweiterungen oder Zähnen 304 auf, die als Anschlussstifte des Primärleiters dienen. Die Erweiterungen 304 können an die Sammelschiene gelötet sein, wo der Primärstrom bei einem Ausführungsbeispiel fließt, und können ferner um 90 Grad gebogen sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Erweiterungen 304 auch Öffnungen (Aperturen), Schlitze oder andere Konfigurationen aufweisen, um den Leiter mit der Sammelschiene zu koppeln.
Der Leitungsrahmen 302 weist ferner einen ersten und einen zweiten Schlitz 306 auf. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 306 vertikal oberhalb und unterhalb des Chips 308 angeordnet, um den Strom unter den Chip 308 zu „quetschen”, und können eine Breite von etwa 0,1 mm oder so wenig wie möglich, gemäß Herstellbarkeit und um eine strukturelle Integrität beizubehalten, aufweisen. Falls der Leitungsrahmen 302 relativ dick ist, kann es schwierig sein, sehr schmale Schlitze 306 herzustellen. Falls beispielsweise der Leitungsrahmen 302 etwa 5 mm dick ist, kann es schwierig sein, Schlitze 306 mit lediglich 0,1 mm Breite herzustellen, und etwas größere Schlitze 206 können praktischer sein. Bestimmte Kräfte können jedoch in der Praxis an den Leitungsrahmen 302 angelegt sein, die eine Biegung und Verzerrung bewirken können. Derartige Kräfte können sich aus einem Verbolzen oder anderweitigem Koppeln des Leitungsrahmens 302 mit einer Sammelschiene oder aus dem Stromfluss selbst ergeben. Somit sollte die Breite der Schlitze 306 groß genug sein, um sicherzustellen, dass trotz aller Kräfte die zwei gegenüberliegenden Kanten jedes Schlitzes 306 nicht in Kontakt gelangen, was einen erheblichen Teil des Stroms weg von dem Chip 308 nebenschließen (shunten) und zu großen Fehlern bei der Messung führen würde. Um diese Kurzschlüsse zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, eine gewisse Art eines dünnen Isolationsmaterials bzw. Trennungsmaterials in einen oder beide Schlitze 306 einzusetzen. Bei einem Ausfühungsbeispiel kann dies durch ein Abdecken des Schlitzes 306 mit einer Vergussmasse vorgenommen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 fließt der Strom auch im Allgemeinen von links nach rechts bezüglich der Ausrichtung des Systems 300 auf der Seite und weisen die Schlitze 306 eine gekrümmte Konfiguration für den Stromweg unterhalb des Chips 308 auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 fließt der Strom von rechts nach links bezüglich der Ausrichtung des Systems 300 auf der Seite und es ist eine andere Konfiguration der Schlitze 306 gezeigt.
Bei den Ausführungsbeispielen von 6 und 7 ist der Strom in zwei Teile geteilt, wobei einer um eine obere Hall-Sonde 310 herum fließt und der andere um eine untere Hall-Sonde 312 herum fließt. Während bei einem Ausführungsbeispiel Hall-Elemente verwendet werden können, können bei verschiedenen anderen Ausführungsbeispielen andere Magnetfelderfassungselemente verwendet werden. Diese Geometrie ermöglicht ein Befestigen des Sensorsystems 300 in einer aufrechten Position, was bei bestimmten Anwendungen Platz sparen kann.
Zusätzliche Schlitze können ferner die Stromdichte erhöhen, wie es in 8 gezeigt ist. Beispielsweise können Längsschlitze 314 entlang den Seiten des Chips 308 gebildet sein und verhindern, dass die Stromleitungen unterhalb durchlaufen. Dies zwingt den Strom um die Hall-Sonden 310 und 312 herum, wobei dort höhere Magnetfelder geliefert werden. Andere Formen, Konfigurationen und Platzierungen der Schlitze 314 können bei verschiedenen Ausführungsbeispielen implementiert sein. Das Ausführungsbeispiel, das in 8 gezeigt ist, kann eine Anwendbarkeit aufweisen, wenn eine Leistungsdissipation weniger von Belang ist, wie beispielsweise für niedrigere Strombereiche in der Größenordnung von etwa 10 A.
9 zeigt einen Leitungsrahmen 302, bei dem der Strom von unten nach oben bezüglich der Ausrichtung der Figur auf der Seite fließt. 10 zeigt einen Leitungsrahmen 302, bei dem Strom von unten nach oben und hinten nach unten bezüglich der Ausrichtung der Figur auf der Seite fließt. 9 und 10 zeigen die Leitungsrahmen 302 mit den Schlitzen 306, aber zeigen nicht den Sensorchip und die Hall-Sonden. Am Ende jedes Schlitzes 306 befindet sich eine Hall-Sonde (nicht gezeigt), derart, dass beide Systeme zwei Hall-Sonden aufweisen, die jeweils Magnetfeldern unterschiedlicher Vorzeichen unterliegen. Dies ermöglicht eine differentielle Messung, bei der beide Signale subtrahiert werden, um eine Hintergrundstörung bzw. Hintergrundinterferenz aufzuheben.
Die Schlitze 306 liefern eine Anzahl von Vorteilen. Überall dort, wo ein schmaler Schlitz die Stromlinien dazu zwingt, abrupt die Richtung zu ändern, erhöht sich die Stromdichte erheblich. Dies macht die Schlitze besonders nützlich zum Formen inhomogener Muster der Stromdichte und somit des Magnetfeldes. Somit können die Schlitze die Stromdichte lediglich an speziellen Stellen erhöhen, wo es nötig ist, wie beispielsweise nahe einem Magnetfeldsensor, während dieselbe gleichzeitig überall sonst niedrig gehalten wird, was eine niedrige Impedanz und geringe Leistungsdissipation liefert.
11 zeigt einen Strommustervergleich eines herkömmlichen Sensorsystems bei 404 und gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei 402. Das Muster bei 402 weist einen internen Widerstandswert von 3696 Quadrat auf, während das Muster bei 404 einen internen Widerstandswert von 3992 Quadrat aufweist, was 8% höher ist. 12 zeigt die Stromdichte entlang der roten Linie, die in 11 gezeigt ist. Somit ist die linke Kurve 414 die Stromdichte in der schmalen Region des unteren Leiters 404 und ist die rechte Kurve 402 die Stromdichte in der schmalen Region des oberen Leiters 412. Die Spannung über jeden Leiter 402, 404 beträgt 1 V, die Leitfähigkeit 1 S/m und die Dicke 1 m (laterale Abmessungen der Zweckmäßigkeit halber in Meter angegeben). Es ist zu erkennen, dass der obere Leiter von 402 nicht nur 8% weniger Widerstandswert aufweist, sondern derselbe auch eine größere Inhomogenität der Stromdichte nahe den Enden der Schlitze aufweist, wo Magnetfeldsensoren positioniert sein können. Somit können schmale Schlitze bei einem Richten des Stroms nahe an die Magnetfeldsensoren und lokalem Erhöhen der Stromdichte effizienter sein, während der interne Widerstandswert und die Leistungsdissipation auf einem Minimum gehalten werden.
Die Schlitze formen auch den Stromfluss, ohne die Wärmeleitfähigkeit und thermische Masse des Leiters übermäßig zu verringern. Wärmeleitfähigkeit ist wichtig, weil es bei hohen Strömen im Allgemeinen unvermeidlich ist, dass der Primärleiter erhebliche Leistung dissipiert. Beispielsweise könnte der Leiter entworfen sein, um einen Widerstandswert von 100 μOhm aufzuweisen; bei 100 A dissipiert derselbe 1 W, bei 200 A dann 4 W und bei 317 A dann 10 W. Die thermische Masse ist bedeutsam, damit der Sensor kurzen Überstromereignissen widerstehen kann. Bei sehr kurzen Ereignissen wird die vollständige dissipierte Leistung verwendet, um die Masse zu erwärmen, so dass es länger dauert, hohe Temperaturen zu erreichen, falls die Masse groß ist.
Die Schlitze verringern auch die strukturelle Integrität des Leiters nicht. Weil es große Kräfte gibt, die bei hohen Strömen auf den Leiter wirken, z. B. Überströme, muss der Leiter fest sein. 13 zeigt ein Beispiel eines Leiters 302, wobei der Strom in der Form eines „U” fließt, und die resultierende Verformung. Der Strom versucht, den Hauptschlitz 306 zu öffnen, weil der Strom in die entgegengesetzte Richtung entlang den zwei Kanten des Schlitzes 306 fließt und entgegengesetzte Ströme einander abstoßen.
Die Schlitze verringern die Oberfläche des Leiters nicht erheblich, so dass es immer noch genug Schnittstellenfläche gibt, um den Chip und den Leiter miteinander zu verbinden oder zu koppeln, was im Allgemeinen vorgenommen wird, um einen Abstand zwischen dem Chip und dem Leiter zu definieren. Falls zudem ein Siliziumchip über oder unter dem Leitungsrahmen gekoppelt ist, kann die Struktur steifer werden, wodurch eine Verformung verringert wird. Um eine mechanische Steifigkeit zu erhöhen, kann ein relativ dicker Halbleiterchip verwendet werden oder kann eine oder können mehrere dünne Brücken 316 an den äußeren Enden der Schlitze 306 hinzugefügt sein, obwohl derartige Brücken 316 bei einem Ausführungsbeispiel entworfen sein sollten, um lediglich eine geringe Menge an Primärstrom kurzzuschließen, wie es in 14 gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass der gesamte Leitungsrahmen 302 hauptsächlich den Primärleiter, jedoch auch die Anschlussstifte der Sensor-IS aufweist.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es vorteilhaft sein, unterschiedliche Dicken für die Anschlussstifte und den Primärleiter zu verwenden, wie beispielsweise eine dünne Metalllage von etwa 0,2 mm Dicke für die Anschlussstifte des Sensors (Versorgung, Masse, Ausgang und optionale zusätzliche Eingang/Ausgang-Signalisierungsanschlussstifte) und dickeres Metall für den Primärleiter, wie beispielsweise etwa 1 mm dick bei einem Ausführungsbeispiel. Dies kann mit einem einzigen Metallstück oder durch Verwenden einer dünnen Metalllage und Schweißen, Hartlöten und/oder Verkleben zusätzlicher dickerer Teile an den Primärleiterabschnitt des Leitungsrahmens erzielt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird Ultraschallschweißen verwendet, das einen Vorzug dahin gehend liefert, dass kein zusätzliches Material benötigt wird, das einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und somit für einen Bruch unter einer thermischen Wechselbeanspruchung anfällig sein kann, um die Teile miteinander zu verbinden. Bei Ausführungsbeispielen, die einen Klebstoff verwenden, ist der Klebstoff im Allgemeinen elektrisch leitend. Die dickeren Teile des Leitungsrahmens können vor einer Chipanbringung an die dünneren Teile angebracht werden, wie beispielsweise bei dem Halbleiterhersteller oder durch einen Kunden oder einen anderen Endbenutzer, nachdem die Vorrichtung von dem Hersteller ausgeliefert wurde.
Weil es im Allgemeinen kein magnetisches Material gibt, das als ein Flusskonzentrator wirkt, sollten die Magnetfeldsensoren bei einem Ausführungsbeispiel sich so nahe wie möglich an der Oberfläche des Leiters befinden. Daher und unter Bezugnahme auf 15 ist der Leiter 302 bei einem Ausführungsbeispiel mit der oberen Seite des Chips 308 gekoppelt, im Gegensatz zu der gängigen Praxis, bei der der Leitungsrahmen an der Rückseite des Chips angebracht ist. Um genügend Isolationsspannung bzw. Trennspannung aufzuweisen, kann der Chip 308 mit einem elektrisch trennenden bzw. isolierenden Film 318 geeigneter Dicke und elektrischer Feldstärke beschichtet sein. Es gibt im Allgemeinen zwei Optionen zum Versorgen des Sensors mit elektrischer Energie: durch Wafer-Durchkontakte oder durch Bondschleifen. Falls die gesamte Oberfläche des Chips 308 durch den Leiter 302 bedeckt ist, können Wafer-Durchkontakte 320 verwendet werden, wie es in 15 gezeigt ist. Wafer-Durchkontakte 320 können verwendet werden, um die Sensorschaltung mit einer Leistungsversorgung zu verbinden und um das Ausgangssignal von dem Sensor an die Anschlussstifte der Sensor-IS zu bringen. Somit gibt es typischerweise drei Kontakte: Versorgung, Masse und Ausgang, und jeder leitet typischerweise lediglich wenige Milliampere. Bei einem Ausführungsbeispiel durchläuft der Primärstrom, der gemessen werden soll, die Wafer-Durchkontakte 320 nicht. 15 zeigt der Zweckmäßigkeit halber lediglich einen einzigen Wafer-Durchkontakt 320, während eine typische Sensor-IS bei verschiedenen Ausführungsbeispielen für gewöhnlich zumindest zwei, für eine elektrische Versorgung, oder drei oder mehr, für zusätzliche Eingang/Ausgang-Signalleitungen, aufweisen würde.
Falls lediglich ein Abschnitt der Chipoberfläche durch den Leiter 320 bedeckt ist, können gewöhnliche Bondschleifen 322 bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, wie es in 16 gezeigt ist. Es sollte Acht gegeben werden, um die erforderliche Spannungsisolation bzw. Spannungstrennung zwischen dem Primärleiter und den Anschlussstiften des Sensors zu erreichen. Somit kann eine zusätzliche Isolation bzw. Trennung um den Primärleiter bei einem Ausführungsbeispiel gewickelt sein. Diese Trennung bzw. Isolation kann beispielsweise eine Folie, wie beispielsweise KAPTON oder ARAMID, oder eine Beschichtung aus einem wärmebeständigen trennenden bzw. isolierenden Email oder anderen Material aufweisen.
Die Isolation bzw. Trennung kann bei anderen Ausführungsbeispielen mit einem Dünnfilm erzielt werden, der auf dem Wafer als einer der letzten Front-End-Prozessschritte aufgewachsen werden kann. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine endgültige Isolationsschicht bzw. Trennschicht nach einem Vereinzeln aufgewachsen werden, um den vollständigen Halbleiterchip außer Bondbereichen und diesen Bereichen, wo der Primärleiter eventuell an die obere Metallschicht gelötet wird, zu bedecken. Der Leiter kann dann mit einem Chipanbringungshaftmittel auf den Isolationsfilm bzw. Trennfilm geklebt werden. Falls die Anforderungen an eine Spannungsisolation bzw. Spannungstrennung niedriger sind, kann die Trennfähigkeit bzw. Isolationsfähigkeit des Chipanbringungshaftmittels ausreichend sein. Die Isolation bzw. Trennung kann jedoch auch durch ein Kleben des Halbleiterchips auf den Leiter mit einem elektrisch isolierenden Band erzielt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine schwebende Metallschicht auf dem isolierenden bzw. trennenden Film bei dem Front-End-Prozess aufgewachsen werden und der Leiter kann auf diese Metallschicht gelötet werden. Es kann bei einem Ausführungsbeispiel auch nützlich sein, die schwebende Metallschicht elektrisch in diesen Regionen des Wafers mit Masse zu verbinden, die während des Vereinzelns ausgeschnitten werden, so dass sich kein überschüssiges Potential zwischen der Schicht und anderen Teilen des Wafers während der Herstellung entwickeln kann. Die schwebende obere Metallschicht kann einen Hauptteil der Chipfläche bedecken; es kann jedoch vorteilhaft sein, die Schicht in kleinere Abschnitte zu strukturieren, um den Aufbau mechanischer Belastung zwischen dem Leiter und dem Siliziumchip zu verringern. Somit kann eine oder können mehrere zusätzliche Entlastungsschichten zwischen der oberen Metallschicht und dem Siliziumhalbleiterchip gebildet sein. Falls es keine obere Isolationsschicht bzw. Trennschicht gibt, wie dieselbe beispielsweise zum Löten an den Primärleiter 302 verwendet werden kann, so kann es zusätzlich vorteilhaft sein, eine oder mehrere Belastungsisolationsschichten bzw. Belastungstrennschichten auf dem Chip zu bilden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann diese Metallschicht strukturiert werden, um den Strom nahe an die Hall-Sonden zu führen, und große Flächen zum Löten niederohmiger Kontaktanschlussstifte zu schaffen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 17 gezeigt.
Ein Vorteil des Systems 300, das in 17 gezeigt ist, besteht darin, dass eine schwebende obere Metallschicht 324 mit Bezug auf die Hall-Platten genau positioniert werden kann. Der Leitungsrahmen 302 kann im Allgemeinen nicht so genau positioniert werden. Externe Verbindungen können durch die zwei Leitungsrahmenteile 302 mit Anschlussstifterweiterungen vorgenommen werden, die typischerweise lediglich einen ausreichenden Kontakt mit der schwebenden oberen Metallschicht 324 herstellen müssen. Zudem können diese Teile der oberen Metallschicht 324 und der Rest des Chips, die für einen Kontakt mit dem Leitungsrahmen 302 nicht benötigt werden, durch irgendeine Art einer standardmäßigen Schutzschicht bedeckt sein, um den Chip robuster bezüglich Umwelteinflüssen zu machen. Ein weiterer Vorteil des Ausführungsbeispiels von 17 besteht darin, dass die größere Schnittstellenfläche zwischen der oberen Metallschicht 324 und dem Leitungsrahmen 302 bei einem Ausführungsbeispiel einen geringen thermischen Weg zu der Umgebungstemperatur liefert.
Es kann ferner bei verschiedenen Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein, den Primärleiter 302 aus einem einzigen Stück zu bilden, das schmal genug ist, um innerhalb der äußeren Konturen der schwebenden Metallschicht 324 zu liegen, selbst in der schmalen Region derselben und trotz Positionstoleranzen, wie es in 18 gezeigt ist. In 18 sind ein linker und ein rechter Abschnitt des Primärleiters 302 durch eine Brücke 326 verbunden, die hinsichtlich lateraler Abmessungen bei einem Ausführungsbeispiel dünner als die obere Metallschicht 324 ist. Die Brücke 326 kann helfen, den internen Widerstandswert gering zu halten und kann ferner eine positive Nebenwirkung eines Erhöhens der Steifigkeit und der relativen Position des linken und des rechten Teils des Primärleiters 302 aufweisen. Die schwebende obere Metallschicht 324 kann verwendet werden, um den Leiter 302 bei einem Ausführungsbeispiel mit dem Chip 308 zu koppeln und um einen Teil des Stroms in die Schicht 324 zu ziehen, somit sehr nahe an die Magnetfeldsensoren. Bei einem Ausführungsbeispiel bedecken dicke Teile des Leitungsrahmens 302 mehr als die Öffnungen, die den Lötbereich definieren, und es kann vorteilhaft sein, wenn dieselben einen großen Teil des Chips bedecken, um Leistung weg von dem Chip weg zu dissipieren. 19 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels des Systems 300.
Unter Bezugnahme auf 20 ist der Stapel, von dem Siliziumchip bis zu dem Leiter, bei einem Ausführungsbeispiel mit Vergussmasse bedeckt. Die Vergussmasse schützt empfindliche Kanten des Chips und die Bondschleifen und hilft dabei, die Anschlussstifte der Sensor-IS zu verankern. Zudem kann der Formkörper bzw. Gusskörper entworfen sein, um mit dem Primärleiter in Eingriff zu stehen, so dass Kräfte zwischen dem Leiter und dem Sensorgehäuse bzw. Sensorbaustein durch die Vergussmasse aufgenommen werden, um zu verhindern, dass der Chip reißt oder anderweitig beschädigt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Leiter eine Lasche auf, die konfiguriert ist, um mit der Form zu verriegeln, um einen engen Formabschluss herzustellen.
Um zu verhindern, dass dem Chip durch Kräfte geschadet wird, die von anderen Komponenten durch den Leiter übertragen werden, wie beispielsweise hohe Ströme, falls der Leiter eine Sammelschiene aufweist, kann der Leiter eines oder mehrere Belastungselemente 328 aufweisen, die konfiguriert sind, um kleine Auslenkungen zu absorbieren. Ein derartiges Belastungselement 328 kann eine Öffnung, eine Kerbe, einen Schlitz oder eine andere Konfiguration in dem Leiter aufweisen, so dass bei einem Ausführungsbeispiel lediglich ein Teil, beispielsweise 50% oder weniger des Leiterquerschnitts verbleibt. Das Belastungselement 328 kann zum Zentrieren eines zweiten Leiters bezüglich des ersten verwendet werden, wie es in 21 gezeigt ist.
Um die Festigkeit einer Anbringung zwischen dem Leiter und dem Chip zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, den Leiter entlang dieser Schnittstelle mit Vertiefungen, Formverriegelungen oder anderen Elementen zu versehen. Es kann ferner vorteilhaft sein, den Formkörper zu formen, derart, dass ein zweiter Sensor bei minimalem übersprechen neben demselben platziert sein kann, wie beispielsweise bei einem Ausführungsbeispiel in rechten Winkeln. Der Formkörper sollte geformt sein, derart, dass ein zweiter Leiter elektrisch parallel zu dem ersten Leiter positioniert sein kann, um einen internen Widerstandswert zu verringern und den Strombereich des Sensors zu erhöhen. Wenn der erste Leiter über die Oberfläche des Chips verläuft, könnte der zweite Leiter dahinter verlaufen, wie es in 21 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 22 können Ausführungsbeispiele einen planen Streifen eines Leiters aufweisen, der eines oder mehrere Kontaktelemente aufweist, derart, dass der Strom parallel zu einer Längsseite des Streifens verläuft. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Streifen eine Mehrzahl von schmalen Schlitzen auf, die senkrecht zu der Längsseite und über etwa die Hälfte einer Breite des Streifens gebildet sind. In 22 sind vier Ausführungsbeispiele gezeigt. Ein Streifen 502 weist zwei Schlitze 504 auf, ein Streifen 506 weist drei Schlitze 504 auf, ein Streifen 508 weist vier Schlitze 504 auf und ein Streifen 510 weist fünf Schlitze 504 auf. Hinsichtlich der sich ergebenden Stromflusslinien erhöht sich im Allgemeinen die Quadratanzahl des internen Widerstandswerts lediglich mäßig mit der Anzahl von Schlitzen, wie es in der folgenden Tabelle gezeigt ist:

Anzahl von Schlitzen Quadrat

0 5

2 6,5

3 7,3

4 8,6

5 10,3
Somit verdoppelt sich bei einem Ausführungsbeispiel der interne Widerstandswert näherungsweise bei fünf Schlitzen (Streifen 510) gegenüber einem Streifen ohne Schlitze.
Dieses Prinzip kann auch auf drei Dimensionen erweitert werden, wie es in 23 gezeigt ist. In der Draufsicht von 23 verläuft die x-Koordinate von links nach rechts, y in die Seite hinein und z von unten nach oben bezüglich der Ausrichtung der Figur auf der Seite. In der unteren linken Ansicht von 23 ist x-y gezeigt, während in der unteren rechten Ansicht z-x gezeigt ist. Ein Leiter 512 kann mit dem oberen Ende eines Sensorchips gekoppelt sein.
24 zeigt einen planen Streifen eines Leiters 514 mit drei Schlitzen 504. Aufgrund der Symmetrie ist lediglich die rechte obere Hälfte des Leiters 514 gezeigt. Jeder Schlitz 504 weist bei einem Ausführungsbeispiel eine rechteckige Form mit einem gekrümmten Ende auf und erstreckt sich zu der Mittellinie des Streifens 514. 24A zeigt Stromlinien, die von links nach rechts bezüglich der Ausrichtung der Seite verlaufen, und 24B zeigt die Stromdichte in der Mittenebene und an der Oberfläche des Leiters 514.
Wie es zu sehen ist, ist die Stromdichte nahe dem Ende jedes Schlitzes 504 erhöht. Die gekrümmte Konfiguration des Endes des Schlitzes 514 hält die Stromdichte bei einem Ausführungsbeispiel davon ab, sich übermäßig zu erhöhen, und die Stromdichte kann bei einem Ausführungsbeispiel etwa 1000 A/mm² erreichen oder übersteigen. Es ist im Allgemeinen nicht erwünscht, die Stromdichte weiter zu erhöhen, weil bei etwa. 100000 A/mm² selbst Kupfer aufgrund von Elektromigration eine Belastungsverschlechterung zeigt. Eine weitere Herausforderung besteht in einem Verhindern eines lokalen Überhitzens des Leiters 514, was dazu führen kann, dass die Stromflusslinien aufgrund eines örtlich erhöhten Widerstandswerts einen Weg um die Ecken verändern, wodurch eine nichtlineare Abhängigkeit des Feldes gegenüber dem Strom entsteht. Diese Wirkung kann sich auch auf eine Zeitabhängigkeit des Stromes beziehen. Diese und andere unerwünschte Wirkungen können durch ein Abrunden des Endes der Schlitze 504 bei Ausführungsbeispielen verringert oder beseitigt werden, wie es in 24 gezeigt ist.
25A zeigt eine vertikale Feldkomponente B_z (beachte das System von Koordinatenachsen in 24) entlang der Linie 516 in 24. Bei einem Ausführungsbeispiel befindet sich die Linie 516 etwa 30 μm über dem Leiter 514 und befindet sich eine Linie 518 etwa 300 μm über dem Leiter 514. 25B zeigt eine Abtastung von B_z in der vertikalen (z-) Richtung mit der Linie 516 bei x = 2 mm, wo sich der rechte Schlitz 504 befindet, und der Linie 518 bei x = 0 mm, wo sich der linke Schlitz 504 befindet. Wie es zu sehen ist, ist das Magnetfeld über/unter dem Ende des Schlitzes 504 verstärkt. Daher sind diese Stellen für eine Platzierung eines Hall-Sensors für eine Messung des Wertes des Magnetfeldes geeignet. Bei Betrachtung der Richtung der Stromflusslinien ist ferner das Feld negativ, wenn ein Schlitz 504 sich zu der Rechten befindet, und negativ, falls ein Schlitz 504 sich zu der Linken befindet.
Falls das B_z-Feld etwa 30 μm über dem 2 mm dicken Leiter 514 abgetastet wird, während etwa 202 A durch den Leiter 514 fließen, ergibt sich bei einem Ausführungsbeispiel 26. 26 stellt dar, dass das Feld ein positives Maximum über dem Ende eines mittleren Schlitzes und ein negatives Minimum über dem Ende eines rechten Schlitzes aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel können zwei oder mehr Leiter kombiniert sein, wie es in 27 gezeigt ist, um die Magnetfeldstärke zu erhöhen, obwohl dies im Allgemeinen auf Kosten des internen Widerstandswerts geht. Ein Leiter 520 weist eine erste Ebene 522 und eine zweite Ebene 524 über der ersten Ebene 522 auf. 28 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Leiterebenen 522 und 524.
Bei Ausführungsbeispielen, wie beispielsweise falls die Vorrichtung in einer aufrechten Position befestigt ist, kann es vorteilhaft sein, den Primärleiter zu erweitern, um eine Kühlrippe 526 zu bilden, in 29 gezeigt, die bei einem Liefern der Wattzahl helfen kann, die in dem Stromsensor dissipiert wird. Die Rippe 526 kann von dem geformten Teil des Gehäuses bzw. Bausteins vorstehen, um einen niedrigen Wärmewiderstandswert zu erreichen (d. h. einen großen Wärmeübertragungskoeffizienten). Ferner können Leiter auf der Ebene 0 (522) und 1 (524) in der Richtung der Schlitze 504 auch ausgebildet sein, um von dem Formkörper des Gehäuses bzw. Bausteins vorzustehen und zusätzliche Kühlrippen zu bilden.
Der Halbleiterchip kann bei einem Ausführungsbeispiel zwischen beiden Ebenen 524, 526 von Leitern platziert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen der Chip auch über dem oberen Leiter 524 oder unter dem unteren Leiter 522 platziert sein kann. Zusätzliche Leiterschichten können bei anderen Ausführungsbeispielen ebenfalls gebildet sein und der Chip kann zwischen benachbarten Schichten, über einer oberen Schicht oder unter einer unteren Schicht platziert sein. Bei Niederstromsensoren, wie beispielsweise für etwa 1 A, kann es vorteilhaft sein, die Schichten zu integrieren, derart, dass die Schichten obere Metallschichten des Halbleiterchips bilden, ähnlich Leistungsmetallschichten bei Leistung-BiCMOS-Siliziumtechnologien. Für höhere Strombereiche, wie beispielsweise etwa 5 A bis etwa 10 A, können diese Schichten in oder an einer gedruckten Mehrschichtschaltungsplatine gebildet sein. Für noch höhere Strombereiche, wie beispielsweise etwa 10 A bis etwa 100 A, können diese Schichten mit einer Feststoffschichtlage aus Kupfer gebildet sein, die auch die Chipanschlussfläche des gewöhnlichen Leitungsrahmens ersetzen kann. Bei Ausführungsbeispielen können diese Technologien durch ein Aufweisen einer Schicht, die als eine obere Metallschicht in der Siliziumgießerei gebildet ist, während eine andere Schicht auf der Ebene der gedruckten Schaltungsplatine angefügt wird, gemischt werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 28B gezeigt ist, ist der Strom geteilt, wobei ein erster Stromanteil durch den oberen Leiter 524 geleitet wird und ein zweiter Stromanteil durch den unteren Leiter 522 geleitet wird. Im Unterschied dazu, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von 29 gezeigt ist, fließen der erste und der zweite Stromanteil in 28B in beiden Leitern 522, 524 in die gleiche Richtung. Diese Konfiguration verringert den elektrischen Widerstandswert. Bei dieser Parallelschaltung von Leitern sind die Schlitze in den Leitern 522, 524 kongruent im Gegensatz zu spiegelsymmetrisch, wie bei 29. In 28B sind der obere und der untere Leiter 522, 524 aus getrennten Stücken gebildet. Zusätzlich zu einem niedrigeren Widerstandswert besteht ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration darin, dass das Magnetfeld entworfen sein kann, um entlang der vertikalen Position homogen zu sein, falls der Chip zwischen beiden Leitern platziert ist.
Falls ein Stapel von mehreren Schichten gebildet ist, kann es vorteilhaft sein, die Dicke jeder Schicht mit einem Abstand zu den Magnetfeldsensoren zu erhöhen, wie es in 30 gezeigt ist. 30 zeigt nicht die Bonddrähte für den Sensor, wie beispielsweise für die Sensormasse, -versorgung und -Eingänge/Ausgänge. Ein System 530 weist eine mehrschichtige gedruckte Schaltungsplatine (PCB, printed circuit board) 532 mit einer Ausnehmung auf, in der der Halbleiterchip 534 platziert ist. Der Chip 534 weist zwei obere Metallschichten 536 auf, die als ein geschlitzter Primärleiter strukturiert sind, wie es oben beschrieben ist, und in einer isolierenden bzw. elektrisch trennenden Schicht 538 eingebettet sind. Der Strom tritt von rechts an einer PCB-Leiterbahn über eine oder mehrere Bondschleifen 540 auf die unterste Metallschicht ein, die an dem Chip 534 gezeigt ist. Nachdem der Strom Hall-Sonden 542 auf der linken Seite des Chips 534 durchlaufen hat, verläuft der Strom zu einer dickeren oberen Metallschicht, die in dem Halbleiterfertigungsprozess integriert wurde, und durchläuft erneut die Hall-Sonden 542, wenn auch dieses Mal von links nach rechts mit Bezug auf die Ausrichtung auf der Seite. Auf der rechten Seite verläuft der Strom bis zu noch einer anderen Ebene zu einer Leiterfolie 544. Der Strom fließt von rechts nach links und dann nach unten auf der linken Seite in die PCB 532. Die PCB 532 weist zwei interne Schichten 546 auf. Unterhalb der PCB befindet sich eine weitere Schicht 548, zu deren Rechten der Strom das System 530 verlässt.
Bei dem System 530 erhöht sich die Dicke der verschiedenen Schichten im Allgemeinen mit einem Abstand von den Hall-Sonden 542. Bei einem Ausführungsbeispiel kann dies das Verhältnis des Magnetfeldes an den Sensoren gegenüber einer Leistungsdissipation in dem Leiter optimieren. Es kann auch vorteilhaft sein, dass der Strom die Vorrichtung 530 auf der gleichen Seite verlässt, wie derselbe eintritt, wodurch derselbe durch eine gerade Anzahl von Schichten fließt. Dies ermöglicht, dass das Magnetfeld der Struktur 530 außerhalb des Sensors verschwindet, um keine benachbarten Vorrichtungen zu stören, wie beispielsweise dann, falls mehrere Stromsensoren benachbart zueinander angeordnet sind.
Mehrere Schichten können ferner elektrisch parallel angeordnet sein. Bei derartigen Ausführungsbeispielen können die Schlitze 504 übereinander angeordnet sein.
Mehrere dreidimensional dicke Leiter, die übereinander analog zu den flachen Leitern platziert sind, die hierin oben beschrieben sind, können ebenfalls verwendet werden. Eine derartige Anordnung kann vorteilhaft sein, falls der Chip zwischen Leitern 544 und 548 platziert ist.
Angesichts der oben beschriebenen Feldauftragungen kann eine Platzierung der Hall-Sensoren bestimmt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Hall-Sensor direkt oberhalb oder unterhalb des Endes jedes Schlitzes angeordnet sein. Es ist somit irrelevant, ob die Hall-Platte kleiner oder größer als der Schlitz ist, und der Schlitz könnte im Prinzip unendlich schmal sein, während die Hall-Platte typischerweise etwa 50 bis etwa 100 um breit ist. Bei einem Ausführungsbeispiel verliert sich die Größe des Schlitzes mit einem vertikalen Abstand des Hall-Sensors zu der Oberfläche des Leiters. Falls beispielsweise der Hall-Sensor 300 μm von der Oberfläche des Leiters weg ist, würde das für einen Schlitz mit einem Durchmesser von 30 μm nicht gelten, weil diese Konfiguration zu einer sehr scharfen Spitze der Stromdichte, und somit des Magnetfeldes, führen würde, das nicht weit genug in den Raum vorstehen würde, um das Hall-Element zu erreichen.
Eine Unterdrückung inhomogener Hintergrundmagnetfelder mit einem Gradiometer von allgemein höherer Ordnung gemäß Ausführungsbeispielen wird mit Bezug auf 31 beschrieben. In 31 ist ein Chip mit n Magnetfeldsensorelementen, H1–Hn gezeigt, die entlang einer geraden Linie parallel zu der x-Richtung verteilt sind. Das Hintergrundfeld kann als eine Taylor-Reihe ausgedrückt werden:
Das Signal des m-ten Magnetfeldsensors wird zu
falls der Fehler der Ordnung n + 1 vernachlässigt wird. Der Stromsensor berechnet das Signal Stotal = H1 + k2H2 +k3H3 + ... + knHn mit k₁ = 1.
In der obigen Gleichung sind die Koeffizienten k₂ ... k_n reelle Zahlen, die von der x-Position der Magnetfeldsensoren über den folgenden Satz von n + 1 simultanen Gleichungen abhängen, wobei p von 0 bis n reicht und δ_m,p das Kroneckersche Delta ist:
simultan für alle m = 0 ... n
Für den Fall, bei dem n = 3 gilt, lautet die Lösung wie folgt: k1 = 1, k2 = –(x0 – x2)/(x1 – X2), k3 = (x0 – x1)/(x1 – x2).
Falls die drei Sensorelemente an einem regelmäßigen Gitter gleichmäßig beabstandet sind, folgt, dass x₂ – x₁ = x₁ – x₀ und k₂ = –2, k₃ = 1 oder S_total = H₁ – 2H₂ + H₃.
Für den Fall, bei dem n = 4 gilt, lautet die Lösung:
Falls die vier Sensorelemente an einem regelmäßigen Gitter gleichmäßig beabstandet sind, dann gilt x₃ – x₂ = x₂ – x₁ = x₁ – x₀ und k₂ = –3, k₃ = 3, k₄ = –1.
Für den Fall, bei dem n = 5 gilt, lautet die Lösung:
Falls die fünf Sensorelemente an einem regelmäßigen Gitter gleichmäßig beabstandet sind, dann gilt x₄ – x₃ = x₃ – x₂ = x₂ – x₁ = x₁ – x₀ und wir erhalten: k₂ = –4, k₃ = 6, k₄ = –4, k₅ = 1.
Im Allgemeinen ist ein Übersprechen bei einer steigenden Anzahl von Schlitzen und Hall-Sonden und bei einem sich verringernden Abstand zwischen denselben verringert. Die Grenze der Gesamtanzahl entsprechender Schlitze ist durch den maximal zulässigen internen Widerstandswert des Primärleiters, der Herstellbarkeit von Schlitzen (schmale Schlitze werden zunehmend schwierig herzustellen) und durch die maximale Chipgröße (welche Kosten des Halbleiters erhöht) gegeben. In der Praxis ist die Übersprechunterdrückung bei Ausführungsbeispielen von drei Hall-Sonden ziemlich gut und ist im Allgemeinen für die meisten Anwendungen hoch genug.
Sensorsysteme mit drei Hall-Sonden können auch leicht unterschiedliche Formen bei verschiedenen Ausführungsbeispielen aufweisen, obwohl einige eventuell hinsichtlich Widerstandswert, Wärmeleitfähigkeit und Steifigkeit nicht optimal sind. Bei dem Ausführungsbeispiel von 32, das drei Hall-Sensoren und eine differentielle Messung aufweist, ist die Ausgabe gleich der Summe der äußeren Hall-Signale minus zweimal das mittlere Hall-Signal. Der Leiter kann ferner lediglich einen einzigen Schlitz aufweisen, wie es in 33 gezeigt ist, um die Stromlinien in der Form eines „U” um den Schlitz herum zu biegen.
Eine vorteilhaftere Konfiguration kann drei Schlitze aufweisen, wie es in 34A gezeigt ist, weil eine derartige Konfiguration ein höheres Magnetfeld bei einem lediglich leicht erhöhten Widerstandswert des Leiters liefern kann. 34B zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einen U-förmigen Leiter 550 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 34B ist ein Schlitz nicht nötig, um Stromlinien zu biegen, wie bei anderen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen. Vielmehr können Ecken 552 eines Leiters 550 für einen ähnlichen oder den gleichen Effekt verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel betragen die Ecken 552 in etwa 90 Grad, während bei anderen Ausführungsbeispielen die Ecken 552 in einem Bereich von etwa 0 Grad bis etwa 120 Grad liegen. Ein Schlitz 554 kann ebenfalls betrachtet werden, um eine Ecke von etwa 0 Grad bis etwa 30 Grad bei einem Ausführungsbeispiel aufzuweisen. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 34C gezeigt.
Eine alternative Konfiguration ist in 35 gezeigt, bei der der Strom gerade ist, ohne sich zu biegen, was den Vorteil eines niedrigeren Widerstandswerts liefert, aber einen Nachteil eines Unterdrückens von lediglich externen Feldgradienten in der x-Richtung, aber nicht in der y-Richtung. Eine derartige Konfiguration kann bei Ausführungsbeispielen angemessen sein, bei denen eine Breite des Leiters in der y-Richtung verglichen mit dem Abstand in x- Richtung zwischen den Sensorelementen klein ist. Zum Beispiel und unter erneuter Bezugnahme auf 34A kann der interne Widerstandswert des Leiters durch Verschieben des mittleren Sensorelements, sowie des entsprechenden Schlitzes, leicht nach unten in die y-Richtung, wie beispielsweise um bis zu mehrere Zehntel Millimeter, verringert werden. Dies wird jedoch auch eine leicht verringerte Unterdrückung inhomogener Hintergrundfelder bewirken, aber solange dasselbe ähnlich der Wirkung einer Fehlanpassung der Sensorelemente ist, wird die verringerte Unterdrückung die Leistungsfähigkeit des Systems nicht erheblich verschlechtern.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Leiters mit einer Geometrie ähnlich dieser von 34B reicht ein mittlerer Schlitz bis zu y = 0,05 mm, was etwas oberhalb der x-Achse liegt, wohingegen die äußeren Ecken bis y = –0,05 mm herunterreichen, was etwas unterhalb der x-Achse liegt, und sowohl die Spitze des Schlitzes als auch die Ecken weisen Krümmungsradien auf, deren Zentren exakt auf der x-Achse (y = 0) positioniert sind. Der Grund wird angesichts der Feldverteilung ersichtlich: Dort sind die Extremwerte des Magnetfeldes in die Schlitz/Eck-Region verschoben und die mittlere Spitze ist bei y = –0,3 mm positioniert, wohingegen die Spitze nahe der Ecke bei y = +0,3 mm liegt.
Obwohl die Mitten von Radien aller Schlitze und Ecken auf einer geraden Linie liegen, der x-Achse, trifft dies somit nicht auf die Spitzen in der Feldverteilung zu. Es ist daher bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, die Magnetfeldsensoren entsprechend zu verschieben, so dass die Sensoren das maximale Feld erfahren. Wenn die Sensorelemente exakt bei y = 0 gehalten werden, führt dies zu einem Verlust von etwa 17% des Signals verglichen mit den Spitzen des Feldes. Das Problem besteht darin, dass, falls die Sensorelemente nicht auf einer geraden Linie sind, dieselben lediglich Hintergrundfelder unterdrücken, die bezüglich der y-Koordinate konstant sind, dieselben jedoch keine Felder unterdrücken, die entlang der y-Richtung inhomogen sind. Solange die Verschiebung jedoch gering ist, wie beispielsweise etwa +/–0,3 mm bei einem Ausführungsbeispiel, ist dies immer noch ein guter Kompromiss, insbesondere da eine vollkommene Unterdrückung von Hintergrundfeldern lediglich bei einer perfekten Anpassung von Magnetsensorelementen funktioniert, was ohnehin eine Hintergrundunterdrückung einschränkt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Spitze des mittleren Schlitzes zu sogar größereny-Positionen verschoben sein. Die Spitzen der Feldverteilung liegen dann näher an einer horizontalen Achse und alle drei Sensorelemente könnten auf dieser geraden Linie platziert sein, doch dies erhöht den internen Widerstandswert des Leiters, was ein Nachteil ist.
Wie es vorhergehend erwähnt wurde, können die Hall-Sonden entlang einer geraden Linie angeordnet sein, derart, dass Hall-Sonden abwechselnd auf der Linken und der Rechten angeordnet sind, wenn man sich entlang der stärksten Stromlinie bewegt. Die stärkste Stromlinie befindet sich im Allgemeinen dort, wo der Betrag der Stromdichte an einer Oberfläche mit konstantem Potential am höchsten ist.
Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen, die drei oder mehr Hall-Sensoren aufweisen, ist eine erhöhte Unempfindlichkeit gegenüber Hintergrundfeldern von benachbarten Leitern, wie es in 36 gezeigt ist, die ein Querschnitt eines Halbleiterchips mit zwei Leitern mit kreisförmigen Querschnitten ist, und wie folgt gilt:
I₁ ist der Strom, der gemessen werden soll, während I₀ ein benachbarter Strom ist, der ein Hintergrundfeld erzeugt. Eine Übersprechunterdrückung (CS, crosstalk suppression) lasst sich wie folgt ausdrücken:
CS ist im Allgemeinen nicht sehr hoch. Falls die Leistungslinie I₀ sich in einem typischen Abstand von x₀ = 50 mm und t = 0,8 mm befindet, beträgt die Unterdrückung zwischen etwa 100 (falls die Hall-Sondendistanz groß ist, beispielsweise 2a = 10 mm) und 1600 (falls die Hall-Sonden näher liegen, beispielsweise 2a = 2 mm). Falls sich der Isolationszwischenraum bzw. Trennzwischenraum erhöht, beträgt die Unterdrückung etwa 700 (2a = 3,2 mm, x₀ = 50 mm und t = 2 mm). Siehe auch 37.
Ein differentielles System mit drei Hall-Elementen ist in 38 gezeigt. Die Magnetfelder lassen sich wie folgt ausdrücken:
Die Übersprechunterdrückung lässt sich wie folgt ausdrücken:
Selbst bei 2a = 5 mm, 2b = 2 mm und x₀ = 50 mm und t = 0,8 mm beträgt die Übersprechunterdrückung etwa 30000 oder 90 dB, was etwa 40 mal besser ist als bei einem einfachen System mit zwei Hall-Elementen.
Eine höhere Übersprechunterdrückung kann theoretisch bei Systemen mit 4, 5 oder 6 Hall-Elementen erreicht werden. Eine Beschränkung der Übersprechunterdrückung ist jedoch eine Fehlanpassung von Magnetempfindlichkeiten aller Hall-Sonden. Falls zwei Hall-Sonden leicht unterschiedliche Magnetempfindlichkeiten aufweisen, ist die Differenz nicht vollständig unabhängig von homogenen Hintergrundfeldern. Daher benötigen derartige Systeme eine Einrichtung, um die Magnetempfindlichkeit aller Hall-Sonden einzustellen und dieselbe bei einem hohen angepassten Pegel zu halten. Zu diesem Zweck sind Ausführungsbeispiele des Systems mit mehreren Testmodi ausgerüstet, bei denen Differenzen bei Signalen zwischen zwei benachbarten Hall-Sonden ausgegeben werden. Während eines Backend-Testens werden homogene Magnetfelder an den Sensor angelegt, so dass es möglich ist, die Fehlanpassung einer Magnetempfindlichkeit zwischen jeden zwei benachbarten Hall-Sensoren zu erfassen. Zudem kann das System einen Speicher aufweisen, wie beispielsweise einen EEPROM (electrically-erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), in dem Einstellungskoeffizienten für die Magnetempfindlichkeit und Temperaturabhängigkeit gespeichert sein können. Während eines Betriebs kann das System diese Koeffizienten verwenden, um die Magnetempfindlichkeiten aller Hall-Sonden einzustellen, bis dieselben gleich sind. Dies kann einen hohen Grad an Hintergrundunterdrückung liefern. Weil eine Magnetempfindlichkeit durch eine mechanische Belastung beeinflusst wird, kann auch eine Belastungskompensationsschaltung verwendet werden, wie dieselbe beispielsweise in der gemeinschaftlich übertragenen deutschen Patentanmeldung Nr. DE 102006045141.4 offenbart ist, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die Leistungsfähigkeit von Ausführungsbeispielen des Sensorsystems kann auch verbessert sein, falls dasselbe an einem einzigen Chip integriert ist, der eine sehr homogene Temperatur, mechanische Belastung und Halbleiterprozessparameter aufweist. Eine elektrostatische Abschirmungsschicht kann ferner zwischen den Magnetfeldsensoren und dem Primärleiter eingefügt sein. Ausreichend dicke, qualitativ hochwertige dielektrische Trennschichten bzw. Isolationsschichten können ferner zwischen den verschiedenen Metallschichten des Primärleiters und dem Sensorchip eingefügt sein, um das Spannungspotential der Primärschaltung, typischerweise hoher Strom und hohe Leistung, von der Sensorschaltung mit niedriger Spannung zu trennen. Ausführungsbeispiele des Sensorsystems können ferner eine hochentwickelte Drehstromtechnik nutzen, um den Versatz der Hall-Sonden zu verringern, bei dem es sich um das Ausgangssignal bei Abwesenheit eines jeglichen Magnetfeldes handelt, das auf dieselbe wirkt, wie beispielsweise effektiv bis zu etwa 10 μT bei einem Ausführungsbeispiel.
Planare Hall-Sonden können bei einem Ausführungsbeispiel oberhalb oder unterhalb des Endes jedes Schlitzes angeordnet sein. Der Leiter kann ferner erweitert sein, so dass derselbe mehrere Schichten aufweist, die voneinander getrennt bzw. isoliert sind und in Reihe oder parallel geschaltet sind.
39 zeigt eine seitliche perspektivische Ansicht einer chipbasierten Magnetsensoranordnung, die sowohl einen Leitungsrahmen 1001 als auch einen Leistungsmetallabschnitt 1002 umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß der in 39 gezeigten Ausrichtung ist der Chip 1003, der Magnetsensorelemente 1004 umfasst, auf dem Leitungsrahmen 1001 angeordnet. Der Leistungsmetallabschnitt 1002 ist zwischen dem Leitungsrahmen 1001 und dem Chip 1003 angeordnet und ist von dem Chip 1003 durch eine elektrische Isolatorschicht 1005 getrennt. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Leistungsmetallabschnitt 1002 aus einem unterschiedlichen Metall als der Leitungsrahmen 1001 gebildet sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der Leistungsmetallabschnitt 1002 aus dem gleichen Material wie der Leitungsrahmen 1001 gebildet.
Der Leistungsmetallabschnitt 1002 kann an dem Leitungsrahmen 1001 durch verschiedene Verfahren gebildet sein, beispielsweise Sputtern, chemische Dampfabscheidung oder andere bekannte Arten zum Bilden metallischer Strukturen auf kleiner Skala. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine oder können mehrere dünne Metallschichten auf eine Oberfläche des Chips 1003 aufgebracht werden, nachdem der Wafer dem gewöhnlichen Front-End-Prozess mit einer endgültigen PCM (process control monitoring = Prozesssteuerüberwachung) unterzogen wurde, beispielsweise nachdem die Isolatorschicht 1005 auf den Chip 1003 aufgebracht wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Leistungsmetallabschnitt 1002 ausgebildet, um 10 bis 100 μm dick zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel, um Fertigungskosten zu verringern, kann der Leistungsmetallabschnitt 1002 unter Verwendung von Tintenstrahlsystemen gebildet sein, die auf dem Gebiet bekannt sind, beispielsweise unter Verwendung fein geschliffener Pulver mit Submikrometerdurchmessern, die auch als Nano-Teige bekannt sind.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind der Leistungsmetallabschnitt 1002 und der Leitungsrahmen 1001 aufgebaut, um Eigenschaften des Stromflusses bezüglich der Magneterfassungselemente 1004 zu modifizieren, um eine Fähigkeit der Magneterfassungselemente 1004 zu verbessern, einen Strom zu erfassen. Beispielsweise kann der Leistungsmetallabschnitt 1002 mit feineren Schlitzen als diesen des Leitungsrahmens 1001 und/oder mit Schlitzen gebildet sein, die kleinere Krümmungsradien der Spitze als diese des Leitungsrahmens 100 aufweisen, wie es beispielsweise in 40 und 41 gezeigt ist, die unten beschrieben sind.
40 zeigt eine Ansicht von oben nach unten eines Leitungsrahmens 1001 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 40 zeigt ferner eine Silhouette, die eine Positionierung eines IS-Chips 1003 gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Chips 1003/Leitungsrahmens 1001 zeigt. Der Leitungsrahmen 1001 ist aufgebaut, um im Allgemeinen flach zu sein (in einer Abmessung parallel zu der Seite von 40), wobei ein Strom global in eine Längsrichtung relativ zu der Konfiguration des Leitungsrahmens 1001 fließt. Der Leitungsrahmen 1001 kann zumindest eine Kerbe 1011 umfassen. Die zumindest eine Kerbe 1011 kann geformt und angeordnet sein, um zu bewirken, dass ein Weg eines Stroms, der sich durch den Leitungsrahmen 1001 bewegt, eine Richtung ändert und sich um die Kerbe 1011 herum bewegt, wobei so eine Dichte des Stroms für eine verbesserte Erfassung durch Magneterfassungselemente 1004 erhöht wird.
Die Kerben 1011 können senkrecht zu der globalen Stromrichtung gebildet sein und sich von einer Kante 1015 des Leitungsrahmens 1001 aus erstrecken. Die Kerben können sich bis zu Punkten nahe einer Achse 1012 des Leitungsrahmens 1001 erstrecken. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Achse 1012 in einer Richtung parallel zu einer globalen Stromrichtung des Leitungsrahmens 1001 angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Magneterfassungselement 1004 in der Nähe der Achse 1012 angeord net sein. Die Kerben 1011 können angeordnet sein, um mit einem oder mehreren Magnetsensorelementen 1004, die an Positionen entlang der Achse 1012 angeordnet sind, schnittstellenmäßig verbunden zu sein.
Wie es ebenfalls bei dem Ausführungsbeispiel von 40 gezeigt ist, können die Kerben 1011 mit einer im Wesentlichen dreieckigen Form ausgebildet sein, wobei eine erste und eine zweite Seite 1041 angeordnet sind, um einen Winkel mit der Kante 1015 zu bilden. Andere Formen der Kerben 1011 werden ebenfalls betrachtet, beispielsweise irgendeine Kombination von rechteckigen, quadratischen oder teils oder ganz bogenförmigen Kerben 1011.
41 zeigt eine Ansicht von oben nach unten eines Leistungsmetallabschnitts 1002 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es oben mit Bezug auf 39 beschrieben ist. Wie es in 39 gezeigt ist, kann der Leistungsmetallabschnitt 1002 aufgebaut sein, um mit dem Leitungsrahmen 1001 schnittstellenmäßig verbunden zu sein, um Stromcharakteristika zum Erfassen durch Magneterfassungselemente 1004 zu verbessern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Leistungsmetallabschnitt 1002 sich in elektrischem Kontakt mit dem Leitungsrahmen 1001 befinden.
Der Leistungsmetallabschnitt 1002 kann zumindest einen Schlitz 1021 umfassen, der senkrecht zu der globalen Stromrichtung gebildet ist und sich von einer Kante 1025 des Leistungsmetallabschnitts 1002 aus erstreckt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann sich der zumindest eine Schlitz 1021 bis zu einer Position an oder nahe einer Achse 1022 des Leistungsmetallabschnitts 1002 erstrecken. Die Achse 1022 ist in einer Richtung parallel zu einer Länge des Leistungsmetallabschnitts 1002 angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Achse 1022 des Leistungsmetallabschnitts 1002 angeordnet sein, um mit der Achse 1012 des Leitungsrahmens 1001 ausgerichtet zu sein. Die Kerben 1011 des Leitungsrahmens 1001 und die Schlitze 1021 des Leistungsmetallabschnitts 1002 können aufgebaut sein, um gegenseitig an Positionen entlang der Achse 1012, 1022 ausgerichtet zu sein, um Stromcharakteristika in der Nähe der Magnetsensorelemente 1004 zu verbessern.
Wie es ferner bei dem Ausführungsbeispiel von 41 gezeigt ist, kann der zumindest eine Schlitz 1021 eine erste und eine zweite Seite 1026 umfassen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Kante 1025 des Leistungsmetallabschnitts 1002 angeordnet sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein Ende 1027 des Schlitzes 1021 radial oder abgerundet sein, um einen Stromdichtepegel des Leistungsmetalls nahe dem Ende 1027 zu verringern. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Ende 1027 aus unterschiedlichen Formen gebildet sein, wie beispielsweise rechteckig oder dreieckig, basierend auf einer erwünschten Stromdichte oder anderen erwünschten Charakteristika.
Wie es in 42A und 42B gezeigt ist, kann der Chip 1003 ferner eine Achse 1032 aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn die Komponenten 1001–1003 angeordnet sind, wie es in dem Seitenansichtsausführungsbeispiel von 39 gezeigt ist, können die Achsen 1012, 1022 und 1032 im Wesentlichen ausgerichtet sein. Gemäß diesen Ausführungsbeispielen können die Magneterfassungselemente 1004 im Wesentlichen mit den Kerben 1011 und den Schlitzen 1021 ausgerichtet sein, wobei somit ermöglicht wird, dass die Kerben 1011 und die Schlitze 1021 Charakteristika eines Stromweges in der Nähe der Magneterfassungselemente 1004 modifizieren und somit eine Fähigkeit der Magneterfassungselemente 1004 verbessern, ein Magnetfeld zu erfassen, das durch Strom bewirkt ist.
42A zeigt einen IS-Chip 1003, der zumindest ein Magneterfassungselement 1004 umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zu den Magneterfassungselementen 1004 umfasst der Chip 1003 ferner eine Mehrzahl von E/A-Anschlussflächen 1007 (E/A, Eingabe/Ausgabe = Input/Output, I/O), die eine elektrische Verbindung mit einer Schaltungsanordnung und anderen Komponenten des Chips 1003 ermöglichen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 42A sind die Anschlussflächen 1007 positioniert, derart, dass, wenn der Leitungsrahmen 1001 und der Leistungsmetallabschnitt 1002 mit den Achsen 1012, 1022 im Wesentlichen mit der Achse 1032 des Halbleiterchips 1003 ausgerichtet sind, die Anschlussflächen 1007 an einer Oberfläche des Halbleiterchips 1003 freiliegend sind, wobei elektrische Verbindungen von oben, wie beispielsweise durch Flip-Chip-, Kugelgitterarray-Anschlussfläche/Gehäuse-Anordnungen und andere, oder von der Seite, wie beispielsweise durch eine Bondschleife und anderes, ermöglicht werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 42B gezeigt ist, können die Anschlussflächen 1007 an oder nahe einer Oberfläche des Chips 1007 gebildet sein, die an Positionen näher an der Achse 1032 verglichen mit den Anschlussflächen 1007 von 42A angeordnet ist. Verglichen mit diesem Ausführungsbeispiel können Abschnitte von den Schlitzen 1011 distal von der Achse 1012, 1022, 1032 als eine Durchführung genutzt werden, um eine elektrische Verbindung mit den Anschlussflächen 1007 von oben zu ermöglichen, beispielsweise gemäß Flip-Chip-, Kugelgitterarray- oder ähnlichen Gehäuse/Anschlussfläche-Anordnungen.
39–42 zeigen verschiedene Elemente einer speziellen Anordnung eines Chips 1003, eines Leistungsmetallabschnitts 1002 und eines Leitungsrahmens 1001, bei der Leitungsrahmen 1001 aufgebaut ist, um die Kerben 1011 zu umfassen, die angepasst sind, um mit den Schlitzen 1021 des Leistungsmetallabschnitts 1002 schnittstellenmäßig verbunden zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kerben 1011 nicht mit den Schlitzen 1021 zusammenhängend. Anstelle dessen sind die Kerben 1011 aus einer breiteren Form als die Schlitze 1021 gebildet, zu Zwecken eines Modifizierens von Charakteristika eines Stroms, der durch den Sensor 1000 fließt, um eine verbesserte Messung des Stroms durch Magnetsensorelemente 1004 zu ermöglichen.
43–47 zeigen verschiedene In-Streifen-Test-Ausführungsbeispiele gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, die hierin gezeigt und beschrieben sind. Vorausgesetzt, dass der Primärleiter im Allgemeinen viel größer als die Signalanschlussstifte des Leitungsrahmens ist, sollte der Leiter während eines Testens bzw. Prüfens nach einem Häusen bzw. Packen fest in dem Streifen gehalten sein. Dies kann durch kleine Brücken in dem Leitungsrahmen erzielt werden, die nach dem Testen entfernt werden, um den Sensor aus dem Leitungsrahmen freizugeben. Derartige Brücken weisen typischerweise das gleiche Material wie der Rest des Leitungsrahmens auf und dieses Material ist ein guter Leiter. Dies kann jedoch zu einem Problem werden, weil Kurzschlüsse sich zwischen den Enden des Primärleiters und dem Rest des Leitungsrahmens bilden können. Falls ein Strom in den Primärleiter während des Testens injiziert wird, wird der Strom über den Rest des Leitungsrahmens nebengeschlossen, was den Test ungenau oder nutzlos macht. Es ist nicht möglich, dieses Problem durch ein Freigeben des Primärleiters vor dem Ende des Tests zu vermeiden, weil der Primärleiter der Hauptteil des Leitungsrahmens ist und, falls derselbe nicht getragen ist, durch eine gewöhnliche In-Streifen-Test-Handhabungsvorrichtung nicht gehandhabt werden kann.
Anstelle dessen und gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Brücken umpositioniert werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. 43 zeigt eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von IS-basierten Stromsensoren zu Zwecken eines Durchführens von Tests gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Anordnung von 43 ist nach einem Gießen bzw. Formen und Entgraten, aber vor einem letzten Test gezeigt. Ein vollständiger Streifen kann durch horizontales und vertikales Erweitern der Grundanordnung von 43 gebildet werden, um einen gesamten Streifen zu bedecken. Die Anordnung umfasst vier Stromsensoren 2002, von denen jeder einen Primärleiter 2004, einen Halbleiterchip 2006 und Magnetfeldsensoren 2008 umfasst, die über den Kerben der Primärleiter 2004 positioniert sind. Der Formkörper ist bei 2010 und gezeigt und die Signalanschlussstifte bei 2012. Eine Brücke 2014 verbindet den Primärleiter 2004 eines Sensors 2002 mit dem Formkörper 2010 eines anderen Sensors, wie es rechts gezeigt ist, oder zwei Formkörper benachbarter Sensoren 2002, wie es links gezeigt ist. Die Brücken 2014 liefern starre mechanische Verbindungen zwischen Vorrichtungen 2002 in dem Streifen, während das Problem elektrischer Kurzschlüsse zwischen den Anschlussstiften 2012 und/oder Primärleitern 2004 benachbarter Sensoren 2022 beseitigt ist.
44 zeigt eine Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von IS-basierten Stromsensoren 2002 zu Zwecken eines Durchführens von Tests. Die Abmessungen sind exemplarisch für lediglich ein Ausführungsbeispiel und können bei anderen Ausführungsbeispielen variieren. In 44 misst der Streifen 2016 etwa 280 mm auf etwa 61 mm und weist 140 Testobjekte bzw. zu prüfende bzw. testende Vorrichtungen (DUT, devices under test) auf. Nach dem Test werden die Sensoren 2002, die bestanden haben, durch Abschneiden oder anderweitiges Abtrennen der Brücken 2014 und Bandwickeln der Brücken 2014 vereinzelt.
Bei dem Test ist es nicht nötig, dass die Primärleiter 2004 vollständig von anderen Sensoren 2002 an dem Streifen elektrisch getrennt bzw. isoliert sind, weil eine einzige Verbindung den Strom nicht kurzschließt. Somit können benachbarte Primärleiter 2004 bei einem Ausführungsbeispiel gekoppelt sein, wie es in 45 gezeigt ist. 46 zeigt eine andere alternative Kopplungsanordnung einer Mehrzahl von IS-basierten Stromsensoren 2002 zu Zwecken eines Durchführens von Tests gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Wie es in 47 gezeigt ist, ist es, falls mehrere Zellen diagonal in einem elektrischen Kontakt gekoppelt sind, wie es gezeigt und oben beschrieben ist, möglich, alle Vorrichtungen in einer Reihe oder alle Vorrichtungen in einer Spalte simultan ohne eine Störung bzw. Interferenz von benachbarten Vorrichtungen zu testen. Dies verringert eine Gesamttestzeit und verringert die Kosten, die dem Test zugeordnet sind.
Obwohl hierin zu Zwecken der Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben wurden, ist Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine breite Vielfalt anderer und/oder äquivalenter Implementierungen, die berechnet sind, um die gleichen Zwecke zu erreichen, die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute auf dem Gebiet erkennen ohne weiteres, dass die Erfindung in einer sehr breiten Vielzahl von Ausführungsbeispielen implementiert werden kann. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der verschiedenen hierin erörterten Ausführungsbeispiele abdecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006045141 [0135]

Claims

Magnetstromsensor (300; 1000), der in einer integrierten Schaltung (IS) integriert ist und in einem IS-Gehäuse gehäust ist, mit folgenden Merkmalen: einem IS-Chip, der ausgebildet ist, um zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) an einer ersten Oberfläche aufzuweisen; einem Leiter, wobei zumindest ein Schlitz in dem Leiter gebildet ist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Schlitzes und zumindest eines der Magneterfassungselemente (1004) relativ positioniert sind, derart, dass das zumindest eine der Magneterfassungselemente (1004) konfiguriert ist, um ein erhöhtes Magnetfeld zu erfassen, das in dem Leiter in der Nähe des ersten Endes des zumindest einen Schlitzes induziert wird; und einer elektrisch isolierenden Schicht, die zwischen dem Leiter und dem IS-Chip angeordnet ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) Hall-Effekt-Elemente aufweisen.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) linear angeordnet sind und voneinander beabstandet sind.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 3, bei dem ein Raum zwischen benachbarten der zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) im Wesentlichen gleich ist.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Abstand zwischen zumindest einem der Magneterfassungselemente (1004) und dem ersten Ende des zumindest einen Schlitzes weniger als etwa 200 μm beträgt.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der IS-Chip drei Magneterfassungselemente (1004) aufweist und drei Schlitze in dem Leiter gebildet sind, wobei jedes der drei Magneterfassungselemente (1004) relativ zu einem ersten Ende eines unterschiedlichen der drei Schlitze positioniert ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 6, der ferner eine Signalkonditionierungsschaltungsanordnung aufweist, die mit den drei Magneterfassungselementen (1004) gekoppelt ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 7, bei dem die Signalkonditionierungsschaltungsanordnung konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das auf eine Summe von Magnetfeldern, die durch einen ersten und einen zweiten der drei Magneterfassungselemente (1004) erfasst werden, minus zweimal ein Magnetfeld bezogen ist, das durch ein drittes der drei Magneterfassungselemente (1004) erfasst wird, wobei das dritte Magneterfassungselement (1004) zwischen dem ersten und dem zweiten der drei Magneterfassungselemente (1004) angeordnet ist.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem ein drittes der drei Magneterfassungselemente (1004) zwischen dem ersten und dem zweiten der drei Magneterfassungselemente (1004) angeordnet ist und bei dem ein Gesamtstrom in dem Leiter zwischen dem ersten und dem dritten Magneterfassungselement (1004) und zwischen dem zweiten und dem dritten Magneterfassungselement (1004) verläuft.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der IS-Chip drei Magneterfassungselemente (1004) aufweist, wobei ein erstes der drei Magneterfassungselemente (1004) relativ zu einem ersten Ende des zumindest einen Schlitzes positioniert ist und wobei ein zweites und ein drittes der Magneterfassungselemente (1004) relativ zu einer ersten beziehungsweise einer zweiten Ecke des Leiters positioniert sind.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die elektrisch isolierende Schicht Metall aufweist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 11, bei dem eine erste Seite der elektrisch isolierenden Schicht Leiterbahnen tragt, die mit Signalanschlussstiften des Sensors (300; 1000) gekoppelt sind, und eine zweite Seite der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Leiter gekoppelt ist.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die elektrisch isolierende Schicht zumindest eines aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Glas, Keramik, Band und eine gedruckte Schaltungsplatine aufweist.
Sensor (300; 1000), der folgende Merkmale aufweist: einen Chip mit zumindest drei Magnetfeldsensorelementen (1004); eine isolierende Schicht, die mit dem Chip gekoppelt ist; einen Leiter, der mit der isolierenden Schicht gegenüber dem Chip gekoppelt ist, wobei zumindest ein Hohlraum in dem Leiter von einer Kante des Leiters einwärts gebildet ist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Hohlraums und zumindest eines der Magnetfeldsensorelemente (1004) relativ positioniert sind, derart, dass das zumindest eine der Magnetfeldsensorelemente (1004) konfiguriert ist, um ein erhöhtes Magnetfeld zu erfassen, das in dem Leiter in der Nähe des ersten Endes des zumindest einen Hohlraums induziert wird; und eine Signalkonditionierungsschaltungsanordnung, die mit den zumindest drei Magnetfeldsensorelementen (1004) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das auf eine Summe von Magnetfeldern, die durch ein erstes und ein zweites der zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) erfasst werden, minus zweimal ein Magnetfeld bezogen ist, das durch ein drittes der zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) erfasst wird, wobei das dritte Magneterfassungselement (1004) zwischen dem ersten und dem zweiten der zumindest drei Magneterfassungselemente (1004) angeordnet ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 14, bei dem die Signalkonditionierungsschaltungsanordnung konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das auf eine Differenz von Magnetfeldern bezogen ist, die an unterschiedlichen der zumindest drei Magnetfeldsensorelemente (1004) erfasst werden.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem die zumindest drei Magnetfeldsensorelemente (1004) linear angeordnet und voneinander beabstandet sind.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 16, bei dem benachbarte der zumindest drei Magnetfeldsensorelemente (1004) im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem die zumindest drei Magnetfeldsensorelemente (1004) linear entlang einer Kante des Chips angeordnet sind.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 18, bei dem die Kante des Chips zumindest etwa 2,5 mm lang ist.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem ein Gesamtstrom, der durch den Leiter fließen soll, zwischen dem ersten und dem dritten Magneterfassungselement (1004) und dem zweiten und dritten Magneterfassungselement (1004) fließen wird.
Sensor (300; 1000) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem eine Breite des Hohlraums an dem ersten Ende im Wesentlichen die gleiche wie eine Breite des Hohlraums an einem zweiten Ende ist.
Sensor (300; 1000) gemäß Anspruch 20 oder 21, bei dem eine Breite des Schlitzes sich von der Kante des Leiters aus einwärts verjüngt.
Verfahren, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Magnetstromsensors (300; 1000) mit drei Erfassungselementen (1004), die linear bezüglich einander angeordnet sind und jeweils mit einem Ende von einem von drei Schlitzen ausgerichtet sind, die in einem leitenden Abschnitt gebildet sind; Erfassen einer erhöhten Stromdichte, die durch die drei Schlitze bewirkt ist, in zumindest einem Abschnitt des Leiters durch die zumindest drei Erfassungselemente (1004); und Ausgeben eines Signals, das auf eine Summe von Magnetfeldern, die durch ein erstes und ein zweites der drei Erfassungselemente (1004) erfasst werden, minus zweimal ein Magnetfeld bezogen ist, das durch ein drittes der drei Erfassungselemente (1004) erfasst wird, wobei das dritte Erfassungselement (1004) zwischen dem ersten und dem zweiten Erfassungselement (1004) angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 23, das ferner ein Bestimmen einer Differenz von Magnetfeldern aufweist, die durch unterschiedliche der drei Erfassungselemente (1004) erfasst werden.
Verfahren gemäß Anspruch 24, das ferner ein Liefern einer Differenzausgabe aufweist, die auf die Stromdichten in der Nähe der drei Erfassungselemente (1004) bezogen ist.