DE102011077281A1

DE102011077281A1 - Magnetfeldstromsensoren

Info

Publication number: DE102011077281A1
Application number: DE102011077281A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20110304327A1; US8680843B2; CN102331519A; CN102331519B

Abstract

Magnetfeldstromerfassungs-Vorrichtungen, -System und -Verfahren sind offenbart. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Stromsensor einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; zumindest eine Ankeranschlussfläche, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist; einen Stromeingang und einen Stromausgang, die galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert sind; zumindest einen Bonddraht, der mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, an die zumindest eine Ankeranschlussfläche genäht ist; und zumindest ein Sensorelement, das angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom induziert wird, der in dem zumindest einen Bonddraht fließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromsensoren und insbesondere auf Magnetfeldstromsensoren für integrierte Schaltungen.
Herkömmliche Stromsensorvorrichtungen einer integrierten Schaltung (IC; integrated circuit) können allgemein in zwei Gruppen unterteilt werden: Hochstrom und Niedrigstrom. Hochstromvorrichtungen können jene sein, die für Ströme über 50 Ampere (A) verwendet werden und massive Leiter aufweisen, wie zum Beispiel Abschnitte des Leitungsrahmens. Diese Vorrichtungen weisen üblicherweise einen niedrigen internen Widerstand auf, was erwünscht ist, aber sie leiden ferner unter einer niedrigen Stromdichte und Anordnungstoleranzherausforderungen zwischen dem Leiter und dem Halbleiterchip. Niedrigstromvorrichtungen sind üblicherweise geeignet für Ströme von 10 A oder weniger und weisen häufig Leiter auf, die auf der Oberfläche des Chips in dem Halbleiterherstellungsprozess hergestellt werden. Während Niedrigstromvorrichtungen nicht unter Anordnungstoleranzproblemen leiden, werden diese Vorrichtungen durch hohen internen Widerstand und Verlustleistungsprobleme herausgefordert.
Daher besteht ein Bedarf nach einer IC-Stromsensorvorrichtung, die für einen Bereich aus Strömen geeignet ist, wie zum Beispiel ungefähr 75 A oder weniger, die nicht die Probleme des hohen Widerstands der oben erwähnten Niedrigstromvorrichtungen haben, während sie ferner eine bessere Ausrichtung als die Hochstromvorrichtungen aufweisen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromsensor 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.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Stromsensor einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; zumindest eine Ankeranschlussfläche, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist; einen Stromeingang und einen Stromausgang, die galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert sind; zumindest einen Bonddraht, der mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, an die zumindest eine Ankeranschlussfläche genäht ist; und zumindest ein Sensorelement aufweist, das angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom induziert wird, der in dem zumindest einen Bonddraht fließt.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren das Bereitstellen eines Magnetfeldstromsensors auf, der zumindest einen Bonddraht aufweist, der an einem Stich zwischen einem Stromeingang und einem Stromausgang mit zumindest einer Ankeranschlussfläche gekoppelt ist, wobei der Stromeingang, der Stromausgang, der zumindest eine Bonddraht und die zumindest eine Ankeranschlussfläche galvanisch von einem Chip isoliert sind, und zumindest ein Sensorelement in der Nähe des Stichs angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Stromfluss in dem zumindest einen Bonddraht induziert wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Stromsensor einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die aus dem Halbleiterchip angeordnet ist; zumindest eine Ankeranschlussfläche, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist; einen Stromeingang und einen Stromausgang, die galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert sind; zumindest einen Bondstreifen, der mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des zumindest einen Bondstreifens, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, mit der zumindest einen Ankeranschlussfläche gekoppelt ist; und zumindest ein Sensorelement auf, das angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom induziert wird, der in dem zumindest einen Bondstreifen fließt.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Stromsensor einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; eine Mehrzahl von Ankeranschlussfälachen, die auf der Isolationsschicht angeordnet sind; einen Leitungsrahmenleiter, der galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert ist und einen Stromausgangsabschnitt und einen ersten und zweiten Stromeingangsabschnitt aufweist; einen ersten Bonddraht, der mit dem ersten Stromeingangsabschnitt und dem Stromaungangsabschnitt gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des ersten Bonddrahts zwischen dem ersten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt mit einer ersten der Mehrzahl der Ankeranschlussflächen gekoppelt ist; einen zweiten Bonddraht, der mit dem zweiten Stromeingangsabschnitt und dem Stromaungangsabschnitt gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des zweiten Bonddrahts zwischen dem zweiten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt mit einer zweiten der Mehrzahl von Ankeranschlussflächen gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von Sensorelementen auf, die angeordnet sind, um Magnetfelder zu erfassen, die durch Strom induziert werden, der in dem ersten und dem zweiten Bonddraht fließt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Querschnittansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6A eine Querschnittansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6B eine Draufsicht der Stromsensorvorrichtung gemäß 6A;
7A eine Querschnittansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7B eine Draufsicht der Stromsensorvorrichtung gemäß 7A;
8A eine Querschnittansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8B eine Draufsicht der Stromsensorvorrichtung von 8A;
9A eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9B eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12A eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12B eine Querschnittansicht der Stromsensorvorrichtung von 12A;
13A eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13B eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
14 eine Draufsicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Während die Erfindung an verschiedene Modifikationen und alternative Formen angepasst werden kann, wurden spezifische Details derselben beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden detailliert beschrieben. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass es nicht die Absicht ist, die Erfindung auf die bestimmten, beschriebenen Ausführungsbeispiele einzuschränken. Im Gegenteil, es ist die Absicht, alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abzudecken, die in das Wesen und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Die Erfindung bezieht sich auf IC-Magnetfeld-Stromerfassungsvorrichtungen. Bei Ausführungsbeispielen weisen die Stromsensorvorrichtungen eine verankerte Bonddrahtkonfiguration auf, die zu weniger Kontakten führt und daher einem niedrigeren internen Widerstand, weniger Wärmeerzeugung und geringeren Raumanforderungen. Ausführungsbeispiele zeigen daher ferner eine verbesserte Zuverlässigkeit und ein stabiles Magnetfeld pro Ampere über die Lebensdauer der Vorrichtung.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer IC-Stromsensorvorrichtung 100 gezeigt. Die Vorrichtung 100 weist einen Siliziumchip 102 auf, der an einem Chipträger (die paddle) 104 befestigt ist. Eine dielektrische Isolationsschicht 106 ist auf dem Chip 102 angeordnet. Ein Stromeingangsstift 108 und ein Stromausgangsstift 110 sowie der Chip 102 sind bei einem Ausführungsbeispiel von einer Formgiessmasse 112 einer Vorrichtungshäusung 114 umgeben, und ein Bonddraht 116 koppelt den Eingangsstift 108 mit dem Ausgangsstift 110. Die Stifte 108 und 110 sind galvanisch von dem Chip 102 bei Ausführungsbeispielen isoliert. Obwohl keine elektrische Verbindung von zusätzlichen Stiften mit dem Chip 102 in der Ansicht von 1 gezeigt ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine solche Verbindung auf verschiedene Weise erreicht werden kann. Bei Ausführungsbeispielen die jene umfassen, die hierin nachfolgend erörtert werden, können einer oder beide des Eingangsstifts 108 und Ausgangsstifts 110 einen Stift, eine Anschlussfläche, eine Zuleitung, eine Kugel, eine Fläche und einen Leitungsrahmenleiter aufweisen, wie es Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Bonddraht 116 ferner mit einer Ankeranschlussfläche 118 gekoppelt, die auf der Isolationsschicht 106 angeordnet ist. Die Ankeranschlussfläche 118 ist elektrisch schwebend, galvanisch von dem Chip 102 isoliert und befestigt den relativ dicken und daher niedrigohmigen Bonddraht 116 im Hinblick auf Sensorelemente, wie zum Beispiel Hall-Sensoren (nicht in 1 gezeigt), die in der Nähe positioniert sind, derart, dass die Sensorelemente ein Magnetfeld des Stroms erfassen, der in Betrieb durch den Bonddraht 116 fließt. Bei einem Ausführungsbeispiel weist eine Ankeranschlussfläche 118 ein normales Metall auf, wie zum Beispiel Aluminium, oder bei anderen Ausführungsbeispielen eine Metalllegierung.
Der Bonddraht 116 ist mit der Ankeranschlussfläche 118 durch einen „Stich” (stitch) in der Richtung des Stromflusses bei einem Ausführungsbeispiel gekoppelt. Im Allgemeinen ist die Länge des Stichs größer als die Breite. Bei Ausführungsbeispielen kann der Bonddraht 116 mit der Ankeranschlussfläche 118 und/oder Stiften 108 und 110 durch eine direkte Kupferverbindung bzw. Kupfer-Bonden, Ball-Verbindung bzw. -Bonden, Keil-Bonden, Nagelkopf-Bonden oder eine andere geeignete Technik gekoppelt sein, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Wie es Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, kann die Bondtechnik von einer oder mehreren Charakteristika des Bonddrahts 116 abhängen, wie zum Beispiel seinem Material, seiner Dicke oder einer anderen Qualität. Zum Beispiel ist ein Keil-Bonden (wedge bonding) typisch für Aluminiumbonddrähte, während ein Nagelkopf-Bonden für dünnere Bonddrähte besser geeignet sein kann. Der Bonddraht 116 bildet eine Schleife, so dass er bei Ausführungsbeispielen auch von einer Kante des Chips 102 um eine Distanz hd getrennt ist, um eine elektrische Isolierung bereitzustellen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist hd ungefähr 0,3 Millimeter (mm), was eine elektrische Isolierung von 6 Kilovolt (kV) oder mehr liefert. Bei anderen Ausführungsbeispielen variiert hd zum Beispiel zwischen ungefähr 0,1 mm und ungefähr 0,3 mm und/oder kann größer oder kleiner sein.
Eine Draufsicht der Stromsensorvorrichtung 100 ist in 2 gezeigt. In 2 sind elektrische und Ausgangssignalverbindungen zu dem Chip 102 umfasst, in der Form von Bondanschlussflächen 120 auf dem Chip 102, gekoppelt mit den Stiften 123 über Bonddrähte 124. Obwohl der Bonddraht 124 in 2 und in anderen Zeichnungen hierin gekrümmt gezeigt ist, kann er tatsächlich im Wesentlichen linear sein, wenn er bei Ausführungsbeispielen von oben betrachtet wird.
Ferner sind eine Mehrzahl von Sensorelementen 126 gezeigt, die relativ zu der Ankeranschlussfläche 118 und dem Bonddraht 116 angeordnet sind. Vier Sensorelemente 126, wie zum Beispiel Hall-Effekt-Elemente, sind in 2 gezeigt, obwohl andere Ausführungsbeispiele mehr oder weniger derselben aufweisen können. Bei Ausführungsbeispielen sind Sensorelemente 126 in der Nähe des Abschnitts des Bonddrahts 116 angeordnet, der mit der Ankeranschlussfläche 118 gekoppelt ist, was vorteilhafterweise Stabilität im Hinblick auf die Distanz zwischen den Sensorelementen 126 und dem Bonddraht 118 liefert, über den Sensorelemente 126 das Magnetfeld über die Lebensdauer der Vorrichtung 100 messen, sowie die Stabilität des Magnetfelds pro Ampere. Sensorelemente 126 sind im Allgemeinen links und rechts (im Hinblick auf die Richtung des Stromflusses) von dem Bonddraht 116 positioniert und unter und/oder in direkter Nähe zu der Ankerplatte 118. Wenn die Signale der Sensorelemente 126 subtrahiert sind, wird das Gesamtsignal unabhängig von den homogenen Hintergrundmagnetfeldern. Somit können statische oder transiente Differenzfelder gemessen werden.
Zusätzliche Vorteile werden durch die Vorrichtung 100 geliefert. Zum Beispiel, da nur ein einziger Kontakt zwischen dem Bonddraht 116 und der Ankeranschlussfläche 118 verwendet wird, wird im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen mit zwei für Stromeingang und -ausgang weniger Chipbereich benötigt. Ferner maximiert die geringe Größe der Ankerplatte 118 die lateralen Kriechstrecken und liefert eine gute Isolation durch Trennen der Ankerplatte 118 von dem Rand der Isolationsschicht 106, bei l in 2 in einer Abmessung gezeigt, obwohl es auf alle vier anwendbar ist, die gleich sein können oder nicht, was wiederum die Spannungsausfallzuverlässigkeit verbessert. Da der Strom den Bonddraht 116 nicht verlässt, wird die Verbindung mit der Ankerplatte 118 weniger Belastung ausgesetzt, was die Zuverlässigkeit der Verbindung erhöht. Die Ankerplatte 118 muss ferner nicht besonders dick oder niedrigohmig sein, so dass weniger teueres Aluminium anstelle von Kupfer verwendet werden kann.
Bei anderen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 100 zwei oder mehr Bonddrähte 116 auf, die bei Ausführungsbeispielen parallel und um ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm beabstandet angeordnet sind. Die Mehrzahl der Bonddrähte 116 kann auf einer einzelnen Ankerplatte 118 oder auf unterschiedlichen Ankerplatten 118 verankert sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Bonddrähte 116 vielleicht überhaupt nicht verankert, und anstelle wird ein Teil des Stroms nebengeschlossen. Sensorelemente 126 können neben der einen oder den mehreren Ankerplatten 118 angeordnet sein.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Sensorvorrichtung 200 ist in 3 gezeigt, bei dem Strom in entgegengesetzten Richtungen durch benachbarte Bonddrahtabschnitte fließt. Der obere Abschnitt (im Hinblick auf die Orientierung der Zeichnung auf der Seite) des Bonddrahts 216 ist an einer ersten Ankerplatte 218a verankert, während der untere Abschnitt des Bonddrahts 216 an einer zweiten Ankerplatte 218b verankert ist. Die Ankerplatten 118a und 118b sind voneinander beabstandet und elektrisch isoliert, obwohl die Isolation üblicherweise nur wenigen Volt standhalten muss, da der Spannungsabfall entlang des Bonddrahts 216 gering ist. Die Vorrichtung 200 weist ferner zwei Stromeingangsstifte 208a, 208b und zwei Stromausgangsstifte 210a, 210b auf. Das Ausführungsbeispiel von 3 zeigt nur die Bondanschlussflächen der Stifte, und bei Ausführungsbeispielen kann jeder Stift eine separate Bondanschlussfläche aufweisen oder mehrere Bondanschlussflächen können mit einem einzelnen Stift gekoppelt sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Stift 208a ein Eingang sein und Stift 208b ein Ausgang, derart, dass die Stifte 210a, 210b weder Eingänge noch Ausgänge sind und nur optional extern zugreifbar sein können.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die Ausgangsstifte 210a, 210b teilweise oder vollständig von einer Formgiessmasse eingeschlossen sein (in 3 nicht gezeigt), oder die Stifte 210a, 210b können vollständig von außerhalb einer Häusung der Vorrichtung 200 zugreifbar sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Stifte 210a, 210b einen einzelnen Stift in der Größe aufweisen, um zwei Drähte oder Abschnitte von Bonddrähten 216 zu verbinden. Bei einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel, wie in 4 gezeigt ist, können die Stifte 210a, 210b vollständig weggelassen sein.
Im Allgemeinen ist ein Vorteil der Konfiguration der Vorrichtung 200 die geringere Anfälligkeit für eine Magnetinterferenz, da die Signale der Sensorelemente 226b von den Signalen der Sensorelemente 226a subtrahiert werden können. Dies liefert eine operative Tripel-Hall-Stromsensorvorrichtung, wie sie in der verwandten und mitanhängigen US-Anmeldung Nr. 12/630,596 offenbart ist, mit dem Titel „Magnetic Field Current Sensors”, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Die Vorrichtung 200 kann ferner eine verbesserte Nebensprechunterdrückung liefern. Ein Nachteil kann jedoch ein höherer Widerstand sein, da der Bonddraht 216 langer ist.
Es kann bei Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein, eine gewisse Distanz hp (siehe zum Beispiel 1) zwischen dem Bonddraht und dem Chipträger zu haben, da das Magnetfeld des Bonddrahts Wirbelströme in dem Chipträger induzieren kann, was die Bandbreite der Stromsensorvorrichtung reduzieren kann. Um die Distanz hp zu erhöhen, kann eine Dicke des Chips bei Ausführungsbeispielen maximiert sein.
Wirbelströme können auch in der Ankerplatte auftreten. Um diese Ströme zu minimieren, weist die Ankerplatte bei einem Ausführungsbeispiel einen oder mehrere Schlitze auf. Es kann ferner vorteilhaft sein, Komponenten der Stromsensorvorrichtung, die unter der Ankerplatte angeordnet sind, von dem elektrischen Feld abzuschirmen, das bei Ausführungsbeispielen zwischen der Ankerplatte und den Schaltungselementen des Sensors eingerichtet werden kann.
Im Hinblick auf die Häusung der Stromsensorvorrichtung (siehe zum Beispiel Häusung 114 aus 1) werden bei Ausführungsbeispielen nicht-magnetische Materialien verwendet, wobei Eisen und Nickel nachteilhaft sind. Häusungsmaterialien weisen eine relative Permeabilität von annähernd oder ungefähr eins bei Ausführungsbeispielen auf.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Stromsensorvorrichtung 300, die zum Annähern des Magnetfeldes darin dimensioniert ist. Ähnlich zu hierin vorangehend erörterten Ausführungsbeispielen weist die Sensorvorrichtung 300 einen Chip 302, eine Isolationsschicht 306, einen Bonddraht 316, eine Ankeranschlussfläche 318 und Sensorelemente 326 auf. Ein Durchmesser d des Bonddrahts 316 ist gezeigt, sowie ein Isolationsabstand d_iso und eine Distanz s, die die Sensorelemente 326 trennt.
Ein Strom I durch den Bonddraht 316 kann wie folgt ausgedrückt werden: (B/μ₀)·2·π·Quadratwurzel((s/2)² + (d_iso + d/2)²)
Das maximale Feld ist gegeben für s = d + 2·d_iso: B_z = μ₀·I/(2·π·(d + 2·d_iso), was zum Beispiel ungefähr 18,5 mT bei 50 A liefert und d_iso + d/2 = circa 0,54 mm. Das Differenzfeld oder die Differenz bei dem Feld an dem linken und rechten Sensorelement 326 ist zweimal so groß.
Der Widerstandswert des Bonddrahts 326 zum Beispiel bei d = ungefähr 0,5 mm ist: Rho·Länge/Querschnittsbereich.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Länge des Bonddrahts 326 ungefähr 5 mm, der Querschnittsbereich ist π·(0,25 mm)² und Rho ist 1/(34 S/μm), was einen Widerstandswert von ungefähr 0,75 mΩ liefert. Während der Widerstandswert nicht niedrig ist, kann es bei Leistungsmodulen und anderen Vorrichtungen üblich sein, eine Anwendungsmöglichkeit zu haben, ungefähr 50 A durch einen einzelnen Draht zu leiten. Somit kann der Bonddraht 326 den Strom und Widerstandswert bei Ausführungsbeispielen mit ausreichender Kühlung handhaben.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Stromsensorvorrichtung, die einen verankerten Bonddraht umfasst, ist in 6 gezeigt, bei der der Bonddraht mit zwei Keil-Bond-Stichen verankert ist. Der Sensor 400 weist ein Substrat 402 auf, wie zum Beispiel Massivsilizium bei einem Ausführungsbeispiel, und eine Isolationsschicht 406, wie zum Beispiel Siliziumoxid. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Isolationsschicht ungefähr 10 μm dick. Ein Bonddraht ist bei 416 gezeigt und kann bei Ausführungsbeispielen Aluminium, Gold und/oder Kupfer aufweisen, ist jedoch allgemein ein nicht-magnetisches Metall.
Das Substrat 402 umfasst dotierte Wannen 403 für Sensorelemente, wie zum Beispiel bei einem Ausführungsbeispiel Hall-Effekt-Vorrichtungen. Die Wannen 403 können zum Beispiel bei 10¹⁵/cm³ niedrig n-dotiert sein. Während das Ausführungsbeispiel von 6 vier Sensorelemente 426 umfasst, können andere Ausführungsbeispiele mehr oder weniger aufweisen, wie zum Beispiel nur eines. Ferner ist die laterale Position der Sensorelemente 426 im Hinblick auf den Bonddraht 416 im Allgemeinen nicht kritisch, derart, dass ein oder beide Sensorelemente 426 bei Ausführungsbeispielen verschoben werden können, eines vollständig unter den Bonddraht 416 oder keines überlappt von dem Draht 416. Sensorelemente 426 umfassen Kontakte 427, die hoch n-dotiert sein können, wie zum Beispiel ungefähr 10¹⁷/cm³ oder mehr bei einem Ausführungsbeispiel. Jedes Sensorelement 426 umfasst üblicherweise vier Kontakte 427.
Wie gezeigt ist, weist der Bonddraht 416 Abschnitte mit variierenden Querschnitten und Dicken auf und ist an dem Sensor 400 an Ankeranschlussflächen 418a und 418b verankert, die kollektiv als Ankeranschlussflächen 418 bezeichnet werden. Die Ankeranschlussflächen 418 können Metall aufweisen und sind bei Ausführungsbeispielen elektrisch mit keinem Abschnitt des Substrats 402 oder miteinander gekoppelt. Abschnitte 416a und 416e sind Stromeingangs- und Stromausgangs-Abschnitte des Bonddrahts 416. Bei 416b und 416d ist der Bonddraht 416 an die Ankeranschlussflächen 418a bzw. 418b genäht. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Düse eines Keil-Bond-Werkzeugs den Bonddraht 416 während des Drahtbondens abwärts auf die Ankeranschlussflächen 418 drücken, wodurch die Abschnitte 416b und 416d deformiert werden. Der Mittelabschnitt 416c verbleibt als eine Brücke zwischen den Verbindungsstellen oder Stichen bzw. „Nähten” (stitches; stitch = genäht = verbunden an mehreren aneinander gereihten Stellen) bei 416b und 416d.
Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels des Sensors 400 ist, dass die Sensorelemente 426 nicht physisch durch den Nähprozess belastet werden, da die Sensorelemente 426 nicht direkt unter den Nähten 416b und 418a und 416d und 418b angeordnet sind. Die größere vertikale Distanz zwischen dem Bonddraht 416 und den Sensorelementen 426 sowie der größere laterale Platzbedarf kann jedoch ein Nachteil sein.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Stromsensorvorrichtung 500 ist in 7 gezeigt. Ein Vorteil des Sensors 500 im Vergleich zu dem Sensor 400 ist, dass die vertikale Distanz zwischen dem Naht- bzw. Verbindungs-Abschnitt (stitch portion) 516b des Bonddrahts 516 und den Hall-Effekt-Sensorelementen 526 kleiner ist, während die Dicke des Nahtabschnitts 516b ebenfalls kleiner ist, derart, dass die Stromdichte und daher das Magnetfeld ebenfalls größer sind. In 7b ist der Nahtabschnitt 516b transparent gezeigt, so dass die Hall-Sensorelemente 526 darunter sichtbar sind (im Hinblick auf die Ausrichtung auf der Seite). Sensorelemente 526 sind vollständig durch einen Nahtabschnitt 516b bei einem Ausführungsbeispiel abgedeckt, was zu erhöhter mechanischer Belastung auf die Elemente 526 während der Herstellung führen kann. Wenn andere Metallteile bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst sind, wie zum Beispiel bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Technik verschiedene Metallschichten bereitstellt, wie es bei CMOS-Prozessen üblich ist, zum Beispiel Drähten, die verschiedene Vorrichtungen verbinden, wie zum Beispiel Transistoren mit Hall-Elementen 526 oder oberen Platten, die zum Definieren der Potentialleitungen in der Nähe des aktiven Volumens der Hall-Elemente 526 verwendet werden, um Lebensdauer-Drift niedrig zu halten, könnte es vorteilhaft sein, Löcher lassende Techniken zu verwenden. Zum Beispiel könnten Oxidsäulen in große Metallteile eingefügt werden, um die vertikale Struktur mechanisch zu stabilisieren. Solche Oxidsäulen sind robuster gegen mechanische Belastungen als das verbreitet verwendete Aluminium für eine chipinterne Verdrahtung, das weich und duktil sein kann.
Ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel einer Sensorvorrichtung 600 ist in 8 gezeigt, in der die Ankeranschlussfläche 618 zwei Abschnitte 618a und 618b und einen Zwischenraum 619 zwischen denselben aufweist, derart, dass keine mechanische Anschlussfläche über den Hall-Effekt-Elementen 626 vorhanden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte 618a und 618b an jedem Ende des Nahtabschnitts 616b positioniert, wobei der Zwischenraum 619 an oder in der Nähe der Mitte des Nahtabschnitts 616b angeordnet ist. Eine solche Konfiguration kann Wirbelströme bei hohen Frequenzen reduzieren. In 8b ist ersichtlich, dass Hall-Effekt-Elemente 626 weg von dem Bonddraht 616 verschoben sind, was mechanische Belastungen auf die Elemente 626 während des Bondprozesses reduzieren kann. Die Größe und Positionierung von Hall-Elementen 626 ist nicht notwendigerweise bezogen auf die Größe der Abschnitte 618a und 618b der Ankeranschlussfläche 618. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Positionierung der Hall-Elemente 626 ausgewählt, um das Magnetfeld zu maximieren, das auf dieselben wirkt, und mechanische Belastungen während des Bondens zu minimieren.
Während die hierin erörterten Ausführungsbeispiele im Allgemeinen Bonddrahtnähte aufweisen, die in einer oder mehreren geraden und parallelen Linien angeordnet sind, was üblicherweise die einfachste Weise ist, solche Vorrichtungen herzustellen, sind andere Nahtkonfigurationen ebenfalls möglich. Bezug nehmend auf 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel in der Sensorvorrichtung 700 gezeigt. Bei dem Sensor 700 ist ein einzelner Bonddraht 716 auf eine Anschlussleitung 708 gekeilt, genäht auf den Chip 702 an der Ankeranschlussfläche 718, und gekeilt auf eine Anschlussleitung 710. Die gekeilten (wedged) und genähten Abschnitte des Bonddrahts 716 sind linear angeordnet und weisen eine im Allgemeinen abgeschnittene ellipsoide Form aufgrund des physischen Keilens und Nähens auf. Der Chipträger 704 kann mit einer Sensoranschlussleitung 709 gekoppelt sein und kann ferner bei einem Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Massestift gebildet sein. Ein Bonddraht 717 koppelt den Chip 702 mit der Anschlussleitung 709. In 9 ist der Bonddraht 717 mit Bondkugeln gezeigt, obwohl andere Bondtechniken bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden können, wie zum Beispiel Keilbonddrähte.
Es kann bei Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein, Stromeingangs- und -ausgangs-Anschlüsse nicht auf gegenüberliegenden Seiten der Häusung 714 zu haben, da es besser sein kann, alle Stromkontakte auf einer einzigen Seite der Häusung 714 zu haben und alle anderen Kontakte, wie zum Beispiel Versorgung und Signale des Sensors 700, auf der gegenüberliegenden Seite der Häusung 714. Dies maximiert die Kriechstrecke zwischen den beiden, was vorteilhaft ist, da lange Kriechstrecken eine gute Spannungsisolierung zwischen dem Hochstromweg und dem Signalweg sicherstellen kann. 9A zeigt nur einen exemplarischen Signalstift 709 und die resultierende externe Kriechdistanz, dargestellt bei d_c, ist die minimale Distanz zwischen der Anschlussleitung 709 und der Anschlussleitung 710 außerhalb der Häusung 714. Ein Ausführungsbeispiel des Sensors 700 mit einer größeren Kriechdistanz d_c ist in 9B gezeigt.
In 10 umfasst eine Stromsensorvorrichtung 800 zwei Ankerabschnitte 818a und 818b und zusätzliche Bonddrähte 816b und 816c mit dem Bonddraht 816a. Diese zusätzlichen Bonddrähte 816b und 816c reduzieren den internen Widerstand. Bei einem Ausführungsbeispiel verbindet nur der Bonddraht 816a die Ankeranschlussflächen 818a und 818b derart, dass der gesamte Strom durch diesen Draht 816a fließen muss. Der Bonddraht 816a kann einen kleineren Durchmesser aufweisen als bei anderen Ausführungsbeispielen, um die Stromdichte in der Verengung zu erhöhen und die vertikale Distanz zwischen Strom und Magnetfeldelementen zu minimieren (nicht gezeigt in 10). Bonddrähte 816b und 816c können auch kleinere Durchmesser aufweisen, da ihre kleineren Keile auf Anschlussflächen 818a und 818b untergebracht sein können. Der Bonddraht 816a liefert jedoch den kürzesten Weg zwischen der Eingangsanschlussleitung 808 und der Ausgangsanschlussleitung 810, mit einem geringeren Kontaktwiderstand als bei den anderen Stromwegen.
Es kann schwierig sein, zwei Bonddrähte derart anzuordnen, dass Keilverbindungen (wedged bonds) zu den Ankeranschlussflächen die Anschlussflächen nicht kurzschließen, wie zum Beispiel 816b und 816c in 10. Ankeranschlussflächen 818a und 818b sollten bei einem Ausführungsbeispiel nur durch den Draht 816a und nicht durch die Drähte 816b und 816c kurzgeschlossen werden. Während ein Kugelbonden für die Drähte 816b und 816c verwendet werden könnte, ist es eine andere Lösung, Metallanschlussflächen in einer „L”-Konfiguration zu verwenden, seitlich versetzt, so dass ein Draht 816b links von dem Draht 816a ist, während der Draht 816c rechts ist, wie in 11 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 11 kann der Chip 802 im Bereich von ungefähr 300 μm bis ungefähr 750 μm dick sein, wobei im Allgemeinen vermieden wird, dass er zu dünn ist, aufgrund der großen Kräfte, die auf den Chip 802 während des Bondprozesses wirken. Wie für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich ist, sollten die Ankeranschlussflächen 818a und 818b im Allgemeinen Innenecken vermeiden, um die Strom fließen muss, da dadurch variierende Stromdichten geliefert werden. Solche Ecken sind üblicherweise nur notwendig, wenn mehr als ein einzelner Draht verwendet wird, da dann nur ein Teil des Stroms durch den Draht 816b und die Anschlussfläche 818a oder den Draht 816c und die Anschlussfläche 818b fließt. Daher könnte es für die Ankeranschlussflächen 818a und 818b vorteilhaft sein, relativ dick zu sein, wie zum Beispiel ungefähr 20 μm bei einem Ausführungsbeispiel, wobei bei anderen Ausführungsbeispielen die Anschlussflächen 818 nur wenige Mikrometer sein können, da kein Strom durch dieselben fließt. Während Ausführungsbeispiele, die mehrere Bonddrähte parallel aufweisen, im Allgemeinen niedrigere elektrische und thermische Impedanzen aufweisen, können diese Ausführungsbeispiele auch unter Nachteilen leiden, die große Anziehungskräfte zwischen Bonddrähten bei großen Strömen und Wirbelströme bei hohen Frequenzen umfassen, was die Bandbreite des Sensors reduzieren kann.
Alternative Bonddrahtkonfigurationen können bei anderen Ausführungsbeispielen ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel können Banddrähte bei Ausführungsbeispielen anstelle von herkömmlicheren runden Drähten verwendet werden. Banddrähte können Vorteile im Hinblick auf Drahtbondtechniken, mechanische Belastung und Zuverlässigkeit unter thermischer Wechselbeanspruchung liefern. Banddrähte können ferner von herkömmlichen Kupferklemmen unterschieden werden, die eine ähnliche Geometrie aufweisen können, aber einen anderen elektrischen Kontakt und eine andere Kopplung. Ein anderer Vorteil von Banddrähten bezieht sich auf die geringere Dicke im Vergleich zu runden Drähten. Dies kann die vertikale Distanz zwischen den Sensorelementen und Strom reduzieren, wodurch die Empfindlichkeit des Sensorsystems gegenüber Strom erhöht wird. Die Form des Bandstreifens kann ebenfalls eingestellt werden, um elektrische und thermische Widerstände zu reduzieren und dadurch Ableitung bzw. Verlustleistung. Ausführungsbeispiele können ferner Banddrahtstreifen mit Löchern oder Schlitzen umfassen, die darin gebildet sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines Sensors 900, der einen Banddraht umfasst, ist in 12 gezeigt. Der Sensor 900 umfasst eine Bandstreifen-Bondschicht 916, wie zum Beispiel bei einem Ausführungsbeispiel einen Niedrigtemperaturverbindungstechnikstreifen (LTJT-Streifen; low temperature joining technique), und einen rechten und linken Kontakt 930 und 932 für den Streifen 916. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Bondstreifen 916 ungefähr 0,1 mm dick und kann einem Film oder Streifen aus einem Material bei verschiedenen anderen Ausführungsbeispielen ähneln. Ein Mittelabschnitt 916a des Bondstreifens 916 ist mit Metallankeranschlussflächen 918a und 918b gekoppelt, die voneinander und von dem Chip 902 isoliert sind, wie bei anderen Ausführungsbeispielen erörtert wird. Brückenabschnitte 916b und 916c des Streifens 916 sind über die Sägekante des Chips 902 und den Umfang der Isolationsschicht (nicht gezeigt) erhöht, um eine Spannungsisolation zwischen dem Stromweg und der Sensorschaltung zu liefern. Ein Magnetfeldsensorelement, wie zum Beispiel ein Hall-Effekt-Element, ist bei 926 gezeigt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 13 gezeigt. In 13A umfasst der Sensor 1000 zwei Bonddrähte 1016, die auf separaten Ankerplatten 1018 verankert sind. Drähte 1016 sind mit einem Leitungsrahmenleiter 1040 gekoppelt, der bei einem Ausführungsbeispiel drei Abschnitte aufweist: einen Mittelabschnitt 1042, der als ein Stromausgang dient, und zwei Außenabschnitte 1044 und 1046, die als Eingänge dienen. Abschnitte 1042, 1044 und 1046 sind durch eine Klemme 1050 gekoppelt, wobei ein Mittelabschnitt derselben als Transparent gezeigt ist, obwohl dieser bei physischen Ausführungsbeispielen fest sein kann. Eine solche Konfiguration des Sensors 1000 führt zu einer entgegengesetzten Richtung des Stromflusses bei den Bonddrähten 1016 und einem niedrigeren Widerstandswert des Hochstromwegs.
Der Chipträger 1004 des Sensors 1000 ist bei einem Ausführungsbeispiel nicht mit Masse gekoppelt, da alle Signalstifte 1009 mit dünnen Bonddrähten 1011 gekoppelt sind, die als Sicherungen im Fall eines Kurzschlusses wirken. Bei Ausführungsbeispielen sind Ecken im Allgemeinen abgerundet, um hohe Spannungsgefahren zu reduzieren, wie vorangehend erwähnt wurde und wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Hall-Platten sind bei 1026 gezeigt, obwohl sie bei Ausführungsbeispielen näher an Bonddrähten 1016 positioniert sind, derart, dass die Sensorelemente 1026 zumindest teilweise durch Ankerplatten 1018 verdeckt sind und vollständig durch die Isolationsschicht 1006 verdeckt sind. Die Ausgangssignale der Hall-Elemente 1026 sind S·Bz(x), wobei S die Empfindlichkeit (sensitivity) größer als Null ist und Bz(x) die Dichtekomponente des vertikalen Magnetflusses bei einem Testpunkt x ist. Das Gesamtsignal des Sensors 1000 kann wie folgt ausgedrückt werden: S·(–Bz(xL) + Bz(xC)) – S·(–Bz(xC) + Bz(xR)) wobei xL links von dem linken Bonddraht 1016 ist, xC zwischen den beiden Bonddrähten 1016 und xR rechts von dem rechten Bonddraht 1016 ist. Der Strom verursacht die folgenden Felder: Bz(xL) = –K'·I/2, Bz(xC) = 2·K·I/2, Bz(xR) = –K'·I/2 wobei angenommen wird, dass die Hälfte des Stroms durch jeden Bonddraht 1016 fließt. Die Größe von K' ist etwas kleiner als die Größe von K. Das Kombinieren beider Gleichungen ergibt das Gesamtsignal: S·(K'·I/2 + 2·K·I/2) – S·(–2·K·I/2 – K'·1/2) = S·(K'/2 + K + K + K'/2)·I = S·(K' + 2·K)·I
Unter Annahme eines linearen Feldgradienten Bz = B0 + b1·x ist ein Gesamtsignal des Sensors 1000: S·(–B0 – b1·xL + B0 + b1·xC) – S·(–B0 – b1·xC + B0 + b1·xR) = S·b1·(–xL + xC + xC – xR) = 0 wenn xL – xC = xC – xR
xC kann aufgespalten werden in xC' und xC'', wobei xC' der Ort der Hall-Platten 1026 ist, die zu dem linken Bonddraht 1016 gehören, und xC'' der Ort der Hall-Platten 1026 ist, die zu dem rechten Bonddraht 1016 gehören, mit demselben Ergebnis.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Chip 1002 ungefähr 2 mm mal ungefähr 4 mm. Bonddrähte 1016 sind ungefähr 10 mm lang mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm und beabstandet um ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1 mm. Der Formkörper 1014 kann ungefähr 10 mm mal ungefähr 10 mm sein. Der Widerstandswert von einem Bonddraht 1016 ist ungefähr 1,5 mΩ, wobei zwei Drähte 1016 parallel ungefähr 750 uΩ bei Raumtemperatur aufweisen. Somit ist der Widerstandswert des Stromwegs ungefähr 850 μΩ bei 20°C oder ungefähr 1,3 mΩ bei 150°C. Der Clip bzw. die Klemme 150 kann bei Ausführungsbeispielen weggelassen sein, wenn eine Verbindung zwischen Außenabschnitten 1044 und 1046 über die gedruckte Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) hergestellt wird, auf die der Sensor gelötet ist. Ferner ist es ebenfalls möglich, Bonddrähte 1016 kürzer zu machen, wenn der Leitungsrahmen 1040 unterschiedlich angeordnet ist, wie zum Beispiel in 13B gezeigt ist. In 13B weist der Leitungsrahmen 1040 einen oberen Abschnitt 1044, einen unteren Abschnitt 1046 und zwei Innenabschnitte 1042a und 1042b auf.
Der primäre Widerstandswert des Sensors 1000 kann weiter reduziert werden durch Parallelverbinden von vier Bonddrähten 1016, die bei der Sensorvorrichtung 1000 in 14 gezeigt ist. Dies reduziert ferner das Magnetfeld aufgrund einer destruktiven Wechselwirkung.
Ausführungsbeispiele liefern dadurch Stromsensoren und Stromerfassungsvorrichtungen, Systeme und Verfahren mit einer verankerten Bonddrahtkonfiguration, die Vorteile gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen, Systemen und Verfahren liefern. Ausführungsbeispiele können weniger Kontakte aufweisen und daher einen niedrigeren internen Widerstandswert, weniger Wärmeerzeugung und geringere Raumanforderungen. Ausführungsbeispiele können ferner eine verbesserte Zuverlässigkeit liefern und ein stabiles Magnetfeld pro Verstärker über die Lebensdauer der Vorrichtungen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele werden nachfolgend nur beispielhaft gegeben und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die beschrieben wurden, auf verschiedene Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele zu erzeugen. Ferner, während verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Implantationsorte etc. zur Verwendung mit offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können andere abgesehen von den Offenbarten verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu überschreiten.
Durchschnittsfachleute auf dem relevanten Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale aufweisen kann, als bei individuellen Ausführungsbeispielen dargestellt ist, die oben beschrieben sind. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keine erschöpfende Darstellung der Art und Weise sein, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Dementsprechend sind die Ausführungsbeispiele keine sich gegenseitig ausschließenden Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination von unterschiedlichen individuellen Merkmalen aufweisen, ausgewählt aus unterschiedlichen individuellen Ausführungsbeispielen, wie Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Jede Aufnahme durch Bezugnahme auf obige Dokumente ist derart beschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen wird, der im Gegensatz zu der ausdrücklichen Offenbarung hierin steht. Jede Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist ferner derart eingeschränkt, dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten umfasst sind, hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jede Aufnahme durch Bezugnahme auf Dokumente oben ist ferner derart eingeschränkt, dass jegliche Definitionen, die in den Dokumenten gegeben sind, nicht durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, außer dies ist hierin ausdrücklich anderweitig angegeben.
Zu Zwecken der Interpretation der Ansprüche der vorliegenden Erfindung ist es ausdrücklich die Absicht, dass man sich nicht auf die Bestimmung von Abschnitt 112, 6. Absatz von 35 U.S.C. bezieht, außer die spezifischen Ausdrücke ”Einrichtung zum” oder ”Schritt zum” sind in einem Anspruch erwähnt.
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 Nicht-Patentliteratur

Abschnitt 112, 6. Absatz von 35 U.S.C. [0074]

Claims

Ein Stromsensor (100), der folgenden Merkmale aufweist: einen Halbleiterchip (102); eine Isolationsschicht (106), die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; zumindest eine Ankeranschlussfläche (118), die auf der Isolationsschicht angeordnet ist; einen Stromeingang (108) und einen Stromausgang (110), die galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert sind; zumindest einen Bonddraht (116), der mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, an die zumindest eine Ankeranschlussfläche genäht ist; und zumindest ein Sensorelement (126), das angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom induziert wird, der in dem zumindest einen Bonddraht fließt.
Der Stromsensor (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die zumindest eine Ankeranschlussfläche ein Metall aufweist.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner einen Chipträger (104) aufweist, der mit dem Halbleiterchip gekoppelt ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Länge des Längsabschnitts des zumindest einen Bonddrahts, der an die zumindest eine Ankeranschlussfläche genäht ist, größer ist als eine Breite des Längsabschnitts des zumindest einen Bonddrahts, der an die zumindest eine Ankeranschlussfläche genäht ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts an die zumindest eine Ankeranschlussfläche durch eine Technik genäht ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem direkten Kupfer-Bonden, einem Kugelbonden, einem Keilbonden und einem Nagelkopfbonden besteht.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem nicht genähte Abschnitte des zumindest einen Bonddrahts von dem Halbleiterchip durch eine Trennungsdistanz isoliert sind.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 6, bei dem die Trennungsdistanz mindestens 100 μm beträgt.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem nicht genähte Abschnitte des zumindest einen Bonddrahts eine Schleife bilden und von einem Rand des Halbleiterchips durch eine vertikale Trennungsdistanz isoliert sind.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das zumindest eine Sensorelement in der Nähe des Längsabschnitts des zumindest einen Bonddrahts angeordnet ist, der an die zumindest eine Ankeranschlussfläche (118) genäht ist.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 9, der ferner eine Mehrzahl von Sensorelementen (126) aufweist, wobei ein erster Abschnitt der Mehrzahl von Sensorelementen auf einer ersten Seite des zumindest einen Bonddrahts angeordnet ist und ein zweiter Abschnitt der Mehrzahl der Sensorelemente auf einer zweiten Seite des zumindest einen Bonddrahts angeordnet ist.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 10, bei dem der erste Abschnitt der Mehrzahl der Sensorelemente und der zweite Abschnitt der Mehrzahl der Sensorelemente wie nachfolgend angeordnet sind, um ein maximales Magnetfeld in dem zumindest einen Bonddraht zu erfassen: s = d + 2·d_iso, wobei s eine laterale Trennungsdistanz zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Mehrzahl der Sensorelemente ist, d ein Durchmesser des zumindest einen Bonddrahts ist und d_iso eine Trennungsdistanz zwischen dem zumindest einen Bonddraht und einer Ebene der Mehrzahl der Sensorelemente ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das zumindest eine Sensorelement ein Hall-Effekt-Element aufweist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, der zwei Ankerplatten aufweist, die beabstandet und voneinander galvanisch isoliert sind, wobei ein erster Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts an eine erste der zwei Ankerplatten genäht ist und ein zweiter Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts an eine zweite der zwei Ankerplatten genäht ist.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 13, bei dem der erste und der zweite Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 13, bei dem der erste und der zweite Längsabschnitt des zumindest einen Bonddrahts im Wesentlichen linear im Hinblick zueinander angeordnet sind.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 15, bei dem das zumindest eine Sensorelement in der Nähe eines nicht genähten Abschnitts des zumindest einen Bonddrahts zwischen dem ersten und dem zweiten Längsabschnitt angeordnet ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der erste und der zweite Längsabschnitt im Wesentlichen parallel zueinander sind und bei dem eine Stromflussrichtung in dem ersten Längsabschnitt entgegengesetzt zu einer Stromflussrichtung in dem zweiten Längsabschnitt ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Stromeingang (108) und der Stromausgang (110) aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einem Stift, einer Anschlussfläche, einer Anschlussleitung, einer Kugel, einem Anschlussbereich und einem Leitungsrahmenleiter.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der zumindest eine Bonddraht aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem runden Draht und einem Banddraht.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die zumindest eine Ankeranschlussfläche von einem Rand der Isolationsschicht getrennt ist.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, der ferner einen Signalstift aufweist, wobei der Signalstift auf einer Seite des Sensors angeordnet ist, getrennt von dem Stromeingang (108) und dem Stromausgang (110).
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 21, bei dem der Stromeingang und der Stromausgang auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, der drei Bonddrähte und zwei Ankeranschlussflächen aufweist, wobei ein erster Bonddraht mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Längsabschnitt des ersten Bonddrahts, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, an zumindest eine der zwei Ankeranschlussflächen genäht ist, ein zweiter Bonddraht zwischen dem Stromeingang und einer ersten der zwei Ankeranschlussflächen angeordnet ist, und ein dritter Bonddraht zwischen dem Stromausgang und der zweiten der zwei Ankeranschlussflächen angeordnet ist.
Stromsensor (100) gemäß Anspruch 23, bei dem die zwei Ankeranschlussflächen im Wesentlichen L-förmig sind.
Verfahren, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Magnetfeldstromsensors mit zumindest einem Bonddraht, der an einer Naht zwischen einem Stromeingang und einem Stromausgang mit zumindest einer Ankeranschlussfläche gekoppelt ist, wobei der Stromeingang, der Stromausgang, der zumindest eine Bonddraht und die zumindest eine Ankeranschlussfläche galvanisch von einem Chip isoliert sind, und zumindest ein Sensorelement in der Nähe der Naht angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Stromfluss in dem zumindest einen Bonddraht induziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, das ferner folgende Schritte aufweist: Induzieren des Stromflusses in dem zumindest einen Bonddraht; und Messen des Magnetfeldes, das durch den Stromfluss induziert wird, durch das zumindest eine Sensorelement.
Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26, bei dem das Bereitstellen ferner das Nähen des zumindest einen Bonddrahts an die zumindest eine Ankeranschlussfläche unter Verwendung einer Technik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem direkten Kupferbonden, Kugelbonden, Keilbonden und Nagelkopfbonden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem das Bereitstellen ferner das Isolieren des zumindest einen Bonddrahts von dem Chip durch zumindest entweder eine Isolationsschicht oder eine physische Trennung aufweist.
Stromsensor, der folgende Merkmale aufweist: einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; zumindest eine Ankeranschlussfläche, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist; einen Stromeingang und einen Stromausgang, die galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert sind; zumindest einen Bondstreifen, der mit dem Stromeingang und dem Stromausgang gekoppelt ist, wobei ein Teil des zumindest einen Bondstreifens, der zwischen dem Stromeingang und dem Stromausgang angeordnet ist, mit der zumindest einen Ankeranschlussfläche gekoppelt ist; und zumindest ein Sensorelement, das angeordnet ist, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom induziert wird, der in dem zumindest einen Bondstreifen fließt.
Stromsensor, der folgende Merkmale aufweist: einen Halbleiterchip; eine Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist; eine Mehrzahl von Ankeranschlussflächen, die auf der Isolationsschicht angeordnet sind; einen Leitungsrahmenleiter, der galvanisch von dem Halbleiterchip isoliert ist und einen Stromaungangsabschnitt und einen ersten und zweiten Stromeingangsabschnitt aufweist; einen ersten Bonddraht, der mit dem ersten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des ersten Bonddrahts zwischen dem ersten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt mit einer ersten der Mehrzahl von Ankeranschlussflächen gekoppelt ist; einen zweiten Bonddraht, der mit dem zweiten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt gekoppelt ist, wobei ein Abschnitt des zweiten Bonddrahts zwischen dem zweiten Stromeingangsabschnitt und dem Stromausgangsabschnitt mit einer zweiten der Mehrzahl von Ankeranschlussflächen gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von Sensorelementen, die angeordnet sind, um Magnetfelder zu erfassen, die durch Strom induziert werden, der in dem ersten und dem zweiten Bonddraht fließt.
Stromsensor gemäß Anspruch 30, bei dem der Stromausgang einen ersten und einen zweiten Stromausgangsabschnitt aufweist, wobei der erste Bonddraht mit dem ersten Stromausgangsabschnitt gekoppelt ist und der zweite Bonddraht mit dem zweiten Stromausgangsabschnitt gekoppelt ist.