本發明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法。

背景技術：

開環霍爾電流傳感器基于霍爾直放式工作原理，即當原邊電流Ip流過一根長導線時，在導線周圍將產生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，產生的磁場聚集在磁環內，通過磁環氣隙中霍爾器件進行測量，并通過運算放大器等電路，將微弱的電壓信號放大為標準電壓Vs或電流信號Is。其輸出電壓Vs或輸出電流Is精確的反映原邊電流Ip并經過特殊電路的處理，用于原邊電流變化的檢測元件。霍爾電流傳感器廣泛應用于變頻調速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機、電解電鍍、數控機床、微機監測系統、電網監控系統和需要隔離檢測電流電壓的各個領域中。

流過長直導體的電流所產生的磁場與該電流的關系：B＝μI/2πr(公式1)

其中，B為磁感應強度，單位是特斯拉；I為電流，單位是安培；r為測量點與導體的距離，單位是米；μ為真空磁導率。

若電流通過的是扁平導體時，當測量點離導體距離r<<導體寬度W時，扁平導體周圍產生的磁場與該電流的關系：B＝μI/2W(公式2)

其中，W為扁平導線的寬度，單位是米。

傳統的開環霍爾電流傳感器，容易受到外界磁場的磁性干擾。其存在性能不穩定、靈敏度低、體積大、制造工藝復雜、生產成本高等缺陷。因此，現有技術提供一種單芯片開環霍爾傳感器及其制造方法，能夠消除外界磁場干擾，提高性能穩定性和靈敏度，并且通過封裝級單芯片工藝將霍爾傳感器和導體集成在同一芯片上，有效減小產品體積，降低生產成本。

現有技術一般將導體制造在集成電路引線框架上，并將導體置于霍爾感應區的正上方或正下方。如圖1所示為一個典型的霍爾電流傳感器的底視圖結構，包括：一個塑料外殼100，用以提供了一個穩定可靠的工作環境，對內部結構起到機械或環境保護的作用，從而集成電路芯片能夠發揮正常的功能，并保證其具有高穩定性和可靠性；銅制框架101a、101b、101c、101d、101e，并延伸出所述塑料外殼100，形成引腳，一般會在引腳表面電鍍有一層金屬錫，用于應用時焊接在PCB電路板上，其中引腳106a、106b為內部通過框架相連，外部為大于等于1個引腳的結構，互為原邊電流Ip的輸入輸出端，電流方向可以由106a到106b，也可以由106b到106a，框架101e在內部形成一個銅制的導體電流環104，當原邊電流Ip通過導體電流環104時，在霍爾傳感區105周圍產生磁場大小與流過導線的電流成正比的磁場，并由霍爾傳感器103上的霍爾傳感區105感應到，形成線性的霍爾電壓，并由霍爾傳感器103上的內部電路結構經過放大、濾波、與斬波電路，輸出一個電壓信號或電流信號。銅制框架101a、101b、101c、101d延伸出所述塑料外殼100的部分，一般作為霍爾傳感器103的電源端，地端，輸出端，控制端等端口。連接件102a、102b、102c、102d為金屬球或柱，一般由銅、鉛、錫等金屬構成，用于構成銅制框架101a、101b、101c、101d與霍爾傳感器103上的焊盤之間的電連接。

如圖2所示為圖1中的AA’剖面圖，連接件102a、102b生長在霍爾傳感器103的表面焊盤上，霍爾傳感器103表面焊盤以外的部分為鈍化層(圖2中虛線所示)；導體電流環104的橫截面為104a和104b，互為原邊電流Ip的輸入輸出端；霍爾傳感器103上的電路結構位于霍爾感應區105的同一表面。

現有的霍爾電流傳感器的制造，采用的是倒裝芯片(Flip chip)技術，該封裝方式為芯片正面朝下向封裝框架，無需引線鍵合，形成最短電路，降低電阻和其他一些寄生參數；采用金屬球連接框架，縮小了封裝尺寸，改善電性表現。其制造流程如下：

(1)制作非標準的定制框架；

(2)晶圓上制作凸點；

(3)將晶圓切割成獨立的帶凸點的芯片，并倒裝將凸點焊接在框架上。

(4)塑封并將引腳電鍍，切筋成型。

該技術也有一定的缺點，首先倒裝芯片技術需要在晶圓上制作凸點，需要用到掩膜板設計制作，光刻、電鍍、植球等技術，設備昂貴成本較大。且針對霍爾電流傳感器，其框架屬于非標準框架，還需要根據霍爾電流傳感器芯片上的焊盤位置上單獨設計開發并制作框架，且針對不同的導體寬度W，也需要單獨開發框架。也增加了封裝成本和產品研發周期，提高了該產品的技術壁壘。

另外，因為制作的導體是框架，是扁平的導體電流環，需要滿足測量點離導體電流環的距離r<<導體電流環寬度W這一線性假設條件，而受凸點工藝的限制，凸點具有一定的高度，不一定滿足距離r<<導體電流環寬度W這一假設條件。

因此，如何降低霍爾傳感器芯片的封裝成本，減小框架的制作難度，滿足測量點到導體電流環的距離與導體寬度的關系，已成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法，用于解決現有技術中霍爾傳感器封裝成本大，框架單獨設計，測量點到導體電流環的距離與導體寬度的關系不滿足等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種單芯片霍爾電流傳感器，所述單芯片霍爾電流傳感器至少包括：

正裝于框架的承載區的霍爾傳感器芯片，所述霍爾傳感器芯片的焊盤通過金屬連線與框架的第一引腳區連接；導體電流環位于所述霍爾傳感器芯片的霍爾感應區域上方，其中，所述導體電流環為金屬條帶，與所述框架的第二引腳區連接；所述霍爾傳感器芯片到所述導體電流環的距離小于所述導體電流環的寬度。

優選地，所述所述金屬連線為焊線。

優選地，所述金屬線為金屬條帶。

優選地，所述導體電流環的材質為銅。

更優選地，所述導體電流環的兩端分別連接所述第二引腳區的兩個引腳，作為的輸入輸出端。

優選地，所述霍爾傳感器芯片通過粘片膠與所述框架的承載區連接。

優選地，所述霍爾傳感器芯片中的電路結構與所述霍爾感應區域位于同一面。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明還提供一種上述單芯片霍爾電流傳感器的制備方法，所述單芯片霍爾電流傳感器的制備方法至少包括：

選取框架，所述框架包括引腳區及承載區；

將晶圓切割成獨立的霍爾傳感器芯片，并將所述霍爾傳感器芯片固定于所述框架的承載區；

制作形成導體電流環，并采用條帶鍵合工藝將所述導體電流環與所述框架上的第二引腳區連接；

對所述導體電流環與所述框架的第二引腳區之間的連接進行回流焊和清洗工藝；

將所述霍爾傳感器芯片上的焊盤與所述框架上的第一引腳區連接；

通過塑封將所述框架、所述霍爾傳感器芯片及所述導體電流環封裝于一外殼內，其中，各引腳引出所述外殼。

優選地，所述霍爾傳感器芯片上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過條帶鍵合工藝實現連接。

優選地，對所述霍爾傳感器芯片上的焊盤與所述框架上的第一引腳區之間的連接進行回流焊和清洗工藝。

優選地，所述霍爾傳感器芯片上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過焊線工藝實現連接。

優選地，對各引腳進行電鍍，并通過切筋成型。

如上所述，本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法，具有以下有益效果：

本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法中導體電流環不是制造在框架上，而是通過銅制條帶進行制作，在不影響性能指標的情況下，利用條帶鍵合封裝技術實現導體電流環與框架上的引腳連接。本發明不需要制作晶圓凸點，不需要定制非標準的框架，且針對不同的導體電流環寬度，只要修改條帶的寬度即可，可大大降低封裝成本和產品研發周期，提高霍爾電流傳感器的經濟效益。

附圖說明

圖1顯示為現有技術中的單芯片開環霍爾傳感器的俯視示意圖。

圖2顯示為現有技術中的單芯片開環霍爾傳感器的剖視示意圖。

圖3顯示為本發明的一種單芯片霍爾電流傳感器的俯視示意圖。

圖4顯示為圖3中單芯片霍爾電流傳感器的AA’向剖視圖。

圖5顯示為圖3中單芯片霍爾電流傳感器的BB’向剖視圖。

圖6顯示為本發明的另一種單芯片霍爾電流傳感器的俯視示意圖。

圖7顯示為圖6中單芯片霍爾電流傳感器的AA’向剖視圖。

圖8顯示為圖6中單芯片霍爾電流傳感器的BB’向剖視圖。

元件標號說明

100 塑料外殼

101a、101b、101c、101d、101e 銅制框架

102a、102b、102c、102d 連接件

103 霍爾傳感器

104、104a、104b 導體電流環

105 霍爾感應區

106a、106b 引腳

200 外殼

201a、201b、201c、201d、201f、 引腳

201g、201h、201i

201e 基島

202a、202b、202c、202d 焊線

202e、202f、202g、202h 條帶

203 霍爾傳感器芯片

204、204a、204b 導體電流環

205 霍爾感應區域

206 貼片膠

S1～S6 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖3～圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。

實施例一

如圖3～圖5所示，本發明提供一種單芯片霍爾電流傳感器，所述單芯片霍爾電流傳感器至少包括：

外殼200、框架、霍爾傳感器芯片203及導體電流環204。

如圖3～圖5所示，所述外殼200用于裝載所述框架、所述導體電流環203及所述霍爾傳感器芯片203。

具體地，在本實施例中，所述外殼200為長方體結構，其材質為塑料。

如圖3～圖5所示，所述框架包括引腳區和承載區，分別用于引出引腳和承載芯片。

具體地，在本實施例中，所述框架的引腳區包括第一引腳區和第二引腳區，所述第一引腳區與所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤連接，實現所述霍爾傳感器芯片203與外部信號的傳遞，包括第一引腳201a、第二引腳201b、第三引腳201c及第四引腳201d。所述第二引腳區與所述導體電流環204連接，實現所述導體電流環204的輸入端和輸出端的引出，包括第五引腳201f、第六引腳201g、第七引腳201h及第八引腳201i，其中，所述第五引腳201f及所述第六引腳201g為一組，所述第七引腳201h及所述第八引腳201i為一組，互為原邊電流的輸入端和輸出端。所述承載區包括基島201e，如圖4所示，所述基島201e固定于所述外殼200中，用于承載所述霍爾傳感器芯片203。所述框架可選用標準封裝框架，無需單獨設計，可大大減小封裝成本。

如圖3～圖5所示，所述霍爾傳感器芯片203正裝于所述基島201e上。

具體地，如圖4～圖5所示，所述霍爾傳感器芯片203通過粘片膠206固定于所述基島201e上。所述霍爾傳感器芯片203為正裝結構，其電路結構及霍爾感應區域205位于所述霍爾傳感器芯片203的上側，所述霍爾傳感器芯片203的上表面設置有焊盤，未設置焊盤處為鈍化層，用于對內部電路進行絕緣保護。

具體地，如圖4～圖5所示，所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤通過金屬連線與所述框架的第一引腳區連接，在本實施例中，所述金屬連線為焊線。如圖3所示，第一焊線202a將一焊盤與所述第一引腳201a連接，第二焊線202b將另一焊盤與所述第二引腳201b連接，第三焊線202c將又一焊盤與所述第三引腳201c連接，第四焊線202d將又一焊盤與所述第四引腳201d連接。在本實施例中以4個焊盤為例，在實際設計中可包括多個焊盤，分別用于作為電源端，地端，輸出端，控制端等端口，在此不一一贅述。

如圖3～圖5所示，所述導體電流環204位于所述霍爾傳感器芯片203的霍爾感應區域205上方。

具體地，如圖3所示，所述導體電流環204為金屬條帶，在本實施例中，其材質為銅。在本實施例中，所述導體電流環204為U型結構。所述霍爾感應區域205位于所述導體電流環204的中間。如圖4所示，所述導體電流環204的兩端分別作為輸入端和輸出端(204a及204b)。所述導體電流環204與所述框架的第二引腳區連接，如圖5所示，在本實施例中，采用條帶鍵合技術將所述導體電流環204與所述第五～第六引腳進行焊錫205連接。由于所述導體電流環204不是制造在所述框架上，而是通過銅條單獨制作，因此，無需重新設計框架，所述導體電流環204的寬度w也可隨時調整。在本實施例中，所述霍爾傳感器芯片203到所述導體電流環204的距離r小于所述導體電流環204的寬度w，以滿足測量點到導體電流環的距離與導體寬度的關系。

實施例二

如圖6～圖8所示，本實施例提供一種單芯片霍爾電流傳感器，所述單芯片霍爾電流傳感器與實施例一中的單芯片霍爾電流傳感器結構基本一致，不同之處在于，本實施例中，所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架的第一引腳區通過條帶連接。

具體地，如圖6～圖8所示，第一條帶202f將一焊盤與所述第一引腳201a連接，第二條帶202g將另一焊盤與所述第二引腳201b連接，第三條帶202h將又一焊盤與所述第三引腳201c連接，第四條帶202i將又一焊盤與所述第四引腳201d連接。在本實施例中以4個焊盤為例，在實際設計中可包括多個焊盤，分別用于作為電源端，地端，輸出端，控制端等端口，在此不一一贅述。

本發明還提供一種上述單芯片霍爾電流傳感器的制備方法，所述單芯片霍爾電流傳感器的制備方法至少包括：

步驟S1：選取框架，所述框架包括引腳區及承載區。

具體地，在本實施例中，所述框架為標準框架，無需單獨設計。

步驟S2：將晶圓切割成獨立的霍爾傳感器芯片，并將所述霍爾傳感器芯片固定于所述框架的承載區。

具體地，在本實施例中，利用貼片膠206將所述霍爾傳感器芯203黏貼于所述框架的基島201e上。

步驟S3：制作形成導體電流環，并采用條帶鍵合工藝(Clip Bond)將所述導體電流環與所述框架上的第二引腳區連接。

具體地，在本實施例中，制作銅制條帶形成導體電流環204，利用錫膏將所述導體電流環204粘貼于框架的焊區。若所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過條帶連接，則同樣利用錫膏將條帶粘貼于框架的焊區和芯片的焊盤之間。

步驟S4：對所述導體電流環204與所述框架的第二引腳區之間的連接進行回流焊(Reflow)和清洗工藝，以形成牢固的連接。若所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過條帶連接，則同樣對條帶與所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤之間及條帶與引腳之間的連接進行回流焊(Reflow)和清洗工藝，以形成牢固的連接。

步驟S5：將所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架上的第一引腳區連接。

具體地，若所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過條帶連接，則省略此步驟。若所述霍爾傳感器芯片203上的焊盤與所述框架上的第一引腳區通過焊線連接，則采用焊線工藝(Wire Bond)將所述焊線粘貼于框架的焊區和芯片的焊盤之間。

步驟S6：通過塑封將所述框架、所述霍爾傳感器芯片及所述導體電流環封裝于一外殼內，其中，各引腳引出所述外殼。

具體地，進一步對各引腳進行電鍍，并通過切筋成型，形成完整封裝。

如上所述，本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法，具有以下有益效果：

本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法可以省略掉非標準框架設計制造工序和晶圓凸點制造工序，且在使用標準框架的條件下，條帶寬度可調，可以通過調節條帶寬度使霍爾電流傳感器適應不同的電流強度，而無需重新設計制造框架。本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法不受凸點工藝中凸點高度的限制，可以進一步減小測量點與導體的距離r，增強傳感器的線性度。同時，可以降低封裝成本和產品研發周期，提高霍爾電流傳感器的經濟效益。

綜上所述，本發明提供一種單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法，包括：正裝于框架的承載區的霍爾傳感器芯片，所述霍爾傳感器芯片的焊盤通過金屬連線與框架的第一引腳區連接；導體電流環位于所述霍爾傳感器芯片的霍爾感應區域上方，其中，所述導體電流環為金屬條帶，與所述框架的第二引腳區連接；所述霍爾傳感器芯片到所述導體電流環的距離小于所述導體電流環的寬度。本發明的單芯片霍爾電流傳感器及其制備方法中導體電流環不是制造在框架上，而是通過銅制條帶進行制作，在不影響性能指標的情況下，利用條帶鍵合封裝技術實現導體電流環與框架上的引腳連接。本發明不需要制作晶圓凸點，不需要定制非標準的框架，且針對不同的導體電流環寬度，只要修改條帶的寬度即可，可大大降低封裝成本和產品研發周期，提高霍爾電流傳感器的經濟效益。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。