传感器封装及其制造方法
阅读：711发布：2023-01-11
专利汇可以提供传感器封装及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 传感器 封装及其制造方法。公开了一种传感器封装和用于制造传感器封装的方法。 实施例 包括传感器和导电线，其中传感器接近导电线布置。传感器和导电线被隔离并且至少部分被密封。软磁体被布置在 密封件 中、密封件上和/或密封件周围，其中软磁体包括绝缘材料和具有软磁特性的材料的合成物。，下面是传感器封装及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种传感器封装包括：
导电线；
传感器，其中该传感器接近所述导电线布置；
密封件，其电隔离且至少部分密封所述导电线和传感器；以及
软磁体，其被布置在所述密封件中、所述密封件上和/或所述密封件周围，其中该软磁体包括绝缘材料和具有软磁特性的材料的合成物。
2.根据权利要求1的传感器封装，其中该软磁体包括嵌入聚合物中的软磁颗粒。
3.根据权利要求1的传感器封装，其中该聚合物是热固性或热塑性材料。
4.根据权利要求1的传感器封装，其中该传感器是磁性传感器。
5.根据权利要求4的传感器封装，其中该磁性传感器是霍尔传感器、AMR传感器或GMR传感器。
6.根据权利要求1的传感器封装，其中该导电线包括U形导电线、O形导电线、近似O形导电线、近似椭圆形导电线或直的导电线。
7.根据权利要求1的传感器封装，其中该软磁体被布置在传感器的活性区域上。
8.一种制造传感器封装的方法，该方法包括：
通过至少部分密封导电线和传感器来电隔离所述导电线和传感器；以及在第一密封件中、第一密封件上和/或第一密封件周围形成软磁体，其中所述软磁体包括绝缘材料和具有软磁特性的材料的合成物。
9.根据权利要求8的方法，其中通过在第一模具中注入聚合物来形成所述密封件，以及其中通过将软磁复合材料注入第二模具中来形成所述软磁体。
10.根据权利要求9的方法，其中所述绝缘材料包括聚合物。
11.根据权利要求10的方法，其中所述具有软磁特性的材料包括镍(Ni)、铁(Fe)、铁-镍(FeNi)、铁-硅(FeSi)、铁-硅-硼(FeSiB)或铁-钴(FeCo)颗粒或其它软磁填充物。
12.根据权利要求8的方法，其中形成所述软磁体包括在传感器的活性区域上形成软磁体。
13.根据权利要求8的方法，其中形成所述软磁体包括在所述密封件的上表面和下表面上形成软磁体。
14.根据权利要求8的方法，其中形成所述软磁体包括形成嵌入在所述密封件中的软磁体。
15.根据权利要求8的方法，其中形成所述软磁体包括形成矩形形状软磁体或三角形形状软磁体。
16.根据权利要求8的方法，其中所述导电线是U形导电线、O形导电线、近似O形导电线、近似椭圆形导电线或直的导电线。
17.根据权利要求8的方法，其中所述传感器是磁性传感器。
18.一种用于测量电流的系统，该系统包括：
负载；
包括导电线和传感器的电流传感器封装，其中所述导电线电连接到所述负载；
电连接到所述传感器和负载的控制器；
其中所述电流传感器封装测量电流，并且其中所述电流传感器封装包括软磁体，所述软磁体包括绝缘材料和具有软磁特性的材料的合成物。
19.根据权利要求18的系统，其中所述具有软磁特性的材料包括镍(Ni)、铁(Fe)、铁-镍(FeNi)、铁-硅(FeSi)、铁-硅-硼(FeSiB)、铁-钴(FeCo)颗粒或其组合。
20.根据权利要求18的系统，其中所述负载包括用于建筑物的电源、电力发电机或者可充电或不可充电的电池。
传感器封装及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 一般地，可使用分流器来测量电流。分流器是电阻已知的电阻器，其与负载串联放置以使得要测量的所有电流流过该电阻器。电阻器上的电压降与流过该电阻器的电流成比例。由于电阻器的电阻是已知的，所以电阻器上连接的电压表能显示出电流值。
[0003] 分流器的一个缺点是其高电阻以及因此的其高能量损耗。
发明内容
[0004] 通过本发明的优选实施例，这些及其它问题大体上得以解决或回避，并且大体上实现了技术优势。
[0005] 根据本发明的实施例，公开了一种传感器封装。该传感器封装包括导电线和传感器，其中传感器接近导电线而布置。传感器和导电线被电隔离(isolate)且至少部分被密封(encapsulate)。软磁体被布置在密封件中、密封件上和/或密封件周围，其中软磁体包括绝缘材料和具有软磁特性的材料的合成物。附图说明
[0006] 为了更完整地理解本发明及其优点，现结合附图参考以下的描述，其中：
[0007] 图1是尚未最终组装的电流轨和封装的磁性传感器的传统布置的示图；
[0008] 图2是传统电流传感器封装的示图；
[0009] 图3示出了传感器封装的实施例的横截面视图；
[0010] 图4示出了传感器封装的实施例的俯视图；
[0011] 图5示出了传感器封装的实施例的横截面视图；
[0012] 图6示出了传感器封装的实施例的俯视图；
[0013] 图7示出了包括两个传感器的传感器封装的实施例的俯视图；
[0014] 图8示出了传感器封装的实施例的横截面视图；以及
[0015] 图9示出了传感器封装的应用。
具体实施方式
[0016] 下面详细讨论目前优选实施例的制造和使用。然而，应当认识到，本发明提供了许多可应用的创造性概念，其能够在多种多样的具体背景中具体体现。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的说明，且不限制本发明的范围。
[0017] 将关于具体背景中的优选实施例描述本发明，也就是传感器封装。本发明也可应用于电流传感器。
[0018] 图1示出了典型地集成到传统电流传感器封装100中的元件。传统的电流传感器封装100包括电流轨110、软磁磁芯120和封装的磁性传感器130。在最终的组装步骤中，这些元件被密封在密封件(encapsulation)150内以形成电流传感器封装100。如图2所示。电流传感器封装100的软磁磁芯120典型地由金属例如铁或镍制成。
[0020] 在一个实施例中，软磁磁体包括软磁复合材料。在一个实施例中，软磁复合材料包括绝缘材料或聚合物。在一个实施例中，软磁复合材料包括嵌入绝缘材料或聚合物中的软磁磁体材料。在一个实施例中，软磁复合材料包括嵌入绝缘材料或聚合物中的镍(Ni)、铁(Fe)、铁-镍(FeNi)、铁-硅(FeSi)、铁-硅-硼(FeSiB)或铁-钴(FeCo)颗粒。
[0021] 在一个实施例中，软磁磁体可形成在传感器和导电线的密封件中和/或该密封件上。在一个实施例中，软磁磁体可形成在模具中。在一个实施例中，软磁磁体可注入模具中。在一个实施例中，软磁磁体可以包括位于密封件中、密封件上和/或密封件周围的三角形形状的结构或矩形形状的结构。在一个实施例中，软磁磁体可形成位于密封件中和/或密封件上的复合二维和三维结构。
[0022] 在一个实施例中，软磁磁体引导或集中磁力线。在一个实施例中，软磁磁体将磁性聚集到特定的聚集点。在一个实施例中，磁力线被聚集到传感器芯片上。在一个实施例中，磁力线被聚集到传感器芯片的活性(active)区域上。
[0023] 图3和4示出了传感器封装200的实施例。传感器230布置在引线框240上。传感器230可以通过例如环氧树脂的胶粘剂布置在引线框240的传感器附着区域233上。可替换地，胶粘剂可以是丙烯酸、硅树脂、异氰酸酯或其它粘合剂。在将传感器230固定在引线框240的传感器附着区域233之后，传感器230可能用接合线237导线接合到引线框240的引线236。在一个例子中，引线框240可以包括三根或四根引线236。可替换地，引线框240可以包括不同数目的引线236。
[0024] 图3和4进一步示出了布置在传感器230附近或邻近传感器230布置的导电线210。导电线210可以布置在距离传感器230的感测距离内。导电线210可以与传感器230隔离。在一个实施例中，导电线210可以被隔离，因为电压高达约100kV。在一个实施例中，导电线210可以被隔离，因为电压高达约10kV。在一个实施例中，导电线210可以被隔离，因为电压高达约1kV。
[0026] 在一个实施例中，导电线210是U-形的。在一个实施例中，导电线210是O-形的。在一个实施例中，导电线210是近似O-形的，即O形环的一侧处具有小缺口。在一个实施例中，导电线210是近似椭圆形的。在一个实施例中，导电线210是直线的。
[0027] 在一个实施例中，传感器230可以是磁性传感器。磁性传感器230可以测量由流过导电线210的电流产生的磁场。磁性传感器230通常不中断导电线210中的电流。磁性传感器230的输出电压可响应于电流的变化以及因此相关磁场的变化而改变。
[0028] 在一个实施例中，磁性传感器230是霍尔传感器。霍尔传感器测量磁场的变化。通过测量霍尔电压来测量磁场的变化。产生横向于流过霍尔板的恒定电流且垂直于要测量的磁场的霍尔电压。
[0029] 在一个实施例中，磁性传感器230是各向异性磁致电阻(AMR)传感器。AMR电阻器可以由沉积在硅晶片上的坡莫合金薄膜制成。在存在磁场的情况下，该膜的电阻可能变化2％-3％。在典型的配置中，其中四个这样的AMR电阻器以惠斯登电桥连接以便允许测量磁场的量值。
[0030] 垂直施加于坡莫合金膜一侧的外部磁场使得电阻值发生变化，且产生惠斯登电桥的电压输出变化。这种电阻的变化被称作磁阻效应，且与流过电桥的电流的角度和受到要测量的磁场影响的膜的磁化矢量直接相关。
[0031] 在一个实施例中，磁性传感器230是巨磁阻(GMR)传感器。GMR电阻器可由沉积在硅晶片上的自旋阀叠层制成。自旋阀叠层可以包括夹在两个具有相反磁化的磁性层之间的导电非磁性中间层。当受到外部磁场时，GMR电阻器改变其电阻。
[0032] 在典型的配置中，其中四个这样的GMR电阻器以惠斯登电桥连接，且其中两个惠斯登电桥可以形成GMR传感器。惠斯登电桥的每个半桥可以包括具有相反参考磁化的电阻器。两个半桥可以形成惠斯登电桥，以使得具有相似取向的参考磁化的电阻器沿对角线位于全桥中。第一惠斯登电桥的电阻器和第二惠斯登电桥的电阻器旋转90度。
[0033] 在一个实施例中，导电线210、传感器230和引线框240至少部分用密封材料或密封化合物密封在密封件250中。在一个实施例中，密封材料可以包括绝缘材料。在一个实施例中，密封材料可以包括不导电材料。在一个实施例中，密封材料可以包括电介质材料。在一个实施例中，密封材料可以包括聚合物。在一个实施例中，聚合物可以包括热固塑料或热塑塑料。在一个实施例中，密封件250形成在模具中。在一个实施例中，通过将密封化合物或材料注入到模具中来形成密封件250，以形成密封件250。
[0034] 热固塑料是一种聚合物材料，当被加热时、当被经过化学反应处理时、当通过照射处理时，其不可逆地固化。一些热固性材料在固化和被设计为模制成其最终型状(form)之前，可以是液体的、可延展的、或者甚至是固体的。
[0035] 固化过程通过交联过程将树脂转换成塑料或橡胶。添加能量和/或催化剂，使得分子链在化学活性部位处发生反应，从而将分子链链接到一起成为刚性结构。交联过程形成具有更大的分子量且是固体材料的分子。在一个实施例中，可以通过在约50℃到约250℃的范围内加热热固塑料来实现固化。在一个实施例中，可以通过在约100℃到约200℃的范围内加热热固塑料来实现固化。在一个实施例中，可以通过在高于约100℃的温度下加热热固塑料来实现固化。
[0036] 热塑塑料是一种聚合物，当被加热时其变成液体，且当被充分冷却时其凝固。多数热塑塑料是高分子量的聚合物，其链通过微弱的范德华力和/或较强的偶极-偶极相互作用关联。热塑塑料聚合物不同于热固塑料聚合物，其可以是被再熔化和再模制的。热固性材料可以包括甲酚酚醛树脂化合物、环氧树脂化合物、呋喃化合物、异氰酸盐、醇酸树脂化合物、三聚酰胺甲醛化合物或其组合。
[0037] 热塑塑料在玻璃转化温度Tg以上是有弹性的和柔性的。该转化温度Tg是一个温度范围的中间点，而不是一个精确限定的温度。在第二更高熔化温度Tm以下(该温度Tm也是一个范围的中间点)，一些热塑塑料具有交替的结晶区和非晶区。在Tm以上，所有的晶体结构消失，并且该链变成随机内部分散的。在一些实施例中，热塑塑料在Tm以下仅具有非晶区。
[0038] 热塑塑料可以包括聚酰胺或聚乙烯。可替换地，热塑塑料可以包括聚苯硫醚、聚乙烯化合物、聚甲醛化合物或其组合。
[0039] 在一个实施例中，热塑塑料可以被加热至约230℃到约370℃的温度。在一个实施例中，热塑塑料可以被加热至约270℃到约330℃的温度。在一个实施例中，热塑塑料可以被加热至约300℃的温度。
[0040] 软磁体或软磁磁芯260可以形成在密封件250上、密封件250中或密封件250周围。不像硬磁磁心，当去除磁场时，软磁磁心不保持被磁化。软磁磁心可以被用在磁场反复开关(switch)或变化的应用中。
[0041] 在一个实施例中，软磁体260可以包括软磁复合材料，例如绝缘材料或非导电材料加上具有软磁特征或特性的材料。在一个实施例中，软磁体260包括嵌入在绝缘材料中的具有软磁特性的材料。在一个实施例中，软磁体260包括填充有软磁颗粒的绝缘材料。在一个实施例中，软磁体260包括至少两种不同的嵌入在绝缘材料中的具有软磁特性的材料。在一个实施例中，绝缘材料是聚合物。在一个实施例中，聚合物可以包括热固性或热塑性材料。
[0042] 在一个实施例中，具有软磁特征或特性的材料可以包括例如镍(Ni)、铁(Fe)、铁-镍(FeNi)、铁-硅(FeSi)、铁-硅-硼(FeSiB)或铁-钴(FeCo)。可替换地，材料可以是其它具有软磁特性的材料。
[0043] 在一个实施例中，软磁体260可通过在密封件250上、密封件250中或密封件250周围沉积一层软磁复合材料来形成。
[0044] 在一个实施例中，软磁体260可通过在彼此之上沉积若干层软磁复合材料来形成。在一个实施例中，软磁复合材料的第一层可以被沉积在密封件250之上，其具有第一型状。接着，软磁复合材料的第二层可以被沉积在密封件250和所沉积的第一层之上，其具有第二型状。然后，软磁复合材料的第三层可以被沉积在密封件250和所沉积的第一和第二层之上，其具有第三型状。在一个实施例中，多层软磁体260可以包括全都具有不同型状或全部具有相同型状的n个层。可替换地，多层软磁体260可以包括一些具有相同型状的层和具有不同型状的其它层。通过施加这样的沉积过程可以形成软磁体260的复合的二维或三维型状。
[0045] 在一个实施例中，多层的软磁体260可以包括包含第一软磁复合材料的第一层和包含第二软磁复合材料的第二层。例如，第一软磁复合材料可以是其中嵌入铁(Fe)的热塑性材料，并且第二软磁复合材料可以是其中嵌入铁-镍(Fe-Ni)的热固塑料。
[0046] 在一个实施例中，软磁体260可通过将密封件250放置在模具中且在其中注入软磁复合材料来形成。软磁复合材料可在约100℃到约450℃的温度下注入。优选的范围可以在200℃和400℃之间。然后，模具被冷却，并且软磁复合材料呈现出模具的型状，从形成软磁体260。
[0047] 在一个实施例中，电流传感器200可以在两步注入过程中形成。在第一步中，将导电线210、传感器230和引线框240放置于第一模具中。在模具中注入绝缘或非导电材料，并且形成密封件250。接着，在第二步中，将密封件250放置于第二模具中。在模具中注入软磁复合材料以在密封件250中、密封件250上或密封件250周围形成软磁体260。第一模具可以包括与第二模具不同的型状。
[0048] 图3和4示出了在密封件250上布置软磁体260的实施例。软磁体260覆在密封件250的上表面251、密封件250的下表面252和密封件250的侧壁253上面。软磁体260被布置成矩形形状，且覆在传感器230的活性区域231上面。
[0049] 图5示出了在密封件250上的软磁体260的布置的另一实施例。软磁体260布置在密封件250的上表面251和部分侧壁253上，但不在下表面252上。软磁体260完全覆盖传感器230，而不仅仅覆盖传感器230的活性区域231。
[0050] 图6示出了在密封件250上的软磁体260的布置的又一实施例。软磁体260形成三角形，其中三角形的一个角覆在传感器230的活性区域231上面。这种布置的优点在于磁力线可以引导或集中在传感器230的活性区域231上。进一步的优点在于磁力线可以聚集在传感器230的活性区域231上。
[0051] 图7示出了具有两个或更多传感器的实施例。图7示出了布置于第一引线框242上的第一传感器232和布置于第二引线框244上的第二传感器234。第一引线框242包括第一引线238，并且第二引线框244包括第二引线239。第一传感器232包括第一活性区域231，并且第二传感器234包括第二活性区域233。第一和第二传感器232、234，第一和第二引线框242、244以及导电线210至少部分嵌入密封件250中。软磁体260覆在密封件250上面并且覆在第一和第二传感器232、234的至少第一和第二活性区域231、233上面。在一个实施例中，第一和第二传感器232、234是相同类型的传感器。在一个实施例中，第一和第二传感器232、234可以包括不同类型的传感器。例如，传感器232可以是霍尔传感器，并且传感器234可以是AMR传感器。
[0052] 图8示出了嵌入密封件的软磁体260的布置的实施例。在一个实施例中，内部密封件270通过至少密封导电线210、传感器230和引线框240而形成。软磁体260形成在内部密封件270的表面上。根据前面公开的实施例中的一个来形成软磁体260。最后，形成外部密封件280以便密封内部密封件270和软磁体260。在一个实施例中，外部密封件280可以仅部分密封内部密封件270和/或软磁体260。在一个实施例中，外部密封件280可以包括与内部密封件270相同的材料。在另一实施例中，外部密封件280可以包括与内部密封件270不同的材料。
[0053] 尽管已参考说明性实施例描述了软磁体260的布置，但是这样的描述并不意图要以限制性的意义来解释。本领域技术人员将会知道说明性实施例的各种修改和组合。例如，软磁体260可以部分布置在密封件250中，且部分布置在密封件250外部，或者软磁体260可以嵌入密封件250中，该软磁体具有不被密封件250覆盖的表面。
[0054] 图9示出了电流传感器封装320在系统300中的应用。图9示出了连接到传感器封装320的负载或电流发生器310。负载或电流发生器310通过线路315电连接到传感器封装320的导电线。传感器封装的引线通过线路325电连接到控制器330，并且控制器330通过线路335电连接到电流发生器或负载310。
[0055] 负载或电流发生器310可以是可充电或不可充电的电池。在一个实施例中，负载或电流发生器310是电力发电器，例如太阳能电池、燃料电池或电磁发电机。在一个实施例中，负载或电流发生器310是用于建筑物的电源。在一个实施例中，负载或电流发生器310是用于建筑物的安全系统，其中，如果有人通过未被授权的门或窗的入口闯入建筑物，电流传感器封装将辨识出电流的中断。电流传感器封装320可以是前面公开的电流传感器封装中的一个。控制器330可以是微控制器或微处理器。
[0056] 在一个实施例中，电流传感器封装320测量由电流发生器310生成的电流，并通过线路325将结果或信息转送到控制器330。控制器330检查从电流传感器封装320接收的信息，并通过线路335命令电流发生器310增大或减小电流生成。在一些实施例中，基于从电流传感器封装320接收的信息，当满足或违反规格限制时，控制器330可以关断电流发生器310。
[0057] 在一个实施例中，电流传感器封装320测量来自负载310的电流，并通过线路325将结果或信息转送到控制器330。控制器330检查从电流传感器封装320接收的信息，并通过线路335发送信号来调整负载310的电气特征。在一些实施例中，基于从电流传感器封装320接收的信息，当满足或违反规格限制时，控制器330可以关断负载。
[0058] 系统300能够在许多不同的应用中使用。例如，系统300可以用在电动车辆、安全系统、本地发电系统中或建筑物中。在一个实施例中，这些系统可以包括传感器封装200的实施例。在一个实施例中，这些系统可以包括传感器封装200的几个或许多实施例。
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