本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，特別涉及一種差分霍爾電流傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、目前，集成有霍爾元件或霍爾芯片的霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用于電信號的高效測量。伴隨新能源、儲能、電池管理等領(lǐng)域的技術(shù)更新，對霍爾傳感器的測量靈敏度、測量量程等都提出了更高的要求。

2、由于霍爾本身只能探測與其磁感應(yīng)面垂直的磁場，為了利用電流產(chǎn)生的垂直磁場，現(xiàn)有的霍爾傳感器使用兩個霍爾放置在電流排兩側(cè)，同時縮窄電流排在此處的寬度。這種方案會導(dǎo)致電流排在縮窄的部分由于電流集中而發(fā)熱，其測量量程也受到極大的限制。

3、另一種方案是將霍爾現(xiàn)場安裝在電流排上并加裝用于放大磁場的磁芯或體積較大的磁軛結(jié)構(gòu)，雖然可以擴大其檢測電流的量程，但一方面安裝維護困難，另一方面由于使用硅基霍爾又使其靈敏度降低。

4、此外，也有采用分流電阻方法的電流傳感器，通過將極小阻值的電阻串聯(lián)電流排并測量其兩端電壓來推算電流。但這種方案的電阻會因溫度變化導(dǎo)致產(chǎn)生測量誤差。與霍爾電流傳感器相比，其精度和穩(wěn)定性都存在明顯不足。

5、有鑒于此，需要優(yōu)化設(shè)計一種新型的霍爾電流傳感器及其制造方法，以全部或部分地解決上述電流傳感器的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面，本發(fā)明的實施例提供了一種差分霍爾電流傳感器及其制造方法，通過聚集電流磁場形成導(dǎo)通磁路從而增強霍爾可感知的磁場強度，提高測量靈敏度。所述技術(shù)方案如下：

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種差分霍爾電流傳感器，該差分霍爾電流傳感器包括：

3、基板；

4、磁軛，具有由底面和位于底面的同一側(cè)上的兩個側(cè)面構(gòu)成的半包圍結(jié)構(gòu)，該半包圍結(jié)構(gòu)的底面鍵合在基板上；

5、電流排，放置在半包圍結(jié)構(gòu)的空腔中并且允許電流排的兩端部從半包圍結(jié)構(gòu)伸出；

6、絕緣層，設(shè)置在電流排的上表面上并且位于空腔中；

7、至少兩個霍爾，沿電流方向?qū)ΨQ地設(shè)置在絕緣層的上表面的兩側(cè)；

8、至少兩組聚磁塊，其每組聚磁塊與至少兩個霍爾的磁感應(yīng)面貼靠設(shè)置；

9、其中至少兩組聚磁塊與磁軛形成導(dǎo)通磁路，將電流磁場在霍爾的磁感應(yīng)面平行方向上的磁場分量偏轉(zhuǎn)為在其磁感應(yīng)面垂直方向上的磁場分量。

10、在一些實施例中，具體地，磁軛為一體式加工成型，其半包圍結(jié)構(gòu)由底面聚磁板與位于底面聚磁板的同一側(cè)兩端上的第一側(cè)面聚磁板和第二側(cè)面聚磁板構(gòu)成，其空腔由底面聚磁板、第一側(cè)面聚磁板和第二側(cè)面聚磁板包圍形成。

11、在一些實施例中，進一步地，電流排從空腔的未設(shè)置側(cè)面聚磁板的兩側(cè)伸出并與外部的待測電流排串聯(lián)連接，待測電流排產(chǎn)生的磁場通過磁軛被聚攏。

12、在一些實施例中，基板上還設(shè)置有ic電路部分，至少兩個霍爾經(jīng)ic電路部分差分后輸出測量信號。

13、在一些實施例中，至少兩個霍爾包括位于磁軛的半包圍結(jié)構(gòu)內(nèi)并且中心對稱地布置在絕緣層的上表面的兩側(cè)的至少一對霍爾，該至少一對霍爾中的一對霍爾包括相對布置的第一霍爾和第二霍爾。

14、在一些實施例中，至少兩組聚磁塊為兩組聚磁塊，該兩組聚磁塊包括第一組聚磁塊和第二組聚磁塊。

15、具體地，第一組聚磁塊包括中心對稱地設(shè)置在至少一對霍爾中的每對霍爾的上方的第一聚磁塊，該第一聚磁塊分別貼靠在每對霍爾的上層磁感應(yīng)面上，并且該第一聚磁塊位于每對霍爾的兩個霍爾的中間區(qū)域上。

16、具體地，第二組聚磁塊包括中心對稱地布置在至少一對霍爾中的每對霍爾與絕緣層之間的第二聚磁塊和第三聚磁塊，第二聚磁塊和第三聚磁塊位于磁軛的空腔內(nèi)，第二聚磁塊和第三聚磁塊分別貼靠在每對霍爾的下層磁感應(yīng)面上，第二聚磁塊的遠離電流排中心的一端貼靠在磁軛的第一側(cè)面聚磁板的內(nèi)側(cè)，第三聚磁塊的遠離電流排中心的一端貼靠在磁軛的第二側(cè)面聚磁板的內(nèi)側(cè)。

17、進一步地，第一聚磁塊、第二聚磁塊和第三聚磁塊設(shè)置成關(guān)于電流排中心對稱并且它們的平面投影重合于差分霍爾電流傳感器的霍爾中心區(qū)域。

18、進一步地，在至少一對霍爾的每對霍爾中，第一霍爾和第二霍爾之間具有第一間隙，該第一間隙設(shè)置為預(yù)定距離或等于零；第二聚磁塊和第三聚磁塊之間具有第二間隙。

19、在一些實施例中，至少兩組聚磁塊為兩組聚磁塊，該兩組聚磁塊包括第一組聚磁塊和第二組聚磁塊。

20、具體地，第一組聚磁塊包括中心對稱地設(shè)置在至少一對霍爾中的每對霍爾與絕緣層之間的第一聚磁塊，該第一聚磁塊分別貼靠在每對霍爾的下層磁感應(yīng)面上，并且該第一聚磁塊位于每對霍爾的兩個霍爾的中間區(qū)域上。

21、具體地，第二組聚磁塊包括中心對稱地布置在至少一對霍爾中的每對霍爾的上方的第二聚磁塊和第三聚磁塊；第二聚磁塊和第三聚磁塊位于磁軛的空腔內(nèi)，第二聚磁塊和第三聚磁塊分別貼靠在每對霍爾的上層磁感應(yīng)面上，第二聚磁塊的遠離電流排中心的一端貼靠在磁軛的第一側(cè)面聚磁板的內(nèi)側(cè)，第三聚磁塊的遠離電流排中心的一端貼靠在磁軛的第二側(cè)面聚磁板的內(nèi)側(cè)。

22、進一步地，第一聚磁塊、第二聚磁塊和第三聚磁塊設(shè)置成關(guān)于電流排中心對稱并且它們的平面投影重合于差分霍爾電流傳感器的霍爾中心區(qū)域。

23、進一步地，在至少一對霍爾的每對霍爾中，第一霍爾和第二霍爾之間具有第一間隙，第一間隙設(shè)置為預(yù)定距離或等于零；第二聚磁塊和第三聚磁塊之間具有第二間隙。

24、在一些實施例中，當至少一對霍爾中的任意一對霍爾為集成的霍爾元件時，該集成的霍爾元件的管腳直接焊接到基板上設(shè)置的霍爾元件電路上并再連接到基板上設(shè)置的信號處理電路。

25、在一些實施例中，當至少一對霍爾中的任意一對霍爾為霍爾裸芯片時，該霍爾裸芯片直接放置在磁軛的空腔中，并且通過金屬連線連接霍爾芯片電路，然后再連接到基板上設(shè)置的信號處理電路。

26、在一些實施例中，至少一對霍爾包括平行設(shè)置在絕緣層上的至少兩對霍爾，其中至少兩對霍爾中的相鄰的兩對霍爾是間隔設(shè)置的。

27、在一些實施例中，至少兩組聚磁塊中的任意一個聚磁塊的截面形狀為中心對稱形狀，該中心對稱形狀為菱形、正方形、矩形、圓形、橢圓形中的任意一種。

28、在一些實施例中，至少兩組聚磁塊和磁軛的材料為自身不具有磁性的高磁導(dǎo)率材料，該高磁導(dǎo)率材料為鐵氧體、軟磁體、納米磁晶中的任意一種。

29、在一些實施例中，至少兩個霍爾中的每個霍爾的材料為霍爾材料，該霍爾材料為gaas、insb、inas中的任意一種。

30、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種差分霍爾電流傳感器的制造方法，用于制造根據(jù)上述方面描述的差分霍爾電流傳感器，該制造方法包括：

31、制造基板；

32、制造磁軛，該磁軛具有由底面和位于底面的同一側(cè)上的兩個側(cè)面構(gòu)成的半包圍結(jié)構(gòu)，該半包圍結(jié)構(gòu)的底面鍵合在基板上；

33、制造器件框架，在器件框架內(nèi)設(shè)置電流排，并將器件框架內(nèi)的電流排鍵合在半包圍結(jié)構(gòu)的空腔中并且允許電流排的兩端部從半包圍結(jié)構(gòu)伸出；

34、制造絕緣層，該絕緣層設(shè)置在電流排的上表面上并且位于空腔中；

35、將至少兩個霍爾沿電流方向?qū)ΨQ地設(shè)置在絕緣層的上表面的兩側(cè)；

36、制造至少兩組聚磁塊，該至少兩組聚磁塊的每組聚磁塊與至少兩個霍爾的磁感應(yīng)面貼靠設(shè)置；

37、將至少兩組聚磁塊與磁軛形成導(dǎo)通磁路，通過該導(dǎo)通磁路將電流磁場在至少兩個霍爾的磁感應(yīng)面的平行方向上的磁場分量偏轉(zhuǎn)為在其磁感應(yīng)面的垂直方向上的磁場分量；

38、通過標定測量獲得至少兩個霍爾中組成一對的每對霍爾的電流排所通電流與霍爾電壓的系數(shù)。

39、本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法具有以下優(yōu)點中的至少一個或至少一個優(yōu)點的一部分：

40、（1）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法通過磁軛和聚磁塊將待測電流排產(chǎn)生的磁場進行聚集形成導(dǎo)通磁路，提高磁通密度，增強霍爾可感知的磁場強度，提升測量靈敏度；

41、（2）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法通過上下兩組錯位排布的聚磁塊將待測電流排產(chǎn)生的不能被霍爾感知的磁場分量全部或部分地偏轉(zhuǎn)其方向至可被其感知的磁場方向，進一步增強其可感知的磁場強度；

42、（3）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法通過預(yù)置電流排與待測電流排串聯(lián)，保證內(nèi)部霍爾與待測電流排的相對位置的對準精度，并具備良好的一致性，從而降低測量誤差；

43、（4）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法將霍爾設(shè)置在預(yù)置的電流排上，避免兩側(cè)的霍爾的間距受到實際待測電流排寬度增加的影響，兩側(cè)的霍爾的間距可以縮小至零，減小封裝結(jié)構(gòu)尺寸，同時有助于提高霍爾抗干擾性；

44、（5）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法的聚磁塊之間的間隙、成對的霍爾之間的間隙可以根據(jù)實際的待測電流排的寬度和測量要求進行對應(yīng)設(shè)計且不影響整體聚磁效果，普遍適用于各種量程下的電流的測量；

45、（6）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法可對多對霍爾及貼靠其磁感應(yīng)面的聚磁塊進行靈活布局，還可以對聚磁塊的形狀進行靈活設(shè)計，使用成熟加工方法，工藝簡單，不額外增加制造成本；

46、（7）本發(fā)明的實施例提供的差分霍爾電流傳感器及其制造方法將霍爾成對地在電流排上對稱布置，通過差分電路消除測量過程中的干擾信號，提高測量靈敏度和精度，特別是有利于感測極小電流值，擴大了差分霍爾電流傳感器的量程。