一种线性霍尔芯片的封装结构及封装方法与流程

本发明属于传感器封装技术领域，涉及一种封装结构，特别是一种线性霍尔芯片的封装结构及封装方法。

背景技术：

近年来新能源电动汽车、以及光伏风电等领域的发展，电流测量的需求越来越多，同时客户对霍尔电流传感器的性能指标提出了更高的要求。以光伏行业为例，如光伏逆变器可将光伏（pv）太阳能板产生的可变直流电压转换成市电频率的交流电（ac），并可以接入商用输电系统。逆变器内部的igbt通过不停的开关进行pwm调制出符合要求的交流电路，通过电流传感器检测输出电流的大小，反馈给igbt进行pwm控制。而该pwm控制需要高速、高精度的检测逆变器输出电流的大小。

霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量磁场强度大小的一种传感器。在线性霍尔芯片中,霍尔敏感头感应环境磁场强度,产生霍尔电压,然后经过放大器处理,输出与磁场强度成正比的电压信号。而将线性霍尔芯片应用于测量流经导体电流大小的电流传感器中，就是利用上述线性霍尔芯片所具有的特征。另外，将线性霍尔芯片、铁芯以及外壳组成形成霍尔电流传感器，检测与流经导体的电流成比例产生的磁场大小，进行计算出流经导体的电流大小。

由现有技术可知，一块闭合的金属处于交变的磁场中，交变的磁通量会使闭合的金属块中产生感应电流，形成涡电流，而涡电流会产生一个相反的磁场，抵消原有的部分磁场。当线圈中通有交变电流i1时，线圈周围就产生一个交变的磁场h1，置于这一磁场中的金属导体内部产生涡电流i2，它将产生一个新磁场h2，h2和h1方向相反，以此抵消部分原磁场h1。

当igbt的开关频率很高时，输出电流的大小变化频率较快，导致霍尔电流传感器中的线性霍尔芯片感受到的磁通量会急剧发生变化。根据现有技术可知，在线性霍尔芯片的封装结构中，金属基板框架会产生涡电流，而涡电流产生的磁场会抵消外部的部分磁场，从而导致线性霍尔芯片感受到的磁场小于真实的磁场，进而导致线性霍尔芯片的输出电压的响应变慢，输出电压值误差较大。

综上所述，为解决现有线性霍尔芯片封装结构上的不足，需要设计一种能够抑制或者降低涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差的线性霍尔芯片的封装结构。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能够抑制或者降低涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差的线性霍尔芯片的封装结构。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种线性霍尔芯片的封装结构，包括：

金属基板框架，其上开设有一个凹槽；

线性霍尔芯片，安装于金属基板框架上，其中，线性霍尔芯片上设置有一个霍尔元件，且该霍尔元件与凹槽的位置相对应。

在上述的一种线性霍尔芯片的封装结构中，凹槽偏心设置于金属基板框架上，其中，凹槽的一侧开穿金属基板框架的一侧边缘。

在上述的一种线性霍尔芯片的封装结构中，金属基板框架与线性霍尔芯片之间通过银胶固定，并进行一体塑封。

在上述的一种线性霍尔芯片的封装结构中，霍尔元件位于线性霍尔芯片的中心位置。

在上述的一种线性霍尔芯片的封装结构中，金属基板框架采用多种导电材料制作而成。

在上述的一种线性霍尔芯片的封装结构中，凹槽的尺寸中，宽为0.5mm，长为1.7mm。

本发明还提供一种线性霍尔芯片的封装方法，包括：

步骤一：通过腐蚀技术或者冲压技术在金属基板框架上开设一个凹槽；

步骤二，通过coms技术将霍尔元件和coms信号调理电路一体化设置，并将霍尔元件置于线性霍尔芯片的中心位置；

步骤三，通过焊机技术将线性霍尔芯片与金属基板框架相连，并使得线性霍尔芯片中的霍尔元件与凹槽的位置相对应；

步骤四，通过热固性材料将线性霍尔芯片与金属基板框架进行一体化塑封处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）、通过腐蚀技术或者冲压技术，在金属基板框架上开设一个凹槽，并采用绑定焊接技术，实现金属基板框架与线性霍尔芯片的安装固定，且将线性霍尔芯片上的霍尔元件的位置与凹槽的位置相对应，从而抑制和降低由于磁通密度变化而引起的涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差；

（2）、将凹槽偏心设置，是为了保证线性霍尔芯片与金属基板框架相连时，线性霍尔芯片上的霍尔元件能够精准的落入该凹槽内，并且与该凹槽的中心部位，从而进一步降低涡电流引起的电磁感应，以及霍尔元件受涡电流引起的磁通密度变得极其微小，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差；

（3）、金属基板框架与线性霍尔芯片之间的塑封材料采用热固性材料，如热固性塑料，减少线性霍尔芯片由于外界温度变化而引起的封装应力，提高金属基板框架与线性霍尔芯片之间连接的可靠性，保证可靠的信号输出；

（4）、采用coms技术将霍尔元件和coms信号调理电路进行一体化设计，并将霍尔元件处于线性霍尔芯片的中心位置，这样保证线性霍尔芯片在进行封装后，使得霍尔元件的四周感受到的应力保持一致，提高金属基板框架与线性霍尔芯片之间连接的可靠性，保证可靠的信号输出；

（5）、金属基板框架中含有铜、钛、铬等导电材料的金属材料制作而成，从而增加金属基板框架的电阻率，进而抑制和降低由于磁通密度变化而引起的涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差；

（6）、通过腐蚀技术或者冲压技术在金属基板框架上形成凹槽，通过coms技术实现霍尔元件与coms信号调理电路一体化设置，通过焊接技术实现线性霍尔芯片和金属基板框架的固化连接，通过塑封技术实现两者固化后的塑封，运用现有技术，形成的封装结构能够有效地避免涡流效应的影响，从而提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

附图说明

图1是现有技术中一种线性霍尔芯片的封装结构的正面结构示意图。

图2是现有技术中一种线性霍尔芯片的封装结构的反面结构示意图。

图3是本发明一种线性霍尔芯片的封装结构的正面结构示意图。

图4是本发明一种线性霍尔芯片的封装结构的反面结构示意图。

图5是本发明一较佳实施例中金属基板框架的结构示意图。

图6是本发明一较佳实施例中线性霍尔芯片的结构示意图。

图7是现有技术中金属基板框架与本发明中金属基板框架在同一位置、同一磁场中的磁场测试图。

图8是采用现有技术的封装结构的霍尔测试图。

图9是采用本发明的封装结构的霍尔测试图。

图中，100、金属基板框架；110、凹槽；200线性霍尔芯片；210霍尔元件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，现有技术中的一种线性霍尔芯片的封装结构，包括：金属基板框架100；线性霍尔芯片200，通过焊接技术与金属基板框架100相连，其中，在线性霍尔芯片200上设置有一个霍尔元件210。

在现有技术中，金属基板框架100为一个封闭的结构，当外部施加一定频率的交变磁场时，金属基板框架100的内部会产生涡电流，从而产生一个新的磁场，以此来抵消外部施加的磁场，进而导致线性霍尔芯片200的输出电压响应变慢，输出的电压值误差较大。对此，需要研发一种新的线性霍尔芯片的封装结构，以此来解决涡电流效应而引发的响应变慢，电压值误差较大的问题。

如图3至图6所示，本发明提供的一种包括线性霍尔芯片的封装结构，包括：金属基板框架100，其上开设有一个凹槽110；线性霍尔芯片200，安装于金属基板框架100上，其中，线性霍尔芯片200上设置有一个霍尔元件210，且该霍尔元件210与凹槽110的位置相对应。

本发明提供的一种线性霍尔芯片的封装结构，通过腐蚀技术或者冲压技术，在金属基板框架100上开设一个凹槽110，并采用绑定焊接技术，实现金属基板框架100与线性霍尔芯片200的安装固定，且将线性霍尔芯片200上的霍尔元件210的位置与凹槽110的位置相对应，从而抑制和降低由于磁通密度变化而引起的涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

进一步优选地，凹槽110偏心设置于金属基板框架100上，其中，凹槽110的一侧开穿金属基板框架100的一侧边缘。

在本实施例中，将凹槽110偏心设置，是为了保证线性霍尔芯片200与金属基板框架100相连时，线性霍尔芯片200上的霍尔元件210能够精准的落入该凹槽110内，并且位于该凹槽110的中心部位，从而进一步降低涡电流引起的电磁感应，以及霍尔元件210受涡电流引起的磁通密度变得极其微小，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

进一步优选地，金属基板框架100与线性霍尔芯片200之间通过银胶固定，并进行一体塑封。

在本实施例中，金属基板框架100与线性霍尔芯片200之间的塑封材料采用热固性材料，如热固性塑料，减少线性霍尔芯片200由于外界温度变化而引起的封装应力，提高金属基板框架100与线性霍尔芯片200之间连接的可靠性，保证可靠的信号输出。

优选地，如图3至图6所示，霍尔元件210位于线性霍尔芯片200的中心位置。

在本实施例中，采用coms技术将霍尔元件210和coms信号调理电路进行一体化设计，并将霍尔元件210处于线性霍尔芯片200的中心位置，这样保证线性霍尔芯片200在进行封装后，使得霍尔元件210的四周感受到的应力保持一致，提高金属基板框架100与线性霍尔芯片200之间连接的可靠性，保证可靠的信号输出。

优选地，如图3至图6所示，金属基板框架100采用多种导电材料制作而成。

在本实施例中，金属基板框架100中含有铜、钛、铬等导电材料的金属材料制作而成，从而增加金属基板框架100的电阻率，进而抑制和降低由于磁通密度变化而引起的涡电流效应，提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

进一步优选地，凹槽110的尺寸中，宽为0.5mm，长为1.7mm。

在本实施例中，采用磁场仿真分析软件，对于现有技术中的金属基板框架100和本发明中的金属基板框架100在同一位置，同一磁场进行仿真分析，如图7所示，其中，图7中的曲线系列1是磁场软件施加的外部30hz的交变磁场变化曲线，曲线系列2是现有技术金属基板框架100的中心位置的磁场变化曲线，曲线系列3是本发明金属基板框架100中凹槽110位置的中心位置的磁场变化曲线，通过图7中的曲线图，可以得知，曲线系列2和曲线系列1相比，不仅磁场的幅值变小，也存在相移。而曲线系列3和曲线系列1相比，两者的磁场数据基本一致、重合。

通过仿真充分说明，在金属基板框架100上开设凹槽110是有效的，能够有效地减弱和避免涡流效应衍生的磁场所带来的影响。

在本实施例中，针对现有技术中线性霍尔芯片的封装结构和本发明中线性霍尔芯片的封装结构，采用di/dt测试设备进行测试对比，如图8和图9所示，通过图8的输入波形和输出波形可以看出，当外界磁场发生激烈变化时，采用现有技术中的封装结构的霍尔输出失真，幅值变小，响应变慢。通过图9的输入波形和输出波形可以看出，当外界磁场发生激烈变化时，采用本发明中的封装结构的霍尔输出，可以跟随输入波形的变化而相应的变化。

通过仿真软件的分析和封装结构的测试，说明本发明中封装结构能够有效地避免涡流效应的影响，从而提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

如图3至图6所示，本发明还提供一种线性霍尔芯片的封装方法，其特征在于，包括：

步骤一：通过腐蚀技术或者冲压技术在金属基板框架100上开设一个凹槽110；

步骤二，通过coms技术将霍尔元件210和coms信号调理电路一体化设置，并将霍尔元件210置于线性霍尔芯片200的中心位置；

步骤三，通过焊机技术将线性霍尔芯片200与金属基板框架100相连，并使得线性霍尔芯片200中的霍尔元件210与凹槽110的位置相对应；

步骤四，通过热固性材料将线性霍尔芯片200与金属基板框架100进行一体化塑封处理。

本发明提供的一种线性霍尔芯片的封装方法，通过腐蚀技术或者冲压技术在金属基板框架100上形成凹槽110，通过coms技术实现霍尔元件210与coms信号调理电路一体化设置，通过焊接技术实现线性霍尔芯片200和金属基板框架100的固化连接，通过塑封技术实现两者固化后的塑封，运用现有技术，形成的封装结构能够有效地避免涡流效应的影响，从而提高霍尔电流传感器的带宽，降低输出响应时间和输出误差。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。