专利名称：集成磁场传感器控制开关器件以及集成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型总体上涉及开关器件，更具体地，涉及磁场传感器控制开关器件。
背景技术：
半导体霍尔传感器目前用于逻辑信令，但是通常仅能够切换有限负载电流。因此，目前使用两个分离器件:霍尔传感器和负载切换集成电路(1C)。通常在操作中，指示切换状态的霍尔传感器信号由微控制器接收而微控制器反过来将负载切换IC激活。霍尔传感器和负载切换IC通常焊接在印刷电路板(PCB)上。这样的配置比预想的使用更多电路板和封装空间，而且在外围空间和布线上更加复杂，而外围空间的布线的复杂均会导致更高的成本。因此，存在对具有像霍尔传感器的磁场传感器的鲁棒性和可靠性优势的改进型功率开关的需要。
实用新型内容本实用新型的一个实施方式提供一种磁场传感器控制器件，包括:集成电路封装；磁开关电路，设置在所述封装中；以及负载开关电路，耦接至所述磁开关电路并设置在所述封装中。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，该磁场传感器控制器件进一步包括耦接至所述磁开关电路和所述负载开关电路的上拉电阻。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述上拉电阻设置在所述封装中。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述负载开关电路包括晶体管、有源功率开关、nMOS器件、pMOS器件、线性电流源或开关电流源中的一个。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁开关电路包括霍尔效应元件。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁开关电路包括磁阻传感器、差分传感器、磁敏二极管、磁敏晶体管或磁敏MOSFET中的至少一个。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁开关电路和所述负载开关电路集成在单个芯片上。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，磁场传感器控制器件 进一步包括设置在所述封装中的引线框架，其中所述磁开关电路布置在所述引线框架的第一侧边，以及所述负载开关电路布置在与所述第一侧边相对的第二侧边。[0017]在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，磁场传感器控制器件进一步包括设置在所述封装中的引线框架，其中所述磁开关电路和所述负载开关电路设置在所述引线框架的第一侧边。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁开关电路和所述负载开关电路以逐个芯片的配置方式布置。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述负载开关电路被配置为以约100毫安(mA)到约50A的范围切换负载。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述负载开关电路被配置为以约100毫安到约20A的范围切换负载。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述负载包括灯或LED。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁开关电路被配置为向微控制器发送逻辑信号。在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，磁场传感器控制器件进一步包括耦接至所述磁开关电路并设置在所述封装中的至少一个附加负载开关电路。
·[0024]在根据本实用新型的一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，磁场传感器控制器件进一步包括设置在所述封装中的集成负载保护电路或集成负载诊断中的至少一个。本实用新型的又一个实施方式提供一种集成电路，包括:包括磁场传感器元件的磁场切换电路；耦接至所述磁场切换电路的负载切换电路；以及容纳所述磁场切换电路和所述负载切换电路的集成电路封装。在根据本实用新型的又一个实施方式的集成电路的优选实施方案中，进一步包括芯片，其中所述磁场切换电路和所述负载切换电路形成在所述芯片上。在根据本实用新型的又一个实施方式的集成电路的优选实施方案中，进一步包括容纳在所述封装中的上拉电阻。在根据本实用新型的又一个实施方式的集成电路的优选实施方案中，所述磁场切换电路被配置为并行发送逻辑信号和负载控制信号。在根据本实用新型的又一个实施方式的集成电路的优选实施方案中，所述磁场传感器元件包括霍尔效应传感器元件、差分传感器元件、磁阻传感器元件、磁敏二极管器件、磁敏晶体管器件或磁敏MOSFET器件中的至少一个。本实用新型的再一个实施方式提供一种磁场传感器控制器件，包括:集成电路封装；布置在所述封装中的磁场开关电路；布置在所述封装中并耦接至所述磁场开关电路的负载开关电路；以及稱接至所述封装的反偏磁材料(back bias magnetic material)。在根据本实用新型的再一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述反偏磁材料在所述封装内耦接至所述封装。在根据本实用新型的再一个实施方式的磁场传感器控制器件的优选实施方案中，所述磁场开关电路包括霍尔效应传感器元件、差分传感器元件、磁阻传感器元件、磁敏二极管器件、磁敏晶体管器件或磁敏MOSFET器件中的至少一个。
在考虑
以下结合附图对本实用新型的各种实施方式的详细描述的情况下，可以更完整地理解本实用新型，附图中:图1是根据实施方式的集成磁场传感器开关器件的框图。图2是根据实施方式的集成磁场传感器开关器件的电路框图。图3A是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。图3B是根据实施方式的未封装情况下图3A的磁开关器件的示意图。图4A是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。图4B是根据实施方式的未封装情况下图4A的磁开关器件的示意图。图5是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。图6A是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。图6B是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。
图7是根据实施方式的磁开关器件封装的示意图。图8A是根据实施方式的磁开关器件的示例实施的示意图。图8B是根据实施方式的磁开关器件的示例实施的示意图。尽管本实用新型的细节以示例的方式在附图中示出并且将被详细地描述，但本实用新型适应于各种修改和可替换形式。然而，应当理解到，并不意指将本实用新型局限于所描述的具体实施方式
。相反，意指将落在由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围内的所有修改、等同以及替换涵盖。
具体实施方式
实施方式涉及集成磁场传感器控制开关器件，其中包括，例如晶体管、电流源以及功率开关。在实施方式中，磁开关和负载开关集成在单个集成电路器件中。在实施方式中，该器件还可以包括集成负载保护和负载诊断。实施方式能够提供负载切换和例如用于更新微控制器或电子控制单元(ECU)的可选的同步逻辑信令，同时还能减少空间和复杂性以及由此降低成本。参考图1和图2，其示出根据实施方式的磁场传感器控制开关器件100的框图。在实施方式中，器件100包括磁开关电路102和集成在单个封装106中的负载开关电路104。在各种实施方式中，磁开关电路102可以包括霍尔效应传感器、磁阻(xMR)传感器、磁敏二极管、磁敏晶体管、磁敏MOSFET (MAGFET)或一些其他合适的磁场或其他传感器器件。在实施方式中，传感器可以进一步包括具有多个感测元件的差分或三分量(gradiometric)传感器器件,其对于干扰磁场更具有鲁邦性。在图2的实施方式中，磁开关电路102包括至少一个霍尔效应传感器元件108,例如霍尔板或垂直霍尔器件,其被配置为检测磁体的位置。在实施方式中，磁开关电路102被配置为用作开关并且向外部微控制器110提供开关逻辑水平信息，然而，在其他实施方式中，可以忽略该后一功能。在实施方式中，负载开关电路104包括诸如场效应晶体管(FET)的晶体管、线性电流控制电路、诸如高边功率开关的有源功率开关、nMOS器件、pMOS器件、线性电流源、切换电流源或被配置为切换或以其他方式控制负载111的一些其他合适器件。例如，在一个实施方式中，负载开关电路104可以包括功率FET。虽然示出的器件100包括单个负载开关电路104块，但其他实施方式可以包括多个负载开关电路104块，这在一些应用中是期望的。在实施方式中，开关100还包括上拉电阻112。如图1所示，上拉电阻112在封装106的外面。在其他实施方式中，上拉电阻112与霍尔开关电路102和负载开关电路104集成在封装106中。磁开关电路102和负载开关电路104可以以各种方式配置在封装106内。例如，实施方式可以包括具有芯片上芯片、并排芯片和其他合适布置的单片、双片或多片配置。例如，在一些实施方式中，期望的是电路102和电路104包括不同的技术，例如具有更厚金属层的功率技术、特定功能(例如DMOS或VMOS^P /或用于负载开关电路104和CMOS的非硅技术(例如，氮化镓、碳化硅或砷化镓)，例如用于霍尔或xMR传感器。在这些和其他实施方式中，逻辑、EEPROM和其他电路可以与磁开关电路102实施在电路芯片上，其中更多功能可以以更便宜技术在更小尺寸的电路芯片上实施，从而减少成本，然而，这仅仅是一些实施方式的示例，并且可以有其他的变化。在特定实施方式中，还可以在封装106内使用分离的芯片；分离、特定形状和/或非磁性引线框架和其他配置和布置，以改善期望的热特性，其中包括例如热阻、温度串扰、热耦合和热隔离和/或电磁兼容性(EMC)。参考图3A和图3B，器件100可以包括弓丨线框架113上的磁开关电路102和负载开关电路104的芯片在芯片上的配置，其中内部上拉电阻112在封装106内。在其他实施方式中，可以改变电路102和104的相对芯片在芯片上的布置。可选地，开关100可以包括外部上拉电阻112。在一个实施方式中,器件100形成在单个半导体芯片上,而在其他实施方式中，可以使用多个芯片。参考图4A和图4B，器件100可以包括弓丨线框架113上的霍尔开关电路102和负载开关电路104的并排芯片的配置，其还具有内部上拉电阻112或外部上拉电阻112 (图4A和图4B不出外部)。
在图5中，磁开关电路102和负载开关电路104 (不可见)中的一个可以安装在引线框架的顶部，而另一个安装在底部。例如，有利的是，将磁开关电路102在引线框架顶部安装为使其定位为更靠近磁体以最小化空气间隙，而将负载开关电路安装在底部以向电路板消散更多热量。在其他实施方式中，还可以实施磁开关电路102和负载开关电路104的不同耦接布置。在一个实施方式中，负载开关电路104可以与磁开关电路102的电流导轨串联地电耦接。这样的配置可用于监控电流，并在电流变得太大或呈现一些其他不良特征时切断该电流。在另一个实施方式中，负载开关电路104的单个端子可以与磁开关电路102的电流导轨耦接。这样的配置通过为终端用户提供对电流导轨和负载开关电路104进行串联、并联或一些其他期望配置连接的选择，可以具有更多的用途。在一些实施方式中，磁开关电路102的电流导轨可以用作负载开关电路104的芯片开关，使得负载开关电路104的芯片安装在电流导轨上。这样的配置可以提供负载开关电路104的更低电阻和热阻。这些实施方式是示例，其他实施方式可以包括这些和/或其他配置。本领域的普通技术人员可理解到，包括如图所示丝焊的封装106和引线114的这种配置，其可以包括其他耦接类型和配置，在实施方式和/或应用中还可以改变。例如，一些应用可以需要特定外部上拉电阻，而其他情况可以根据价格敏感性或一些其他特性选择特定配置。在实施方式中，器件100实质上可以包括具有不同封装和引线配置和类型的表面贴装器件(SMD)。例如，图6A和图6B示出3引脚和4引脚的引线实施方式。在期望或需要器件100定位的灵活性的实施方式或应用中，具有延伸引线长度的实施方式会是有利的。更长的引线提供定位的更多选择，例如在远端位置，或者可以将引线调整为用于更接近的位置。在另一个示例中，图7示出器件100和封装106的集成反向偏置(IBB)实施方式，其中磁体116在封装106内、封装106上或耦接至封装106。在操作中，单个集成器件100可以并行向负载和逻辑发出信号。可以由负载切换电路104通过识别磁开关电路102的磁场强度作用切换负载，可选地，发送逻辑信号到微控制器110以指示状态的变化来切换负载。因此，可以由单个器件驱动并且直接和本地切换负载，这与其中第一器件提供逻辑信号给微控制器而微控制器反过来信号通知第二器件切换负载的传统技术方案是不同的。参考图8A和图8B的示例，器件100耦接至微控制器110和负载111。由磁体118表示变化的磁场。在图8A中，由器件100关闭负载111，而在图8B中，磁体118移动时的磁场变化由磁开关电路102 (不可见)感测，使得并行进行负载111状态的切换以及通知微控制器110。在其他实施方式中，可以以相反方式或一些其他方式操作切换，而图8A和图8B用于示出一个简化的示例。开关100具有许多应用，其中包括照明、家用电器、生活和汽车业。具体地，虽然是非限制性的，但示例包括化妆镜、抽屉和碗橱照明；汽车和车辆刹车灯以及冰箱/冷藏箱。包括低功率磁开关的开关100还可以用于自动省电照明应用。此外，实施方式可以用作LED驱动器、线性电流源或切换电流调节器，例如用于集成磁LED开关。在一些实施方式中，负载可以大约是IOOmA到约50A以上，例如大约IOOmA到大约5A，或大约IA到大约20A，或一些其他范围，电压大约在IV到大约35V以上，但这些范围在其他实施方式中是可以改变的。实施方式提供许多优势。因为仅需要单个封装，相对传统解决方案可以实现成本节约。单个封装还仅需要更少空间、更少布线以及更少外围器件。例如，低成本结构可以包括固态继电器安装。至于功能性，由开关直接切换负载，而不是由微控制器，其变为可选的。在具有微控制器的实施方式中，一直更新微控制器，相对传统解决方案，鉴于霍尔开关的鲁棒性、可靠性和耐久性，可以实现寿命优势。实施方式还提供切换动作的改善可控性。本文已经描述了系统、器件和方法的各种实施方式。这些实施方式仅通过示例的方式给出，并不是为了限制本实用新型的范围。此外，应当理解到，已经描述的实施方式的各种特征可以以不同方式结合，以产生许多附加的实施方式。而且，尽管已经描述了各种材料、尺寸、形状、配置和位置以供所公开的实施方式使用，但是在没有超出本实用新型范围的情况下，还可以使用除了这些已经公开以外的其他材料、尺寸、形状、配置和位置。本领域的普通技术人员应当理解到，本实用新型可以包括比上述任何单独的实施方式中所示的特征更少的特征。本文所述实施方式并不意指本实用新型的各种特征可以组合的方式的详尽表示。因此，实施方式不是特征的排他性组合；相反，本领域普通技术人员所理解到，本实用新型可以包括从不同单独的实施方式中选择的不同的单独的特征的组
合o上述通过引证文献的任何结合被限定为不将与本文中的清楚公开相反地主题引用。上述通过引证文献的任何结合进一步被限定为通过引证不将文献中所包含的权利要求结合于此。上述通过引证文献的任何结合被又一步地限定为通过引证不将文献中提供的任何定义结合于本文中，除 非明确地给出包括在本文中。
权利要求1.一种磁场传感器控制开关器件，其特征在于，包括: 集成电路封装； 磁开关电路，设置在所述封装中；以及 负载开关电路，耦接至所述磁开关电路并设置在所述封装中。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，进一步包括耦接至所述磁开关电路和 所述负载开关电路的上拉电阻。
3.根据权利要求2所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述上拉电阻设置在所述封装中。
4.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述负载开关电路包括晶体管、有源功率开关、nMOS器件、pMOS器件、线性电流源或开关电流源中的一个。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁开关电路包括霍尔效应元件。
6.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁开关电路包括磁阻传感器、差分传感器、磁敏二极管、磁敏晶体管或磁敏MOSFET中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁开关电路和所述负载开关电路集成在单个芯片上。
8.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，进一步包括设置在所述封装中的引线框架，其中所述磁开关电路布置在所述引线框架的第一侧边，以及所述负载开关电路布置在所述引线框架的与所述第一侧边相对的第二侧边。
9.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，进一步包括设置在所述封装中的引线框架，其中所述磁开关电路和所述负载开关电路设置在所述引线框架的第一侧边。
10.根据权利要求9所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁开关电路和所述负载开关电路以芯片上芯片的配置方式布置。
11.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述负载开关电路被配置为以约100毫安到约50A的范围切换负载。
12.根据权利要求10所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述负载开关电路被配置为以约100毫安到约20A的范围切换负载。
13.根据权利要求10所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述负载包括灯或LED。
14.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁开关电路被配置为向微控制器发送逻辑信号。
15.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，进一步包括耦接至所述磁开关电路并设置在所述封装中的至少一个附加负载开关电路。
16.根据权利要求1所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，进一步包括设置在所述封装中的集成负载保护电路。
17.一种集成电路，其特征在于，包括: 包括磁场传感器元件的磁场切换电路；耦接至所述磁场切换电路的负载切换电路；以及 容纳所述磁场切换电路和所述负载切换电路的集成电路封装。
18.根据权利要求17所述的集成电路，其特征在于，进一步包括芯片，其中所述磁场切换电路和所述负载切换电路形成在所述芯片上。
19.根据权利要求17所述的集成电路，其特征在于，进一步包括容纳在所述封装中的上拉电阻。
20.根据权利要求17所述的集成电路，其特征在于，其中，所述磁场切换电路被配置为并行发送逻辑信号和负载控制信号。
21.根据权利要求17所述的集成电路，其特征在于，其中，所述磁场传感器元件包括霍尔效应传感器元件、差分传感器元件、磁阻传感器元件、磁敏二极管器件、磁敏晶体管器件或磁敏MOSFET器件中的至少一个。
22.—种磁场传感器控制开关器件,其特征在于,包括: 集成电路封装； 布置在所述封装中的磁场开关电路； 布置在所述封装中并耦接至所述磁场开关电路的负载开关电路；以及 耦接至所述封装的反偏磁材料。
23.根据权利要求22所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述反偏磁材料在所述封装内耦接至所述封装。·
24.根据权利要求22所述的磁场传感器控制开关器件，其特征在于，其中，所述磁场开关电路包括霍尔效应传感器元件、差分传感器元件、磁阻传感器元件、磁敏二极管器件、磁敏晶体管器件或磁敏MOSFET器件中的至少一个。
专利摘要实施方式涉及集成磁场传感器控制开关器件以及集成电路，其中磁场传感器控制开关器件包括，例如晶体管、电流源以及功率开关。在实施方式中，磁开关和负载开关集成在单个集成电路器件内。在实施方式中，该器件还可以包括集成负载保护和负载诊断。实施方式可以提供负载切换以及用于例如更新微控制器或电子控制单元(ECU)的可选的同步逻辑信号通知，同时减少空间和复杂性以及由此降低成本。
文档编号H03K17/90GK203135836SQ201220512638
公开日2013年8月14日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年10月6日
发明者乌多·奥塞尔勒基纳, 让-玛丽·勒加尔, 塞巴斯蒂安·梅尔滋 申请人:英飞凌科技股份有限公司