一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构的制作方法

本发明涉及一种集成电路封装结构，具体涉及一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构。

背景技术：

目前，单芯片的霍尔效应电流传感器其体积小，常见的有sop8和sow16两种封装，其成本相对传统的模块化传感器较低，因而被广泛的用于各类需要电流检测的领域，如光伏，变频器等市场。电流传感器芯片的内部一般有一条低阻抗导线，被测电流从该导线中流过时候，会产生磁场，利用霍尔传感器测量该磁场大小，就可以得到导线中的电流大小以及方向。这类传感器通常需要测量较高电压的电流，比如，家电中，需要测量220vrms的电压，而空调则需要测量的母线电压高达380v。为了满足安规的要求，380v电压的电流测试需要达到4800vrms。对芯片级电流传感器的封装技术带来了比较大的挑战。

常用的绝缘材料有聚酰亚胺和石英陶瓷等材料。聚酰亚胺的击穿电压可以达到20万伏/毫米，但是将该采用用于芯片封装当中，存在硬度不够，无法与现有集成电路封装工艺兼容的问题。采用石英陶瓷片作为隔离器件的话，存在硬度高，难以减薄，切割困难等问题。如果采用较厚的石英陶瓷片，则会导致霍尔芯片与框架的距离太远，霍尔芯片灵敏度不够的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有电流传感器的绝缘层材料和封装结构不能满足4800vrms以上隔离电压的问题，目的在于提供一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构，封装本体以sow16为基础，以铜框架作为电流导线，在框架和磁传感器asic之间采用长有二氧化硅薄膜的硅片作为隔离芯片，使得传感器可以实现高达6000vrms的隔离电压。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构，包括u型框架、隔离芯片和用于探测磁信号的传感器芯片；所述隔离芯片的顶面通过导电体粘接连接用于探测磁信号的传感器芯片；所述隔离芯片的底面通过导电体粘接连接u型框架的最大横截面；本发明属于一种集成电路封装结构，可以用于霍尔效应或者磁阻效应电流传感器ic的封装，也可以用于其他高隔离电压如ad/dc、数字隔离器芯片的封装。

其中，所述隔离芯片的结构沿垂直轴线依次向下分为氮化硅层、sio2薄膜层和硅衬底层，所述隔离芯片承受击穿电压1000v/um，所述硅衬底层包括硅衬底和晶圆，所述硅衬底作为晶圆的载体，所述sio2薄膜层承受高压电场。

进一步优化，所述用于探测磁信号的传感器芯片优选霍尔电流传感器芯片，u型框架可以通过被测量电流，集中电流产生的磁力线，该框架需要同时兼顾低导通电阻和高信号磁场。霍尔传感器测量框架中电流产生的磁场，将磁信号转换为电信号，因为磁场与电流大小线性相关，因此通过测量磁场就可以测量出电流的大小。线性霍尔传感器一般工作在3.0～5.5v的低电压下，而被测量电流与霍尔传感器之间根据应用不同会有高达几千的隔离电压。

进一步优化，晶圆尺寸可以是8寸，但不限于8寸，所述隔离芯片的sio2薄膜层的厚度大于或等于4um。

进一步优化，隔离芯片经减薄后，其厚度小于或者等于200um，bondingwire的下方要有隔离芯片覆盖住u型框架，增加框架与bondingwire之间距离，提升绝缘耐压。

进一步优化，粘接在u型框架之上，传感器芯片可以通过daf粘接也可以通过固晶胶粘接在隔离芯片之上。

进一步优化，所述隔离芯片的各边尺寸比用于探测磁信号的传感器芯片的各边尺寸至少大500um，采用300mil的宽体sow-16封装，可以实现超过4800vrms的隔离电压。芯片支持smt工艺，内部的硅芯片与框架之间的绝缘层采用硅晶圆上生长的高致密二氧化硅来实现。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构，利用栅氧化层的高击穿电压特性来实现超薄隔离芯片，实现高击穿电压的同时，压缩霍尔传感器芯片与导线之间的距离，降低霍尔传感器的灵敏度需求，提升线性度，温度特性和抗干扰特性；可以满足6000vrms隔离电压的电流传感器封装结构。其材料特性可与现有的集成电路封装工艺完全兼容，封装本体以sow16为基础，以铜框架作为电流导线，在框架和磁传感器asic之间采用长有二氧化硅薄膜的硅片作为隔离芯片，使得传感器可以实现高达6000vrms的隔离电压，采用300mil的宽体sow-16封装，可以实现超过4800vrms的隔离电压，芯片支持smt工艺，内部的硅芯片与框架之间的绝缘层采用硅晶圆上生长的高致密二氧化硅来实现，可以用于霍尔效应或者磁阻效应电流传感器ic的封装，也可以用于其他高隔离电压如ac/dc，数字隔离器等芯片的封装。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明芯片的截面结构示意图。

图2为本发明隔离芯片的结构示意图。

图3为本发明封装的一种电流传感器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构，包括u型框架、隔离芯片和用于探测磁信号的传感器芯片；所述隔离芯片的顶面通过daf薄膜粘贴连接用于探测磁信号的传感器芯片；所述隔离芯片的底面通过daf薄膜粘贴连接u型框架的最大横截面；本发明属于一种集成电路封装结构，可以用于霍尔效应或者磁阻效应电流传感器ic的封装，也可以用于其他高隔离电压如ad/dc、数字隔离器芯片的封装。

其中，如图2所示，所述隔离芯片的结构沿垂直轴线依次向下分为氮化硅层绝缘磁场中的磁信号层、sio2薄膜层和硅衬底层，所述隔离芯片sio2薄膜层承受击穿电压1000v/um，所述硅衬底层包括硅衬底和晶圆，所述硅衬底作为晶圆的载体，所述sio2薄膜层承受高压电场。

进一步，所述用于探测磁信号的传感器芯片优选霍尔电流传感器芯片，u型框架可以通过被测量电流，集中电流产生的磁力线，该框架需要同时兼顾低导通电阻和高信号磁场；霍尔传感器主要框架中电流产生的磁场，将磁信号转换为电信号，因为磁场与电流大小线性相关，因此通过测量磁场就可以测量出电流的大小，线性霍尔传感器一般工作在3.0～5.5v的低电压下，而被测量电流与霍尔传感器之间根据应用不同会有高达几千的隔离电压。

可以理解，霍尔电流传感器封装结构，采用300mil的宽体sow-16封装，可以实现超过4800vrms的隔离电压，芯片支持smt工艺，内部的硅芯片与框架之间的绝缘层采用硅晶圆上生长的高致密二氧化硅来实现。

生产隔离芯片晶圆，在普通硅晶圆上生长sio2薄膜，其厚度可以到12um，以保证足够高的击穿电压，切割隔离芯片，将生长好sio2薄膜的硅晶圆减薄，保留sio2薄膜，减薄完成后将该晶圆粘贴在daf上切割，切割好的芯片尺寸要求各边至少比信号处理芯片大500um，以保证足够远的爬电距离，确保击穿电压；粘片，将隔离芯片粘贴在导线框架上，以此作为电流导线和传感器专用芯片的隔离器；如图3所示，将减薄的传感器asic粘贴在隔离芯片之上，在通过wirebond操作，实现电流传感器低压信号侧的连接。

进一步，芯片内部包括可以通大电流的u型框架，提供绝缘的隔离芯片和探测磁信号的传感器芯片，结构中最下方是框架，中间是隔离芯片，顶上是传感器芯片；隔离芯片以高质量sio2(二氧化硅)薄膜作为隔离层，其击穿电压可达1000v/um，实现高隔离耐压。隔离芯片可以是在硅衬底的晶圆表面生长的sio2薄膜，晶圆尺寸可以是8寸，但不限于8寸，该薄膜厚度不低于4微米。隔离材料的晶圆生产完成后需要减薄，减薄后的厚度要低于200um，以提升传感器ic的灵敏度。隔离晶圆粘贴在daf薄膜上进行切割，形成隔离芯片，隔离芯片的尺寸各边要比传感器管芯片大，以增加爬电距离提升耐压。bondingwire的下方要有隔离芯片覆盖住u型框架，增加框架与bondingwire之间距离，提升绝缘耐压。隔离芯片通过daf粘接在u型框架之上，传感器芯片可以通过daf粘接也可以通过固晶胶粘接在隔离芯片之上。u型框架与芯片内部低压侧信号引线框架的距离大于1mm。

可以理解：本发明一种高绝缘电压单芯片电流传感器封装结构，利用sio2薄膜层的承受击穿电压特性来实现超薄隔离芯片，实现高击穿电压的同时，压缩霍尔传感器芯片与导线之间的距离，降低霍尔传感器的灵敏度需求，提升线性度，温度特性和抗干扰特性；可以满足6000vrms隔离电压的电流传感器封装结构。其材料特性可与现有的集成电路封装工艺完全兼容，封装本体以sow16为基础，以铜框架作为电流导线，在框架和磁传感器asic之间采用长有二氧化硅薄膜的硅片作为隔离芯片，使得传感器可以实现高达6000vrms的隔离电压，采用300mil的宽体sow-16封装，可以实现超过4800vrms的隔离电压，芯片支持smt工艺，内部的硅芯片与框架之间的绝缘层采用硅晶圆上生长的高致密二氧化硅来实现，可以用于霍尔效应或者磁阻效应电流传感器ic的封装，也可以用于其他高隔离电压如ac/dc，数字隔离器等芯片的封装。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。