一种无磁芯闭环电流检测模块结构及封装方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种无磁芯闭环电流检测模块结构及封装方法。


背景技术：

2.现有技术中，目前国内外电流检测模块制造商对于闭环电流检测模块均采用有磁芯的反馈线圈形成闭环回路，制备的闭环电流检测模块体积大，散热差，且成本高。如何缩小霍尔传感器的体积，提高霍尔传感器的检测精度同时降低成本，成为了电流检测领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何缩小霍尔传感器的体积和提高霍尔传感器的检测精度和可靠性，提供一种无磁芯闭环电流检测模块结构及封装方法。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种无磁芯闭环电流检测模块结构，包括：原边框架，所述原边框架为宽度均一的u型导体，电流经过所述原边框架产生磁场；绝缘垫片，设置在所述原边框架表面；反馈线圈，设置在所述绝缘垫片上方，用于产生与所述原边框架相反的磁场；检测芯片，所述检测芯片设置在所述原边框架与反馈线圈之间，通过调控所述反馈线圈的电流产生平衡原边框架的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架中的电流；磁传感器探头，所述磁传感器探头设置在所述原边框架与反馈线圈之间，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场。
5.可选的，所述磁传感器探头包括：霍尔传感器探头、各向异性磁阻电阻传感器探头、巨磁阻电阻传感器探头、隧道磁电阻传感器探头。
6.可选的，所述磁传感器探头按需求设置一个或多个。
7.可选的，所述无磁芯闭环电流检测模块结构还包括副边框架，所述副边框架与所述检测芯片、反馈线圈电连接，所述副边框架设置在所述绝缘垫片下方。
8.可选的，所述副边框架包括绕线管脚，所述绕线管脚的长度短于所述副边框架的其他管脚，且呈一定角度上倾，用于缠绕反馈线圈导线。
9.可选的，所述反馈线圈为无磁芯线圈。
10.可选的，所述绝缘垫片上方还包括线圈定位结构。
11.本发明还提供了一种无磁芯闭环电流检测模块封装方法，包括：提供原边框架和副边框架，所述原边框架为宽度均一的u型导体，电流经过所述原边框架产生磁场；所述副边框架与所述检测芯片电连接；在所述原边框架表面设置绝缘垫片，所述副边框架设置在所述绝缘垫片下方；在所述绝缘垫片表面设置检测芯片和磁传感器探头，所述检测芯片通过调控所述反馈线圈的电流产生平衡原边框架的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架中的电流；所述磁传感器探头用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场；在所述绝缘垫片上方设置反馈线圈，与所述副边框架电连接，用于产生与所述原边框架相反的磁
场。
12.可选的，所述磁传感器探头包括：霍尔传感器探头、各向异性磁阻电阻传感器探头、巨磁阻电阻传感器探头、隧道磁电阻传感器探头。
13.可选的，所述磁传感器探头按需求设置一个或多个。
14.可选的，所述反馈线圈设置前，还包括在所述绝缘垫片上方设置线圈定位结构。
15.可选的，所述副边框架包括绕线管脚，所述绕线管脚的长度短于所述副边框架的其他管脚，且呈一定角度上倾，用于缠绕反馈线圈导线。
16.可选的，所述反馈线圈为无磁芯线圈。
17.本发明通过采用无磁芯的反馈线圈缩小了磁传感器的体积，设置多个磁传感器探头提高了检测精度，去除零点误差；并且通过原边框架结构的优化，改善了发热情况，提高了无磁芯闭环电流检测模块结构的可靠性。
附图说明
18.附图1所示为本发明一具体实施方式所述的无磁芯闭环电流检测模块封装方法示意图。
19.附图2a-2e所示为本发明一具体实施方式所述的无磁芯闭环电流检测模块封装方法步骤示意图。
20.附图3a-3b所示为本发明一具体实施方式所述封装完成示意图。
21.附图4所示为本发明一具体实施方式所述霍尔传感器探头设置示意图。
22.附图5所示为本发明一具体实施方式所述预封装结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明提供的无磁芯闭环电流检测模块结构及封装方法的具体实施方式做详细说明。
24.附图1所示为本发明一具体实施方式所述的无磁芯闭环电流检测模块封装方法示意图，包括：步骤s10，提供原边框架和副边框架，所述原边框架为宽度均一的u型导体，电流经过所述原边框架产生磁场；所述副边框架与所述检测芯片电连接；步骤s11，在所述原边框架表面设置绝缘垫片，述副边框架设置在所述绝缘垫片下方；步骤s12，在所述绝缘垫片表面设置检测芯片和磁传感器探头，所述检测芯片用于控制反馈线圈的电流；所述磁传感器探头用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场；步骤s13，在所述绝缘垫片上方设置线圈定位结构；步骤s14，在所述绝缘垫片上方设置反馈线圈，与所述副边框架电连接，用于产生与所述原边框架相反的磁场。所述磁传感器探头包括：霍尔传感器探头、各向异性磁阻电阻传感器探头、巨磁阻电阻传感器探头、隧道磁电阻传感器探头。在本发明一种具体实施方式中，以霍尔传感器探头为例进行，在本发明其他具体实施方式中，还可以采用其他上述磁传感器探头。
25.附图2a-2e所示为本发明一具体实施方式所述的无磁芯闭环电流检测模块封装方法步骤示意图。
26.步骤s10，参考附图2a和附图1所示，提供原边框架201和副边框架202，所述原边框架201为宽度均一的u型导体，电流经过所述原边框架201产生磁场；所述副边框架202与所
述检测芯片(图2a未示出)电连接。在本发明一种具体实施方式中，所述原边框架201为宽度均一的u型导体，能够改善现有技术中因原边框架有部分宽度过窄导致的集中发热现象。为了满足电隔离，所述原边框架201和副边框架202的水平距离大于0.5mm。在本发明一种具体实施方式中，所述副边框架202包括绕线管脚220，所述绕线管脚220的长度短于所述副边框架的其他管脚，且呈一定角度上倾，用于缠绕反馈线圈导线。在本具体实施方式中，所述副边框架的绕线管脚220的长度和其他管脚相同，需要在后续步骤进行截断。所述原边框架201包括定位槽221，用于在后续预封装结构中起固定作用，防止原边框架201颤动。在本发明一种具体实施方式中，所述原边框架201和副边框架202经过表面处理步骤，所述表面处理步骤可采用电镀。表面处理可提高原边框架201和副边框架221的导电性能和可焊接性，并且在后续的使用中起到防锈蚀、抗氧化的作用。
27.步骤s11，参考附图2b和附图1所示，在所述原边框架201表面设置绝缘垫片203，所述副边框架202设置在所述绝缘垫片203下方。所述绝缘垫片203至少能够耐压隔离600v电压。在本发明一种具体实施方式中，所述绝缘垫片203设置在所述原边框架201的正上方，同时位于所述副边框架202的上方，但并未覆盖所述副边框架202的的表面。
28.步骤s12，参考附图2c和附图1所示，在所述绝缘垫片203表面设置检测芯片204和霍尔传感器探头205，所述检测芯片204通过调控所述反馈线圈的电流产生平衡原边框架的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架中的电流；所述霍尔传感器探头205用于动态监测所述原边框架201与反馈线圈之间的磁场。由于所述反馈线圈的磁场与原边框架201的磁场方向相反，当所述反馈线圈的感应磁场与所述原边框架201的磁场平衡时，即反馈线圈的磁场与原边框架201的磁场在敏感方向的分量相互抵消时，霍尔传感器探头205检测到的所述原边框架201与反馈线圈之间的磁场在敏感方向的分量为0，此时可通过反馈线圈内的电流大小计算原边框架内的电流大小，即完成电流检测；由于检测芯片204和霍尔传感器探头205均可用于动态监测，完成的电流检测模块即可用于电流的动态检测。所述霍尔传感器探头205按需求设置一个或多个。霍尔传感器探头205的数量增加，可以提高检测精度。在本发明的一种具体实施方式中，参考附图2c，所述霍尔传感器探头205设置一个。优选的，在本发明的其他具体实施方式中，参考附图4，所述霍尔传感器探头205设置两个，同时节约成本；在本具体实施方式中两个霍尔传感器探头205一个为主探头，一个为校准探头。当反馈线圈中没有电流通过时，两个霍尔传感器探头均处于零点；反馈线圈通过电流之后，可以参考校准探头对主探头的数据进行校准，根据两个探头数据的差，可以用来排除温度、外界磁场的影响，校准零点的位置，抑制零漂。在本发明的其他具体实施方式中，所述霍尔传感器探头205还可按照需求设置多个。在本发明一种具体实施方式中，所述霍尔传感器探头205还可以设置在绝缘垫片203下方；所述霍尔传感器探头205分为主探头和若干辅探头，主探头位于原边框架201缝隙中心上方，介于绝缘垫片203下方的位置。在本发明的一种具体实施方式中，在所述副边框架上202设置电阻222，并在后续步骤中封装在预封装结构中，并剪除所述电阻222所在管脚突出于预封装结构的部分。
29.步骤s13，参考附图2d和附图1所示，在所述绝缘垫片上方设置线圈定位结构206。在本发明的一种具体实施方式中，设置所述线圈定位结构206之前，在所述绝缘垫片203上方设置盖板207，所述盖板207覆盖所述检测芯片204及霍尔传感器探头205，用于保护所述检测芯片204及霍尔传感器探头205，所述所述线圈定位结构206和盖板207通过打胶固定，
即形成附图2d所示的预封装结构。所述原边框架201的定位槽221，在预封装结构中起固定作用，防止原边框架201颤动。附图2d所示为预封装结构的俯视图，所述预封装结构的侧面示意图参考附图5所示。所述线圈定位结构206和盖板207可以采用一体注塑结构，也可以采用分体结构组合固定。在本具体实施方式中，所述定位结构206为圆台型环氧树脂结构，用于固定反馈线圈。在本发明其他具体实施方式中，还可以采用其他形状、其他材料的线圈定位结构。在本发明一种具体实施方式中，所述反馈线圈设置前，还包括在所述绝缘垫片上设置线圈定位结构，该步骤为可选步骤。在本发明一种具体实施方式中，还包括截断所述绕线管脚220，使得所述绕线管脚220的长度短于所述副边框架的其他管脚，且呈一定角度上倾，方便在后续步骤中将反馈线圈208的导线缠绕在所述绕线管脚220上。在本具体实施方式中，所述绕线管脚220呈45
°
上倾。
30.步骤s14，参考附图2e和附图1所示，在所述绝缘垫片203上方设置反馈线圈208，与所述副边框架202电连接，用于产生与所述原边框架201相反的磁场。所述反馈线圈为无磁芯线圈，能够通过0-50a的小电流。后续制备的电流检测模块即为0-50a小量程，相对于有磁芯100a以上的电流检测模块，测量精度高，且解约成本。反馈线圈208的导线采用高温漆包线，能够耐140℃-200℃高温。在本具体实施方式中，所述反馈线圈208设置在盖板207的表面，固定在所述线圈定位结构206上，并通过耐高温的固定胶进一步加固。采用无磁芯的反馈线圈，可以缩小封装体的体积，为霍尔电流检测模块的小型化提供了基础，提高散热能力，延长器件的使用寿命。在本发明一种具体实施方式中，所述反馈线圈208固定后，将所述反馈线圈208的导线缠绕在副边框架202的绕线管脚220上，方便在后续步骤中将绕线管脚220封装在封装外壳的内部，以提高无磁芯闭环电流检测模块结构的稳定性。
31.步骤s14完成后，继续安装封装外壳209、210，形成无磁芯闭环电流检测模块结构。参考附图3a-3b所示本发明一具体实施方式所述封装完成示意图，其中，附图3a为所述无磁芯闭环电流检测模块结构的透视示意图，内部结构的展示仅为说明无磁芯闭环电流检测模块结构的内部结构所需，并非封装完成后实际可视的结构。所述封装外壳由209、210两部组合形成。
32.上述步骤完成后，即得到本发明所述的无磁芯闭环电流检测模块结构，参考附图3a所示，所述无磁芯闭环电流检测模块结构包括：原边框架201，所述原边框架201为宽度均一的u型导体，电流经过所述原边框架201产生磁场；绝缘垫片203，设置在所述原边框架201表面；反馈线圈208，设置在所述绝缘垫片203上方，用于产生与所述原边框架201相反的磁场；在本发明一种具体实施方式中，所述反馈线圈208为无磁芯线圈。在本发明一种具体实施方式中，所述绝缘垫片203上方还包括盖板207，所述盖板207覆盖所述检测芯片204及霍尔传感器探头205，用于保护所述检测芯片204及霍尔传感器探头205；所述绝缘垫片上方还包括线圈定位结构206，所述圈定位结构206设置在所述盖板207的表面，用于固定所述反馈线圈208；检测芯片204，所述检测芯片204设置在所述原边框架201与反馈线圈208之间，通过调控所述反馈线圈208的电流产生平衡原边框架201的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架201中的电流；霍尔传感器探头205，所述霍尔传感器探头205设置在所述原边框架201与反馈线圈208之间，用于动态监测所述原边框架201与反馈线圈208之间的磁场。所述无磁芯闭环电流检测模块结构还包括副边框架202，所述副边框架202与所述检测芯片204、反馈线圈208电连接，所述副边框架设置在所述绝缘垫片下方。所述副边框架202包括绕线
管脚220，所述绕线管脚220的长度短于所述副边框架202的其他管脚，且呈一定角度上倾，用于缠绕反馈线圈208导线。在本发明一种具体实施方式中，所述霍尔传感器探头205按需求设置一个或多个。在本发明的其他具体实施方式中，所述霍尔传感器探头还可以替换为：各向异性磁阻电阻传感器探头、巨磁阻电阻传感器探头、隧道磁电阻传感器探头等磁传感器探头。
33.本发明通过采用无磁芯的反馈线圈缩小了霍尔传感器的体积，设置多个霍尔传感器探头提高了检测精度，并且通过原边框架结构的优化，改善了发热情况，提高了无磁芯闭环电流检测模块结构的可靠性。解决了传统闭环电流检测模块体积大，散热差，成本高的问题。
34.在本发明的一种具体实施方式中，可同时形成多个原边框架201，所述原边框架201之间保持首尾相连不切断，按照上述步骤装配固定，形成多个原边框架201相连的预封装结构，有利于提高生产效率，并且进一步降低定位和装配的难度。上述多个相连原边框架201在完成后续的反馈线圈装配、安装封装外壳后，通过剪筋成型即可分离，成为独立的封装结构。
35.本说明书中的各个具体实施方式均采用相关的方式描述，各个具体实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个具体实施方式重点说明的都是与其他具体实施方式的不同之处。尤其，对于无磁芯闭环电流检测模块结构具体实施方式而言，由于其基本相似于无磁芯闭环电流检测模块封装方法具体实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见无磁芯闭环电流检测模块封装方法具体实施方式的部分说明即可。
36.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。