CN110854104B - 电流传感器封装件 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“电流传感器封装件”。本发明提供一种半导体封装件，该半导体封装件包括半导体管芯。该半导体封装件和半导体管芯中的通孔从该半导体封装件和管芯的一侧延伸到该半导体封装件和管芯的相对侧。该通孔被配置为接纳穿过其中的载流导体。至少一个电流传感器形成在该半导体管芯之中或之上并被配置为感测接纳在该通孔中的该载流导体中的电流流动。

Description

电流传感器封装件
相关申请
本申请要求于2018年8月21日提交的美国专利申请号16/106,638的优先权和权益，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本说明书涉及用于监测电子电路中的电流流动的电流传感器封装件。
背景技术
在许多半导体器件和电路应用(例如，诸如反相器、开关、变压器等的电源电路)中，期望测量穿过半导体器件和电路的电流流动。半导体器件和电路封装件变得越来越小(例如，由于小型化的增加)。例如，许多高压电子封装件或***(“HV***”)现在受到尺寸、空间或重量的限制。需要紧凑型交流(AC)和直流(DC)传感器，这可以最大限度地降低***中的功率损耗，同时提高测量精度。除了与HV***一起使用的尺寸和性能要求之外，电流传感器还被限于在HV流电隔离的条件下起作用。
附图说明
图1是示出被配置用于感测载流导体中的电流流动的示例性传感器封装件的框图。
图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A、图8A和图9A是被部署为感测导线中的电流流动的电流传感器封装件的剖视图。
图2B、图3B、图4B、图5B、图6B、图7B、图8B和图9B是被部署为感测导线中的电流流动的电流传感器封装件的平面图。
图10示出了用于感测导线中的电流流动的示例性方法。
具体实施方式
一般来讲，半导体器件和/或电路封装件为包含一个或多个半导体电子和/或电路部件的金属、塑料、环氧树脂、玻璃和/或陶瓷外壳。各个分立的部件通常设置在半导体基板(例如，硅晶圆、半导体区域和/或外延层)之中和/或之上，然后再切割为管芯并装配(例如，模制)在封装件中。该封装件提供防冲击和防腐蚀保护，并且保持用于从外部电路连接到管芯并耗散封装件中产生的热量的接触引脚和/或引线。
本文描述了包括电流传感器的紧凑型半导体器件和/或电路封装件(传感器封装件)。该传感器封装件可用于测量其他电路(主机电路)中的电流流动。传感器封装件可以被配置为例如感测在主机电路的载流输入和/或输出线中流动的电流。例如，该主机电路可以包括用于以下各项的电子电路：反相器、配电、起动发电机、伺服调节器、线路连接的电源、太阳能电源、不间断电源(UPS)、机器人等。
传感器封装件可以包括在主机电路中和/或与主机电路集成在一起。在示例性实施方式中，该传感器封装件可以安装在主机电路的电路板上。该传感器封装件可以设置在主机电路的电路板上以感测在主机电路的载流输入和/或输出线中流动的电流，该主机电路具有例如电路板处的输入端子和/或输出端子。
传感器封装件(包括电流传感器)可以有助于提供电子部件之间的流电隔离以及主机电路中的半导体器件和电子部件的功能。
紧凑型电流传感器可以形成在半导体基板(例如，硅晶圆、半导体区域和/或外延层)之中和/或支撑在该半导体基板之上，或者可以由其他固态材料制成。该电流传感器可以包括任何类型的电流传感器，包括例如霍尔效应传感器、感应式电流传感器(例如，Rogowski电流传感器)、磁通门传感器等。
本文中进一步详细描述了包括两种或更多种类型的紧凑型电流传感器(即，霍尔效应电流传感器和Rogowski电流传感器)中的一种或两种的传感器封装件。本文描述的电流传感器可以包括在半导体管芯之中、支撑在半导体管芯之上或者耦接到半导体管芯。
霍尔效应电流传感器可以基于霍尔效应(即，在存在磁场的情况下跨过载流传感器元件(例如，霍尔块或板)产生电压差(霍尔效应电压)，该电压差垂直于电流和磁场两者)。霍尔效应电流传感器包括集成电路，该集成电路通过测量由载流导体中的电流流动生成的均衡磁场来感测载流导体中的电流流动。霍尔效应电流传感器可以用于感测流过载流导体的直流(DC)(其产生均衡磁场)。
可以例如通过半导体管芯中的掺杂剂扩散来制造包括一个或多个电流传感器元件(例如，霍尔块或板)的霍尔效应电流传感器。根椐电流传感器元件(例如，霍尔块或板)相对于半导体管芯的取向(以及载流导体中的电流流动的方向)的取向，可以将该霍尔效应电流传感器称为例如水平霍尔效应电流传感器或垂直霍尔效应电流传感器。
在水平霍尔效应电流传感器中，电流传感器元件(例如，霍尔块或板)一般可以平行于半导体管芯的主表面对准并且可以被配置为感测平行于半导体管芯的主表面的电流流动分量。可以例如通过进入半导体管芯的半导体材料中的浅掺杂剂扩散来形成水平霍尔效应电流传感器的霍尔块或板。
在垂直霍尔效应电流传感器中，电流传感器元件(例如，霍尔块或板)一般可以垂直于半导体管芯的主表面对准并且可以被配置为感测与半导体管芯的主表面垂直的电流流动分量。可以例如通过进入半导体管芯的半导体材料中的深掺杂剂扩散来形成垂直霍尔效应电流传感器的霍尔块或板。垂直霍尔效应电流传感器可以包括两个这样的垂直取向的霍尔块或板，它们彼此正交取向，以提供三轴感测能力(或考虑到与半导体管芯的主表面不完全垂直的电流流动)。
感应式电流传感器(例如，Rogowski电流传感器)可以涉及对在Rogowski线圈(即，围绕其中电流正在流动的导体缠绕的螺旋线圈)中感应到的电压的测量以感测流过导体的交流(AC)。该Rogowski电流传感器包括集成电路，该集成电路通过测量Rogowski线圈中感应到的均衡电压来感测载流导体中的电流流动。
在示例性实施方式中，本文描述的电流传感器被部署为感测和测量主机电路中的导体(即，载流导体)中的电流流动。该载流导体可以为内部导体(例如，将主机电路中的两个内部部件相连的线)，或者可以为内部-外部导体(例如，延伸到主机电路封装件和/或电路板的外部的输入和/或输出线)。
在示例性实施方式中，本文所述的电流传感器(例如，霍尔效应电流传感器或Rogowski电流传感器)被制造在半导体管芯上，该半导体管芯包括在传感器封装件中。霍尔效应电流传感器可以例如包括附接到半导体管芯的顶表面的一组高密度线圈(和任选的铁磁芯)。Rogowski电流传感器可以例如包括设置或形成在半导体管芯的顶表面上的一组Rogowski线圈。
在示例性实施方式中，电流传感器(半导体管芯)的半导体管芯可以放置在其中电流流动待感测或监测的载流导体的旁边、包围该载流导体或包封该载流导体。该半导体管芯可以封装在传感器封装件(例如，TO-220型电子部件封装件)中。在示例性实施方式中，该传感器封装件(和半导体管芯)可以包括从传感器封装件的一侧到传感器封装件的另一侧的跨过传感器封装件延伸的开口(例如，贯通孔)。该载流导体可以设置在贯通孔中，在半导体管芯旁边或被半导体管芯包围。
图1是示出封装(例如，模制)在传感器封装件160中的示例性电流传感器半导体管芯(例如，半导体管芯130)的剖视图的框图。例如，传感器封装件160可以为包括半导体管芯130的芯片封装件(例如，TO-220封装件)，该芯片封装件具有引线框架(例如，引线框架140)，该引线框架可以将信号从管芯载送到外部。半导体管芯130可以耦接到电流传感器132(例如，霍尔效应电流传感器、Rogowski电流传感器)。半导体管芯130具有从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯130的相对侧的开口或贯通孔131(也可以称为开口)(使得贯通孔131沿着正交于(或垂直于)主平面的线对准，该主平面沿着半导体管芯130的主表面对准)。贯通孔131可以包括附接到半导体管芯130的引线框架140中的对应的贯通孔133，或者以其他方式与其对准。传感器封装件160具有从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的相对侧的开口或贯通孔161(也可以称为开口)。孔131和161可以具有相同或不同的横截面形状和/或尺寸(例如，不同或相同的横截面直径)。半导体管芯中的贯通孔131(和引线框架140中的贯通孔133)可以与贯通孔161对准(例如，同轴地对准)，使得载流导体(例如，线120)可以经由贯通孔131、133和161从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的另一侧。贯通孔的尺寸(例如，直径)可以大于线120的尺寸(例如，直径)，以在孔侧壁和线120的直径之间提供间隙(例如，气隙135)，使得线120可以从传感器封装件的一侧到传感器封装件的另一侧螺纹穿过孔。例如，螺纹穿过传感器封装件中的孔的线120可以载送可以由半导体管芯130中的电流传感器感测和/或监测的电流(例如，电流122)。
半导体管芯130(包括有源和无源集成电路元件和其中的物理孔)和电流传感器封装件160可以使用与微电子工业中使用的半导体器件制造和封装方法相同或类似的方法来制造。在示例性实施方式中，若干半导体管芯可以在硅晶圆上被制造。可以对硅晶圆进行划片或切割(例如，使用等离子体切割或激光切割)以拾取单独的半导体管芯130，然后可以将该单独的半导体管芯封装在电流传感器封装件160中。在电流传感器封装件160中，模塑化合物(例如，环氧树脂165)可以覆盖或涂覆半导体管芯130的暴露表面。在一些情况下，环氧树脂165可以将贯通孔131、133和161的侧壁涂覆或内衬到一定厚度，该厚度为线120螺纹穿过孔留出间隙。
在示例性实施方式中，电流传感器封装件160可以安装在与主机电路相同的电路板上。在此类实施方式中，电流传感器封装件160(以及其中的半导体管芯130和电流传感器132)与载流导体(例如，线120)流电隔离。线绝缘件和/或其他绝缘材料134(例如，设置在半导体管芯130的孔131中)可以将载流导体与电流传感器、半导体管芯和电流传感器封装件流电隔离。
在示例性实施方式中，电流传感器的半导体管芯可以包括用于处理由电流传感器感测到的信号(例如，霍尔效应电压信号)的信号处理电路(例如，放大器、积分器、加法器等)。在示例性实施方式中，电流传感器的输出(例如，来自霍尔效应传感器的电压差)可以例如作为反馈用于控制主机电路的操作。
示例性传感器封装件部署包括至少部分地穿过传感器封装件(例如，穿过传感器封装件中的孔)设置的载流导体。电流传感器设置在传感器封装件中并被配置为感测载流导体中的电流流动。电绝缘件设置在载流导体和传感器封装件之间。电绝缘件将载流导体中的电流流动限制到载流导体，并阻止电流流动从载流导体传递(例如，通过泄漏)到传感器封装件本身的导电通路(金属化和导电互连件)。
图2A、图3A、图4A、图5A、图6A、图7A、图8A和图9A是被部署为感测导线中的电流流动的电流传感器封装件的剖视图，而图2B、图3B、图4B、图5B、图6B、图7B、图8B和图9B是被部署为感测导线中的电流流动的电流传感器封装件(例如，传感器封装件260、360、460、560、660、760、860和960)的平面图。该电流传感器封装件可以被部署为感测流过主机电路(例如，用于反相器、配电、起动发电机、伺服调节器、线路连接的电源、太阳能电源、不间断电源(UPS)、机器人等的电子电路)的导体(例如，线)的电流。
图2A至图9A所示的电流传感器封装件(例如，传感器封装件260、360、460、560、660、760、860和960)中的每一个都为贯通封装件，其具有从封装件的一侧延伸到封装件的相对侧的开口或孔(例如，孔161，图1)。电流感测元件(例如，霍尔效应电流传感器、Rogowski电流传感器等的电流感测元件)围绕孔或开口设置在传感器封装件中。该电流传感器封装件中的每一个都可以被部署成使得载流导体(流过其中的电流待感测)从封装件的一侧到封装件的相对侧穿过开口或孔(例如，孔161，图1)。
在图2A至图9A所示的传感器封装件部署中的每一个中，主机电路可以包括印刷电路板(例如，双面电路板150(图2A至图8B)、或单面电路板950(图9A和图9B))。
在图2A至图8B所示的传感器封装件部署(传感器封装件260、360、460、560、660、760、860的传感器封装件部署)中，其中电流流动待感测的导体(例如，线120)可以例如将一端固定在双面电路板150的第一侧上的端子153处。线120可以从端子153穿过电路板中的开口或孔151延伸到电路板的另一侧(第二侧)。端子153可以例如通过设置在板的第一侧上的接触焊盘152上的焊料材料来形成。孔151可以填充有绝缘材料(例如，环氧树脂、橡胶和/或塑料索环等)。线120可以为或可以包括绝缘电线，其具有由绝缘材料(诸如塑料、橡胶状聚合物和/或清漆)制成的绝缘线护套或盖121。
图2A和图2B示出了电路板150上的电流传感器封装件260用以感测线120中的电流流动的示例性部署。例如，该传感器封装件260可以为包括半导体管芯230的芯片封装件(例如，TO-220封装件)，该芯片封装件具有引线框架(例如，引线框架140)，该引线框架可以将信号从管芯载送到外部。在传感器封装件260中，模塑化合物(例如，环氧树脂265)可以覆盖或涂覆半导体管芯230的暴露表面。该传感器封装件260可以安装在电路板150的一侧上，其中引线框架140连接到电路板150的外部上的一个或多个端子诸如端子154(其可以由焊料和/或其他导电材料形成)。
在示例性实施方式中，电流传感器封装件260可以包括磁场集中器线圈110所附接到的霍尔效应电流传感器半导体管芯230。磁场集中器线圈110可以任选地包括铁氧体磁芯111。
半导体管芯230(和线圈110)可以包括从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的开口或孔231。开口131可以与传感器封装件中的开口261对准(例如，同轴地对准)以容纳线120。线120可以从电路板150上的端子153穿过半导体管芯中的开口231和传感器封装件160中的开口261延伸到传感器封装件260的外部(例如，朝向主机电路(未示出)的部分)。在示例性实施方式中，线120通过设置在开口231、151和261中的绝缘材料(包括例如在封装和/或绝缘线护套121中使用的环氧树脂模塑化合物)与传感器封装件260流电隔离。在一些情况下，线120的一些段可以通过线120与开口231、151和261中的传感器封装件260的表面之间的空气间隔或间隙与传感器封装件260流电隔离。
霍尔效应电流传感器半导体管芯230可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的霍尔效应电压信号。
磁场集中器线圈110可以聚焦磁通线(其由线120中的电流流动生成)，以便由半导体管芯的感测元件进行测量。聚焦磁通线可以用于增强设备的灵敏度。
诸如接合线连接件141之类的一个或多个接合线连接件(其可以接合到半导体管芯230上的接触焊盘(未示出))可以将信号经由引线框架140从半导体管芯230载送到外部。
引线框架140可以从传感器封装件260的内部延伸到自由端，以安装在电路板150上。该引线框架140的自由端可以例如在端子154处附接到电路板150，该端子例如由焊料材料或其他导电粘合性材料形成。在示例性传感器封装件部署中，从传感器封装件内部延伸的引线框架140可以在几何上弯曲以附接到电路板，使得传感器封装件具有其中传感器封装件开口(例如，开口231和261)与线120轴向地对准(例如，大致垂直于电路板150)的取向(例如，大致平行于电路板150)。在另选的传感器封装件部署配置中，引线框架140可以不是几何弯曲的并且可以从电路板150垂直延伸。在该另选的传感器封装件部署配置中，线120仍穿过传感器封装件开口261(该传感器封装件开口可大致平行于电路板150对准)。
在一些实施方式中，如图2A所示，线圈110可以附接到半导体管芯230的表面233或者制造在该表面上。
在一些实施方式中(如例如图3A、图6A和图9A所示)，线圈110可以被使用例如拾放工具(部分地或完全地)***并焊接到管芯中的切口中。如图所示在管芯中制造或***线圈110可以促进线圈110和该管芯的顶表面之间的互连，并且可以导致封装件高度较低。
图3A和图3B示出了包括霍尔效应电流传感器半导体管芯330的示例性电流传感器封装件360，其中磁场换能器或集中器线圈110***管芯中的切口333中。传感器封装件360，如同传感器封装件260一样，可以为例如TO-220封装件，该封装件具有引线框架(例如，引线框架140)，该引线框架可以将信号从管芯载送到外部。在传感器封装件360中，模塑化合物(例如，环氧树脂365)可以覆盖或涂覆半导体管芯330的暴露表面。可以看到，其中线圈110***半导体管芯330中的切口333中(图3A)的电流传感器封装件360的垂直高度(在大致垂直于电路板150的方向上)小于其中线圈110附接到半导体管芯230的表面233(图2A)的电流传感器封装件260的垂直高度。
图4A和图4B示出了电路板150上的另一电流传感器封装件460用以感测线120中的电流流动的示例性部署。电流传感器封装件460可以包括Rogowski型传感器，其中Rogowski线圈410形成在半导体管芯430之上或之中(图4B)。半导体管芯430包括从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的开口或孔431。在传感器封装件460中，模塑化合物(例如，环氧树脂465)可以覆盖或涂覆半导体管芯430的暴露表面。
传感器封装件460，如同传感器封装件260和360一样，可以为例如TO-220封装件，该封装件具有引线框架(例如，引线框架140)，该引线框架可以将信号从管芯载送到外部。半导体管芯430可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的Rogowski线圈信号。接合线连接件141(其可以接合到半导体管芯430上的接触焊盘(未示出))可以将信号经由引线框架140从半导体管芯430载送到外部。如同传感器封装件260(图2A)一样，传感器封装件460可以安装在电路板150的一侧上，其中引线框架140连接到电路板150的外部上的端子154。开口431可以与传感器封装件中的开口461对准(例如，同轴地对准)以容纳线120。线120通过设置在开口431、151和461中的绝缘材料(包括例如绝缘线护套121)与传感器封装件460流电隔离。
除了由线120和传感器封装件部件之间的绝缘材料提供的流电隔离之外，还可以例如通过增加电路板150的绝缘表面上的导电元件之间的爬电距离来降低传感器封装件部署中的高电压危险。如例如图4A所示，可以通过在电路板150中在端子153和端子154之间引入间隙、狭槽和/或切口155来增加端子153和端子154之间的爬电距离D1。
在示例性实施方式中，如图4B所示，半导体管芯430可以具有六边形横截面(例如，在平行于管芯的主表面的平面中)，这可在装配传感器封装件460时，有助于部件(包括例如另一个管芯(未示出))的对准。由于六边形紧密堆积在数学上是最有效的封装形状，因此使用六边形形状的半导体管芯430可以最大化每个晶圆获得的管芯数量(例如，当制造具有大致“圆形”形状的电路时，诸如印在管芯中的圆形感应线圈)。
图5A和图5B示出了电路板150上的另一电流传感器封装件560用以感测线120中的电流流动的示例性部署。电流传感器封装件560可以包括垂直霍尔效应电流传感器511(具有霍尔板的垂直取向)以及形成在半导体管芯530之上或之中的Rogowski线圈510。垂直霍尔效应电流传感器511可以例如在半导体管芯530上集成有源和无源集成电路元件(例如，霍尔效应电压发生器、小信号放大器、斩波器稳定装置、施密特触发器和一个或多个NMOS输出等)。垂直霍尔传感器和Rogowski线圈的组合可以允许电流传感器封装件560用于同时感测穿过线120的AC电流流动和DC电流流动两者。
如同半导体管芯230、330和430一样，半导体管芯530可以包括从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧并且与半导体封装件560中的开口561对准以容纳穿过其中的线120的开口或孔531。
传感器封装件560，如同传感器封装件260、360和460一样，可以为例如TO-220封装件，该封装件具有引线框架(例如，引线框架140)，该引线框架可以将信号从管芯载送到外部。半导体管芯530可以包括有源和无源集成电路元件，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的垂直传感器信号(霍尔效应)和Rogowski线圈信号。在传感器封装件560中，模塑化合物(例如，环氧树脂565)可以覆盖或涂覆半导体管芯530的暴露表面。
接合线连接件141(其可以接合到半导体管芯530上的接触焊盘(未示出))可以将信号经由引线框架140从半导体管芯530载送到外部。如同传感器封装件260、360和460一样，传感器封装件560可以安装在电路板150的一侧上，其中引线框架140连接到电路板150的外部上的端子154。
在一些实施方式中，电流传感器可以使用例如焊料凸块、焊料互连件或可焊接表面装配在晶圆级芯片规模封装件(WLCSP)或光学器件芯片规模封装件(ODCSP)中。
图6A和图6B示出了电路板150上的晶圆级芯片规模封装件(WLCSP)(例如，传感器封装件660)用以感测线120中的电流流动的示例性部署。传感器封装件660可以包括霍尔效应传感器半导体管芯630，其中磁场换能器或集中器线圈110(任选地包括铁氧体磁芯111)***在半导体管芯630中的切口中。可以在背面保护涂层被附接之前，使用拾放工具将线圈110(例如，铜线圈)焊接到管芯中。半导体管芯630和线圈110的表面可涂覆有背面涂层材料(例如，环氧涂层665)。在示例性实施方式中，线圈110可以原位制造在管芯之中或之上。
半导体管芯630(和线圈110)可以包括从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的开口或贯通孔631。孔631可以与传感器封装件660中的孔661对准，该孔从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的相对侧以容纳穿过其中的线120。
半导体管芯630(如同其他半导体管芯230-530一样)可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的霍尔效应电压信号。焊料凸块640(其可以接合或焊接到管芯430上的接触焊盘641和电路板150上的接触焊盘642)可以将信号从半导体管芯630(和线圈110)载送到外部。在一些实施方式中，半导体管芯630可以包括硅通孔(TSV)(未示出)，该硅通孔可有助于电路和互连件例如在半导体管芯630的顶侧和底侧之间的布线。
图7A和图7B示出了电路板150上的改进的光学器件芯片规模封装件(ODCSP)(例如，传感器封装件760)用以感测线120中的电流流动的示例性部署。该封装件为半导体管芯的示例，其在半导体管芯730的侧面上具有将顶部主表面和底部主表面相连或将接触焊盘741连接至接触焊盘743的导电路径(未示出)。传感器封装件760可以包括磁场换能器或集中器线圈110(任选地包括铁氧体磁芯111)可以在接触焊盘743上所焊接到的霍尔效应电流传感器半导体管芯730。可以在将电流传感器封装件760安装在电路板150上之前或之后，使用拾放工具将线圈110焊接在接触焊盘743上。在传感器封装件760中，模塑化合物(例如，环氧树脂765)可以覆盖或涂覆半导体管芯730的暴露表面。
半导体管芯730(和线圈110)可以包括的贯通开口或孔731，该贯通开口或孔从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧以容纳线120。
半导体管芯730(如同其他半导体管芯230-630一样)可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的霍尔效应电压信号。焊料凸块740(其可以接合或焊接到管芯730上的接触焊盘741和电路板150上的接触焊盘742)可以将信号从半导体管芯730(和线圈110)载送到外部。
图8A和图8B示出了电路板150上的改进的模塑光学器件芯片规模封装件(ODCSP)(例如，传感器封装件860)用以感测线120中的电流流动的示例性部署。传感器封装件860可以包括封装在模制件865中的霍尔效应电流传感器半导体管芯830。可以在将电流传感器封装件860安装在电路板150上之前或之后，使用拾放工具将磁场换能器或集中器线圈110(任选地包括铁氧体磁芯111)焊接在半导体管芯830上的接触焊盘843上。半导体管芯830和线圈110的表面可涂覆有背面涂层材料(例如，环氧涂层865)。
半导体管芯830(和线圈110)可以包括贯通开口或孔831，该贯通开口或孔从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧以容纳线120。孔831可以与传感器封装件860中的孔861对准，该孔从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的相对侧以容纳穿过其中的线120。
半导体管芯830(如同其他半导体管芯230-730一样)可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的霍尔效应电压信号。焊料凸块840(其可以接合或焊接到管芯830上的接触焊盘841和电路板150上的接触焊盘842)可以将信号从半导体管芯830(和线圈110)载送到外部。半导体管芯830的边缘上的电触点用于将电焊盘841连接至电焊盘843。
在上述传感器封装件(例如，传感器封装件260、360、460、560、660、760和860)的各种部署中(参考例如图2A至图8A和图2B至图8B所示)，线120的自由端可以***或穿过半导体管芯中的开口(例如，开口231)(例如，在传感器封装件放置在电路板150上之后，该电路板为双面电路板)并且可以在焊接以形成电路板150上的端子153之前从电路板的一侧到电路板的另一侧穿过开口151。
图9A和图9B示出了单面电路板950上的晶圆级芯片规模封装件(WLCSP)(例如，电流传感器封装件960)用以感测线120中的电流流动的示例性部署。电流传感器封装件960可以包括霍尔效应电流传感器半导体管芯930，该霍尔效应电流传感器半导体管芯包括磁场换能器或集中器线圈110(任选地包括铁氧体磁芯111)。半导体管芯930和线圈110的表面可涂覆有背面涂层材料(例如，环氧涂层965)。
半导体管芯930(和线圈110)中的开口931可以包括由上部接触焊盘171和下部接触焊盘172界定的导电材料(例如，焊料)932。线120可以例如由客户使用焊料(例如，互连件173)附接到上部接触焊盘171。可以通过在电路板950上在下部接触焊盘172和接触焊盘177之间的焊料凸块连接件176来使跨过半导体管芯930/传感器封装件960的穿过线120(以及通过开口931中的导电材料)的电流路径(例如，电流路径180)完整。在一些实施方式中，半导体管芯930可以包括硅通孔(TSV)(未示出)，该硅通孔可有助于电路和互连件例如在半导体管芯930的顶侧和底侧之间的布线。
半导体管芯930(如同其他半导体管芯260-860一样)可以包括有源和无源集成电路元件(未示出)，用于感测和处理半导体管芯中的响应于线120中的电流流动的霍尔效应电压信号。焊料凸块940(其可以接合或焊接到管芯730上的接触焊盘941和电路板950上的接触焊盘942)可以将信号从半导体管芯930(和线圈110)载送到外部。
图10示出了用于感测线中的电流流动的示例性方法1000。方法1000包括将电流传感器耦接到半导体管芯(1010)。电流传感器可以完全或部分地设置在半导体管芯之中和/或之上。半导体管芯具有从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的贯通孔。方法1000还包括例如通过使导线从半导体管芯的一侧到半导体管芯(1020)的相对侧穿过半导体管芯中的孔来将半导体管芯围绕导线设置，并且通过半导体管芯中的电流传感器检测与穿过半导体管芯(1030)中的孔的导线中的电流流动成比例的信号。
半导体管芯可以封装在传感器封装件中，该传感器封装件具有从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的相对侧的贯通孔。在方法1000中，将半导体管芯围绕导线1020设置可以包括将传感器封装件围绕导线放置，其中导线从传感器封装件的一侧到传感器封装件的相对侧穿过传感器封装件中的孔。
另外，在方法1000中，检测与穿过半导体管芯(1030)中的孔的导线中的电流流动成比例的信号包括检测传感器元件(例如，半导体管芯中的霍尔板)中的霍尔效应电压和或检测Rogowski线圈中的感应电压。
方法包括：将电流传感器设置在半导体管芯中，该传感器管芯具有从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的贯通孔；通过使导线从半导体管芯的一侧到半导体管芯的相对侧穿过半导体管芯中的孔，将半导体管芯围绕导线设置；以及通过电流传感器检测与穿过半导体管芯中的孔的导线中的电流流动成比例的信号。该半导体管芯封装在传感器封装件中，该传感器封装件具有从传感器封装件的一侧延伸到传感器封装件的相对侧的贯通孔。将半导体管芯围绕导线放置包括将传感器封装件围绕导线放置，其中导线从传感器封装件的一侧到传感器封装件的相对侧穿过传感器封装件中的孔。
将半导体管芯围绕导线放置包括使传感器封装件与从传感器封装件的一侧到传感器封装件的相对侧穿过传感器封装件中的孔的导线流电隔离。
检测与穿过半导体管芯中的孔的导线中的电流流动成比例的电压包括检测传感器元件中的霍尔效应电压和或检测感应线圈中的感应电压。
示例性电流传感器封装件包括：电流传感器，该电流传感器被配置为感测载流导体中的电流流动，该载流导体被设置为至少部分地穿过电流传感器封装件中的孔以及电绝缘件，该电绝缘件设置在载流导体和电流传感器之间。该电绝缘件阻止电流从载流导体流到电流传感器封装件中的电流传感器。该电流传感器包括感应传感器、水平霍尔效应传感器和垂直霍尔效应传感器中的一个或多个。
本文所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，只是为了描述示例实施方案的目的。然而，示例性实施方案以许多替代形式体现，并且不应该被解释为仅限于本文阐述的实施方案。例如，在本文参考附图所描述的实施方案中，从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的贯通孔被示出为穿过半导体管芯的中心部分。然而，在实施方案的另选的形式中，贯通孔可以穿过半导体管芯的偏心部分。此外，例如，在本文参考附图所描述的实施方案中，从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的贯通孔被示出为具有大致圆形横截面。然而，在实施方案的另选的形式中，从半导体管芯的一侧延伸到半导体管芯的相对侧的贯通孔可以具有非圆形(例如，椭圆形、三角形、正方形、矩形、四边形、五边形或六边形等)横截面。另外，例如，在本文参考附图所描述的实施方案中，半导体管芯被示出为具有大致圆形形状(图4B除外，其示出了具有六边形形状的半导体管芯)。然而，在实施方案的另选的形式中，该半导体管芯可以具有非圆形形状(例如，椭圆形形状、三角形形状、正方形形状、矩形形状、四边形形状、五边形形状或六边形形状等)。一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体基板相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体基板包括但不限于例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等等。
本文所用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并非旨在对这些实施方式进行限制。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在还包括复数形式，除非语境中另外明确地指出其他情况。还应当理解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
还应当理解，当元件诸如层、区域或基板被提及在另一个元件上、连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件、或电耦接到另一个元件时，该元件可直接在另一个元件上、连接另一个元件、或耦接到另一个元件，或可存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、或直接耦接到另一个元件或层时，不存在中间元件或层。虽然在整个详细描述中可能不会通篇使用术语直接在…上、直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件能以此类方式提及。本申请的权利要求可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。
如在本说明书中所使用的，除非根据上下文明确地指出特定情况，否则单数形式可包括复数形式。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语(例如，在…上方、在…上面、在…之上、在…下方、在…下面、在…之下、在…之以下等等)旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。在一些实施方式中，在…上面和在…下面的相对术语可分别包括竖直地在…上面和竖直地在…下面。在一些实施方式中，术语邻近能包括横向邻近或水平邻近。
本文参考截面图描述了本发明的发明构思的示例性实施方式，该截面图是示例性实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差导致的图示形状的变化。因此，本发明的发明构思的示例性实施方式不应理解为限于本文所示的区域的具体形状，而是应理解为包括例如由制造而导致的形状偏差。因此，附图中所示的区域实质上是示意性的，它们的形状并非旨在示出器件区域的精确形状，也并非旨在限制示例性实施方式的范围。
应当理解，尽管本文可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语只用来将一种元件与另一种元件区分开。因此，“第一”元件可被称作“第二”元件，而不脱离本发明实施方式的教导。
除非另外定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，诸如在常用词典中定义的那些术语之类的术语应被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的意义，除非在本文明确定义。
虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以示例的方式呈现，而不是限制，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方式能包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。

Claims (14)

1.一种半导体管芯，包括：
所述半导体管芯的半导体基板；
所述半导体基板中的从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的通孔，所述通孔被配置为接纳穿过其中的载流导体；以及
至少一个电流传感器，所述至少一个电流传感器耦接到所述半导体基板并被配置为感测接纳在所述通孔中的所述载流导体中的电流流动，
所述半导体管芯包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路，以及被配置为接纳焊料凸块的接触焊盘，所述焊料凸块被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述半导体管芯的外部，其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置。
2.根据权利要求1所述的半导体管芯，其中所述至少一个电流传感器包括感应传感器、水平霍尔效应传感器和垂直霍尔效应传感器中的一个或多个，并且其中所述至少一个电流传感器被配置为同时感测通过接纳在所述通孔中的所述载流导体的AC电流流动和DC电流流动两者。
3.一种传感器封装件，包括：
半导体管芯，所述半导体管芯包括：至少一个电流传感器，从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的第一贯通孔，用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路，以及接触焊盘，所述接触焊盘被配置为接纳焊料凸块，所述焊料凸块被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述传感器封装件的外部；以及
从所述传感器封装件的一侧延伸到所述传感器封装件的相对侧的第二贯通孔，所述第二贯通孔与所述第一贯通孔对准并且被配置为接纳载流导体，
其中所述至少一个电流传感器被配置为感测接纳在所述第二贯通孔中的所述载流导体中的电流流动，
其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置。
4.根据权利要求3所述的传感器封装件，还包括附接到所述半导体管芯的引线框架，所述引线框架包括与从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的所述第一贯通孔对准的第三贯通孔，并且其中所述引线框架从所述传感器封装件的内部延伸到所述传感器封装件的外部的自由端并且被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述传感器封装件的外部。
5.根据权利要求3所述的传感器封装件，
其中所述载流导体是线，以及
其中导电材料设置在所述第二贯通孔中并由上部接触焊盘和下部接触焊盘界定，所述上部接触焊盘被配置为附接到所述线的端部，所述下部接触焊盘被配置为接纳焊料凸块连接件以使跨过所述传感器封装件的穿过所述线的电流路径完整。
6.根据权利要求3所述的传感器封装件，其中所述至少一个电流传感器包括感应传感器、水平霍尔效应传感器和垂直霍尔效应传感器中的一个或多个，并且其中所述至少一个电流传感器被配置为同时感测通过接纳在所述第二贯通孔中的所述载流导体的AC电流流动和DC电流流动两者。
7.根据权利要求3所述的传感器封装件，还包括：
电绝缘件，设置在所述载流导体和所述电流传感器之间，所述电绝缘件阻挡从所述载流导体到所述电流传感器的电流流动。
8.一种用于检测导线中的电流流动的方法，包括：
将电流传感器设置在半导体管芯中，所述半导体管芯具有从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的贯通孔以及用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路；
通过使导线从所述半导体管芯的一侧到所述半导体管芯的相对侧穿过所述半导体管芯中的所述贯通孔，将所述半导体管芯围绕所述导线设置；以及
通过所述电流传感器检测与穿过所述半导体管芯中的所述贯通孔的所述导线中的电流流动成比例的信号，
该检测包括检测传感器元件中的霍尔效应电压或检测感应线圈中的感应电压中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述半导体管芯封装在传感器封装件中，所述传感器封装件具有从所述传感器封装件的一侧延伸到所述传感器封装件的相对侧的贯通孔，
其中将所述半导体管芯围绕所述导线设置包括将所述传感器封装件围绕所述导线放置，其中所述导线从所述传感器封装件的一侧到所述传感器封装件的相对侧穿过所述传感器封装件中的所述贯通孔，并且
其中将所述半导体管芯围绕所述导线设置包括使所述传感器封装件与从所述传感器封装件的一侧到所述传感器封装件的相对侧穿过所述传感器封装件中的所述贯通孔的所述导线流电隔离。
10.一种半导体管芯，包括：
所述半导体管芯的半导体基板；
所述半导体基板中的从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的通孔，所述通孔被配置为接纳穿过其中的载流导体；以及
至少一个电流传感器，所述至少一个电流传感器耦接到所述半导体基板并被配置为感测接纳在所述通孔中的所述载流导体中的电流流动，所述电流传感器感测所述电流流动被配置为检测传感器元件中的霍尔效应电压或感应线圈中的感应电压中的至少一种，
其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置并且包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路。
11.一种传感器封装件，包括：
半导体管芯，所述半导体管芯包括至少一个电流传感器，所述半导体管芯包括从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的第一贯通孔；
从所述传感器封装件的一侧延伸到所述传感器封装件的相对侧的第二贯通孔，所述第二贯通孔与所述第一贯通孔对准并且被配置为接纳载流导体，
所述至少一个电流传感器被配置为感测接纳在所述第二贯通孔中的所述载流导体中的电流流动；以及
电路板，所述电路板的第一侧的第一端子耦接到所述载流导体的端部，
其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置并且包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路。
12.一种传感器封装件，包括：
半导体管芯，所述半导体管芯包括至少一个电流传感器，所述半导体管芯包括从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的第一贯通孔；
从所述传感器封装件的一侧延伸到所述传感器封装件的相对侧的第二贯通孔，所述第二贯通孔与所述第一贯通孔对准并且被配置为接纳载流导体，
所述至少一个电流传感器被配置为感测接纳在所述第二贯通孔中的所述载流导体中的电流流动；以及
引线框架，耦接到所述半导体管芯并且被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述传感器封装件的外部，
其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置并且包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路。
13.一种电流传感器封装件，包括：
电流传感器，设置在半导体管芯中，所述电流传感器被配置为感测至少部分地穿过所述电流传感器封装件中的孔设置的载流导体中的电流流动；
所述电流传感器感测所述电流流动被配置为检测传感器元件中的霍尔效应电压或感应线圈中的感应电压中的至少一种；以及
焊料凸块，将所述半导体管芯的第一侧的第一接触焊盘耦接到电路板上的第一接触焊盘，所述焊料凸块被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述电流传感器封装件的外部，
其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置并且包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路。
14.一种电流传感器封装件，所述电流传感器封装件安装在电路板上，所述电流传感器封装件包括：
半导体管芯，封装在模制件中，所述半导体管芯包括从所述半导体管芯的一侧延伸到所述半导体管芯的相对侧的第一贯通孔，所述半导体管芯包括被配置为感测载流导体中的电流流动的至少一个电流传感器，所述载流导体设置为至少部分地穿过所述电流传感器封装件中的与所述第一贯通孔对准的孔，所述半导体管芯包括用于处理由电流传感器感测到的信号的信号处理电路，其中所述半导体管芯围绕所述载流导体设置；以及
焊料凸块，所述焊料凸块将所述半导体管芯的第一侧的第一接触焊盘耦接到所述电路板上的接触焊盘，所述焊料凸块被配置为将信号从所述半导体管芯载送到所述电流传感器封装件的外部。
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