CN111668365A - 应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器，所述隔离结构自下向上依次包括：电流导体层、绝缘介质层和磁场感应电路层；所述绝缘介质层包括：粘结于所述电流导体层设置的第一粘结层、粘结于所述磁场感应电路层设置的第二粘结层，以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的增强型绝缘安全隔离层；本发明通过对隔离结构中的绝缘介质层进行替换，可以使得该绝缘介质层满足安全隔离性能要求的同时，提供较强的支撑力。
Description
技术领域
本发明属于微电子机械制造领域，尤其涉及一种应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器。
背景技术
电流传感器是一种检测装置，其能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
如图1所示，现有的电流传感器结构包括：金属框架1，电性连接金属框架1的隔离结构2，以及设置于隔离结构正上方的且具有磁感应功能的霍尔传感器3；所述金属框架1通常使用裸铜为基材的金属材料。
所述隔离结构自下向上依次包括：电流导体层21、绝缘介质层22，粘结层23、感应电路层24；所述粘结层通常为具有粘合效果的胶水。结合图2所示，传统的绝缘介质层22采用双层胶带结构，每层胶带通常由聚酰亚胺材质的膜22a和粘合膜22b组成；如此，现有的隔离结构能实现电流导体通过大电流产生电场被磁感应电路感测，同时达到电流导体和磁感应电路之间电气隔离的目的。
然而，受技术局限性的影响，现有技术的隔离结构的隔离性能，如耐压和浪涌，取决于绝缘介质层的聚酰亚胺材质的膜的质量和层数；即：为了确保隔离性能，绝缘介质层的厚度需要达到一定的厚度。
如图2所示，现有技术的绝缘介质层使用双层胶带结构，在温度变化过程中，会导致电流传感器承受过大的应力，造成磁感应电路的翘曲，进而在使用过程中，会导致磁场感应电路的灵敏度偏移，影响电流传感器的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器；
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种应用于电流传感器的隔离结构，所述隔离结构自下向上依次包括：电流导体层、绝缘介质层和磁场感应电路层；
所述绝缘介质层包括：粘结于所述电流导体层设置的第一粘结层、粘结于所述磁场感应电路层设置的第二粘结层，以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的增强型绝缘安全隔离层。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述增强型绝缘安全隔离层包括：靠近第一粘结层设置的硅基晶圆和设置于所述硅基晶圆之上的绝缘膜。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述硅基晶圆与所述磁场感应电路层具有相同的热膨胀系数。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述增强型绝缘安全隔离层为玻璃板。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述玻璃的热膨胀系数与所述磁场感应电路层的热膨胀系数的差值小于预设热膨胀系数阈值。
为了实现上述发明目的另一，本发明一实施方式提供一种电流传感器，包括：金属框架，电性连接所述金属框架、且如上所述的隔离结构，以及与所述隔离结构配合设置的霍尔传感器。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述霍尔传感器嵌设于所述磁场感应电路层、且贴近所述绝缘介质层设置，并位于所述电流导体层的电场集中区域。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电流导体层包括：半圆形第一分区，以及连接所述第一分区并延伸至外部框架上的第二分区；
其中，在隔离结构叠装方向上，所述第一分区的投影完整映射在所述绝缘介质层内，且所述第一分区的边缘与所述绝缘介质层的相邻边缘之间形成距离差。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器的投影完整映射在所述第一分区内。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器的中心与所述第一分区的半圆结构的圆心相互重叠。
与现有技术相比，本发明的应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器，通过对隔离结构中的绝缘介质层进行替换，可以使得该绝缘介质层满足安全隔离性能要求的同时，提供较强的支撑力，有效降低了温变过程中，应力对该隔离结构的影响，避免应力造成的磁场感应电路层的翘曲，从而提升具有该隔离结构的电流传感器的性能。
附图说明
图1为现有技术中电流传感器的结构示意图；
图2为图1中绝缘介质层的结构示意图；
图3是本发明第一实施方式提供的隔离结构的结构示意图；
图4是本发明第二实施方式提供的隔离结构的结构示意图；
图5是本发明提供的电流传感器的结构示意图；
图6是本发明提供的电流传感器在另一方向的透视结构示意图；
图7是本发明一实施方式提供的隔离结构的制备方法的流程示意图；
图8是本发明图7所示制备方法的步骤示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图3、图4所示，本发明一实施方式提供一种应用于电流传感器的隔离结构，所述隔离结构自下向上依次包括：电流导体层10、绝缘介质层20和磁场感应电路层30；所述绝缘介质层20包括：粘结于所述电流导体层10设置的第一粘结层21、粘结于所述磁场感应电路层30设置的第二粘结层22，以及设置于所述第一粘结层21和所述第二粘结层22之间的增强型绝缘安全隔离层23。
所述第一粘结层21用于连接所述绝缘介质层20和电流导体层10；所述第二粘结层22用于连接所述绝缘介质层20和磁场感应电路层30。
具体的，如图3所示，本发明第一实施方式提供的应用于电流传感器的隔离结构中所述增强型绝缘安全隔离层23包括：靠近第一粘结层21设置的硅基晶圆231和设置于所述硅基晶圆231之上的绝缘膜232。
较佳的，所述绝缘膜232的材质类似聚酰亚胺或二氧化硅的材料介质，其能够提供满足UL60950-1标准对增强型绝缘的安全隔离要求。
较佳的，本发明通过设置硅基晶圆231能够对磁场感应电路提供较大的机械支撑力。
本发明具体实现过程中，所述硅基晶圆231与所述磁场感应电路层30均为硅基类材料制成，较佳的，所述硅基晶圆231与所述磁场感应电路层30具有相同的热膨胀系数；相同的热膨胀系数能降低磁场感应电路的内部应力，同时可以改善灵敏度漂移的问题。
本发明一具体示例中，所述硅基晶圆231和所述磁场感应电路层30的热膨胀系数均为2.62×10^(－6)/℃。
具体的，如图4所示，本发明第二实施方式提供的应用于电流传感器的隔离结构中所述增强型绝缘安全隔离层23为玻璃板。
所述玻璃板满足UL60950-1标准对增强型绝缘的安全隔离要求；同时，能够对磁场感应电路提供较大的机械支撑力。
较佳的，所述玻璃的热膨胀系数与所述磁场感应电路层30的热膨胀系数的差值小于预设热膨胀系数阈值。
所述预设热膨胀系数阈值可以根据需要具体设定，其为一设定的固定常数值；本发明较佳实施方式中，所述玻璃板具有与所述磁场感应电路层30相似的热膨胀系数；即：所述预设热膨胀系数阈值设置的数值非常小，接近于0；本发明具体示例中，所述磁场感应电路层30的热膨胀系数为2.62×10^(－6)/℃；相似的热膨胀系数能降低磁场感应电路的内部应力，同时可以改善灵敏度漂移的问题。
需要说明的是，上述对隔离结构自上向下的描述仅仅是为了清楚表示各介质层的相对位置关系，在本发明其他实施方式中，在本发明的各介质层之间还可以添加其他介质层，在本发明基础上，在本发明的介质层基础上增加其他介质层的技术方案均在本发明的保护范围内。
结合图5所示，本发明一实施方式提供的电流传感器，其包括：金属框架40，电性连接所述金属框架40、且如上所述的隔离结构，以及与所述隔离结构配合设置的霍尔传感器50。
所述金属框架40通常使用裸铜为基材的金属材料制成。
较佳的，所述霍尔传感器50嵌设于所述磁场感应电路层30、且贴近所述绝缘介质层20设置，并位于所述电流导体层10的电场集中区域；如此，可以使霍尔传感器50感测更强的磁信号的同时降低信噪比。
本发明具体示例中，结合图6所示，所述电流导体层10包括：半圆形第一分区11，以及连接所述第一分区11并延伸至金属框架40的第二分区12；其中，在隔离结构叠装方向上，所述第一分区11的投影完整映射在所述绝缘介质层20内，且所述第一分区11的边缘与所述绝缘介质层20的相邻边缘之间形成距离差。
如此，通过电流导体层10和绝缘介质层20之间的距离差，提升磁场感应电路层30的耐压性能，使得绝缘介质层20阻断电流导体层10带来的高电压，进而防止电流导体层10的高电压从侧边击穿磁场感应电路层30。
较佳的，所述绝缘介质层20和所述电流导体层10的第一分区11的边缘之间形成的所述距离差的大小可以根据产品的结构特性具体调整；在本发明一具体示例中，所述距离差最小为400微米。
为了保持所述霍尔传感器50位于所述电流导体层10的电场集中区域；较佳的，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器50的投影完整映射在所述第一分区11内。
进一步的，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器50的中心与所述第一分区11的半圆结构的圆心相互重叠。
需要说明的是，本发明的图5、图6的并不是在同一比例下绘制。
结合图7、图8所示，本发明一实施方式提供一种如图3所示隔离结构的制备方法，所述方法包括：
S1、提供硅基晶圆231；
S2、在硅基晶圆231上进行聚酰亚胺材质的旋转涂胶，之后对聚酰亚胺进行固化处理形成绝缘膜232，并得到较高的机械强度；
S3、对步骤S2的产品进行切割，得到固定面积的小颗粒；
S4、使用真空吸嘴将单颗绝缘介质层20通过胶水粘结到电流导体层10，该步骤中的胶水形成第一粘结层21；
以及使用真空吸嘴将磁场感应电路层30通过胶水粘结到绝缘介质层20上，该步骤中的胶水形成第二粘结层22。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述仅描述图3所示的应用于电流传感器的隔离结构制备过程，参考上述制备方法，可以推导得出图4所示的隔离结构的制备过程，在此不做进一步的赘述。
综上所述，本发明的应用于电流传感器的隔离结构及电流传感器，通过对隔离结构中的绝缘介质层进行替换，可以使得该绝缘介质层满足安全隔离性能要求的同时，提供较强的支撑力，有效降低了温变过程中，应力对该隔离结构的的影响，避免应力造成的磁场感应电路层的翘曲，从而提升具有该隔离结构的电流传感器的性能。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于电流传感器的隔离结构，其特征在于，
所述隔离结构自下向上依次包括：电流导体层、绝缘介质层和磁场感应电路层；
所述绝缘介质层包括：粘结于所述电流导体层设置的第一粘结层、粘结于所述磁场感应电路层设置的第二粘结层，以及设置于所述第一粘结层和所述第二粘结层之间的增强型绝缘安全隔离层。
2.根据权利要求1所述的应用于电流传感器的隔离结构，其特征在于，所述增强型绝缘安全隔离层包括：靠近第一粘结层设置的硅基晶圆和设置于所述硅基晶圆之上的绝缘膜。
3.根据权利要求2所述的应用于电流传感器的隔离结构，其特征在于，所述硅基晶圆与所述磁场感应电路层具有相同的热膨胀系数。
4.根据权利要求1所述的应用于电流传感器的隔离结构，其特征在于，所述增强型绝缘安全隔离层为玻璃板。
5.根据权利要求4所述的应用于电流传感器的隔离结构，其特征在于，所述玻璃的热膨胀系数与所述磁场感应电路层的热膨胀系数的差值小于预设热膨胀系数阈值。
6.一种电流传感器，其特征在于，包括：金属框架，电性连接所述金属框架、且如权利要求1至5任一项所述的隔离结构，以及与所述隔离结构配合设置的霍尔传感器。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述霍尔传感器嵌设于所述磁场感应电路层、且贴近所述绝缘介质层设置，并位于所述电流导体层的电场集中区域。
8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述电流导体层包括：半圆形第一分区，以及连接所述第一分区并延伸至外部框架的第二分区；
其中，在隔离结构叠装方向上，所述第一分区的投影完整映射在所述绝缘介质层内，且所述第一分区的边缘与所述绝缘介质层的相邻边缘之间形成距离差。
9.根据权利要求8所述的电流传感器，其特征在于，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器的投影完整映射在所述第一分区内。
10.根据权利要求8所述的电流传感器，其特征在于，在隔离结构叠装方向上，所述霍尔传感器的中心与所述第一分区的半圆结构的圆心相互重叠。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200915 |