一种一体化芯片式电流传感器及其制造方法
阅读说明：本技术 一种一体化芯片式电流传感器及其制造方法 (Integrated chip type current sensor and manufacturing method thereof ) 是由 朱文琴 侯晓伟 张文江 关克 马华超 吴如兆 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种一体化芯片式电流传感器及其制造方法,涉及电流传感器技术领域,该一体化芯片式电流传感器包括钣金引线框导体装置与铁芯；所述钣金引线框导体装置粘接有磁感应探头,并设置有包裹所述磁感应探头的塑封体；所述铁芯呈U状并形成有U型槽,所述塑封体插接在所述铁芯的U型槽内；所述塑封体的外侧设置有包裹所述铁芯的壳体。本申请具有将霍尔ASIC芯片、铁芯和母排进行一体化注塑,极大减小传感器的重量尺寸并有效提高了抗振动和抗热冲击能力；与此同时,霍尔ASIC芯片组装用引线框架和母排一体化设置,间距精确,实现提高原边与次边的隔离电压的目的,具有简化设计难度、加工简单、适用于自动化生产以及提高批量化制造工艺水平的效果。(The application discloses an integrated chip type current sensor and a manufacturing method thereof, relating to the technical field of current sensors, wherein the integrated chip type current sensor comprises a metal plate lead frame conductor device and an iron core; the metal plate lead frame conductor device is bonded with a magnetic induction probe and is provided with a plastic package body wrapping the magnetic induction probe; the iron core is U-shaped and is provided with a U-shaped groove, and the plastic package body is inserted in the U-shaped groove of the iron core; and a shell for wrapping the iron core is arranged on the outer side of the plastic package body. The Hall ASIC chip, the iron core and the busbar are subjected to integrated injection molding, so that the weight and the size of the sensor are greatly reduced, and the vibration resistance and the thermal shock resistance are effectively improved; meanwhile, the lead frame and the busbar for assembling the Hall ASIC chip are integrally arranged, the distance is accurate, the purpose of improving the isolation voltage of the primary side and the secondary side is achieved, and the Hall ASIC chip has the effects of simplifying the design difficulty, being simple to process and being suitable for automatic production and improving the level of a batch manufacturing process.)
技术领域
本申请涉及电流传感器技术领域，特别涉及一种一体化芯片式电流传感器及其制造方法。
背景技术
在电力系统领域中电网中，特别是在高压直流输电系统中，交直流混合运行的电网结构对电网会产生较大干扰，直接影响输电的质量，如果对地直流不进行处理隔离，则会形成直流偏磁，直流偏磁将会对变压器造成严重影响。因此，需要将交直流混合场合中直流分量进行滤除，而用于检测交流电流场合中直流分量的电流传感器作为直流检测装置，可对各组变压器系进行检测。
公告号为CN201285410Y的中国专利公开了一种电流传感器，该电流传感器包括包括壳体及设置在壳体内的铁芯、连接有霍尔元件的电路板，壳体上引出有与内部电路板相连接的线缆，其特征在于：所述壳体由上壳体、下壳体组装而成，并且上壳体和下壳体之间形成有供被测电流母排穿过的通孔，所述上壳体内设有第一铁芯和所述电路板，并且所述第一铁芯与所述电路板相电连，所述下壳体内设有与第一铁芯相对应的第二铁芯。
但是该电流传感器的每个零件均需要单独加工，且安装时难以达到高精度的要求，进而影响到电流传感器的性能以及制造使用成本，有待改进。
发明内容
有鉴于此，本申请的第一个目的在于提供一种一体化芯片式电流传感器，以实现提升产品性能并有效降低制造与使用成本的目的。其具体方案如下：
一种一体化芯片式电流传感器，包括钣金引线框导体装置与铁芯；所述钣金引线框导体装置粘接有磁感应探头，并设置有包裹所述磁感应探头的塑封体；所述铁芯呈U状并形成有U型槽，所述塑封体插接在所述铁芯的U型槽内；所述塑封体的外侧设置有包裹所述铁芯的壳体。
优选地：所述钣金引线框导体装置包括母排和具有多根引脚的引线框架，所述母排和所述引线框架之间形成有间隙，所述磁感应探头粘接在所述引线框架上；所述塑封体连接并固定所述母排和所述引线框架。
优选地：所述磁感应探头粘接在所述引线框架的上侧中间部位。
优选地：所述塑封体设置有两根左右对称的定位楞条，所述铁芯的相应一端插接在相对称的两根所述定位楞条之间。
优选地：所述磁感应探头设置有一体化集成的霍尔ASIC芯片，所述霍尔ASIC芯片包括采用CMOS工艺集成的霍尔元件与接口信号处理电路。
优选地：所述接口信号处理电路用于采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对所述电流传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，并将校准系数存储在EEPROM中。
本申请的第二个目的在于提供一种一体化芯片式电流传感器的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将母排与引线框架按照预设间隙固定，并形成钣金引线框导体装置；
步骤2、将磁感应探头粘接在钣金引线框导体装置的引线框架的上侧中心部位；
步骤3、通过热固性材料对粘接有磁感应探头的钣金引线框导体装置实行第一次注塑作业，热固性材料冷却形成塑封体，使得塑封体在连接固定母排与引线框架的同时，将磁感应探头包裹在内，形成一次注塑胚料；
步骤4、将一次注塑胚料插接在呈U型的铁芯的U型槽内，使得塑封体位于铁芯的中间部位，获得组合结构体；
步骤5、通过热固性材料或热塑性材料对组合结构体实行第二次注塑作业，热固性材料冷或热塑性材料冷却形成包裹塑封体与铁芯的壳体，获得成品电流传感器。
优选地：在步骤2中，所述磁感应探头通过采用CMOS工艺，集成霍尔元件与接口信号处理电路制成。
优选地：所述接口信号处理电路用于采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对所述电流传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，并将校准系数存储在EEPROM中。
优选地：在步骤3中，所述塑封体的一侧形成有两根左右对称的定位楞条，两根所述定位楞条与所述铁芯的一端匹配。
通过以上方案可知，本申请提供了一种一体化芯片式电流传感器及其制造方法，该一体化芯片式电流传感器具有以下有益效果：采用一体化集成霍尔ASIC芯片与CMOS工艺，将霍尔元件和后端信号处理电路集成在一颗芯片内，通过调试软件采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，且芯片的校准系数存储在EEPROM中；将霍尔ASIC芯片、铁芯和母排进行一体化注塑，极大减小传感器的重量尺寸并有效提高了抗振动和抗热冲击能力；与此同时，霍尔ASIC芯片组装用引线框架和母排一体化设置，间距精确，实现提高原边与次边的隔离电压的目的，具有简化设计难度、加工简单、适用于自动化生产以及提高批量化制造工艺水平的效果。
该一体化芯片式电流传感器的制造方法具有以下有益效果：通过二次注塑成型工艺，首先对电磁感应探头进行封装，并形成安装磁芯的结构，令母排与引线框架在第一次注塑中成型固定，在避免磁感应探头暴露的同时，降低第二次注塑的操作难度与成本，实现提升产品性能并有效降低制造与使用成本的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一体化芯片式电流传感器的结构示意图；
图2为本申请公开的一体化芯片式电流传感器的局部剖视结构示意图；
图3为本申请公开的钣金引线框导体装置与磁感应探头的组合结构示意图；
图4为本申请公开的去除壳体的一体化芯片式电流传感器的结构示意图；
图5为本申请公开的去除壳体的一体化芯片式电流传感器的剖视结构示意图。
附图标记说明：1、壳体；2、铁芯；3、钣金引线框导体装置；4、母排；5、引线框架；6、磁感应探头；7、塑封体；71、定位楞条。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1、图2、图3所示，一种一体化芯片式电流传感器，包括钣金引线框导体装置3与铁芯2。钣金引线框导体装置3粘接有磁感应探头6，并设置有包裹所述磁感应探头6的塑封体7。其中，钣金引线框导体装置3包括母排4和具有多根引脚的引线框架5。与此同时，在母排4和引线框架5之间形成有间隙，且磁感应探头6粘接在引线框架5上，使得塑封体7起到连接并固定母排4和引线框架5的作用，进而在塑封体7实现磁感应探头6、引线框架5与母排4的一体化成型的同时，精确控制母排4和引线框架5之间间隙的大小，以保证原边与次边的隔离电压，并有效简化加工生产工艺，适于自动化生产。相应的，此时磁感应探头6在塑封体7的保护下，达到避免磁感应探头6暴露在空气中而影响到后续的加工处理的目的。
需要提及的是，铁芯2呈U状并形成有U型槽。塑封体7插接在铁芯2的U型槽内。并在塑封体7的外侧设置有包裹铁芯2的壳体1。壳体1起到保护铁芯2的作用，实现了将次感应探头、铁芯2和母排4进行一体化注塑的效果，在极大减小该电流传感器的重量尺寸的同时，有效提高抗振动和抗热冲击能力。
如图4、图5所示，磁感应探头6粘接在引线框架5的上侧中间部位。并在塑封体7上设置有两根左右对称的定位楞条71。铁芯2的相应一端插接在相对称的两根定位楞条71之间，使得两根定位楞条71对铁芯2的安装固定进行限位，进一步降低生产制造的难度。
需要说明的是，磁感应探头6设置有一体化集成的霍尔ASIC芯片。霍尔ASIC芯片包括采用CMOS工艺集成的霍尔元件与接口信号处理电路。接口信号处理电路用于采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对所述电流传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，并将校准系数存储在EEPROM中。
本申请还提供一种一体化芯片式电流传感器的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、将母排4与引线框架5按照预设间隙固定，并形成钣金引线框导体装置3；
步骤2、采用CMOS工艺，集成霍尔元件与接口信号处理电路制成磁感应探头6；并将磁感应探头6粘接在钣金引线框导体装置3的引线框架5的上侧中心部位；
步骤3、通过热固性材料对粘接有磁感应探头6的钣金引线框导体装置3实行第一次注塑作业，热固性材料冷却形成塑封体7，使得塑封体7在连接固定母排4与引线框架5的同时，将磁感应探头6包裹在内，形成一次注塑胚料；
步骤4、将一次注塑胚料插接在呈U型的铁芯2的U型槽内，使得塑封体7位于铁芯2的中间部位，获得组合结构体；
步骤5、通过热固性材料或热塑性材料对组合结构体实行第二次注塑作业，热固性材料冷或热塑性材料冷却形成包裹塑封体7与铁芯2的壳体1，获得成品电流传感器。
需要说明的是，接口信号处理电路用于采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对所述电流传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，并将校准系数存储在EEPROM中。与此同时，在塑封体7的一侧形成有两根左右对称的定位楞条71，两根所述定位楞条71与所述铁芯2的一端匹配。
综上，本申请的一体化芯片式电流传感器通过采用一体化集成霍尔ASIC芯片与CMOS工艺，将霍尔元件和后端信号处理电路集成在一颗芯片内，通过调试软件采集各温度点的不同电流值对应的输出，运行内部校准程序对传感器的零点、增益、温度漂移和非线性进行补偿，且芯片的校准系数存储在EEPROM中；并将霍尔ASIC芯片、铁芯2和母排4进行一体化注塑，极大减小传感器的重量尺寸并有效提高了抗振动和抗热冲击能力；与此同时，霍尔ASIC芯片组装用引线框架5和母排4一体化设置，间距精确，实现提高原边与次边的隔离电压的目的，具有简化设计难度、加工简单、适用于自动化生产以及提高批量化制造工艺水平的效果。
相应的，本申请的一体化芯片式电流传感器的制造方法通过二次注塑成型工艺，首先对电磁感应探头6进行封装，并形成安装磁芯的结构，令母排4与引线框架5在第一次注塑中成型固定，在避免磁感应探头6暴露的同时，降低第二次注塑的操作难度与成本，实现提升产品性能并有效降低制造与使用成本的效果。
本申请涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
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