用于電流測(cè)量的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)檢測(cè)環(huán)繞帶電導(dǎo)體的磁場(chǎng)來(lái)間接測(cè)量導(dǎo)體中的電流的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。例如，DE4300605描述了一種設(shè)備，其中在梯度儀設(shè)備中配備了傳感器芯片并將該芯片安裝在U形導(dǎo)體元件上。其利用了所述梯度儀設(shè)備對(duì)傳感器元件所在位置處的均勻干擾場(chǎng)在很大程度上不敏感的事實(shí)。為了使流過(guò)U形導(dǎo)體的腿部之間的連接橋的電流或者饋送至該U形導(dǎo)體的電流在傳感器所處位置處產(chǎn)生盡可能小的非均勻干擾場(chǎng)，通常將U形導(dǎo)體的腿部的長(zhǎng)度選擇得相對(duì)于傳感器芯片上的對(duì)磁場(chǎng)敏感的元件的大小而言比較大。
[0003]此外，在這種類型的設(shè)備中，特別是對(duì)利用各向異性磁阻效應(yīng)(AMR效應(yīng))的這樣的傳感器來(lái)說(shuō)，輔助磁體被設(shè)置為靠近磁場(chǎng)敏感層，并且負(fù)責(zé)傳感器芯片上的磁場(chǎng)敏感層的穩(wěn)定化或基本磁化。隨著這種類型的傳感器設(shè)備越來(lái)越小型化，干擾場(chǎng)分量(例如由U形導(dǎo)體的腿部之間的連接橋中的電流產(chǎn)生的干擾場(chǎng)分量)可能得到大幅度的提升，從而導(dǎo)致磁場(chǎng)敏感層的磁化程度的改變或“顛覆”。這會(huì)導(dǎo)致在電流測(cè)量時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重誤差，因此必須予以避免。
[0004]基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是減少已知設(shè)備和方法的缺點(diǎn)。
[0005]上述缺點(diǎn)是由根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備克服的。從屬權(quán)利要求的主題進(jìn)一步反映了本發(fā)明的有利實(shí)施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在第一方面，本發(fā)明提出了一種在有角度的尤其是U形的導(dǎo)體元件中通過(guò)至少一個(gè)磁場(chǎng)敏感傳感器元件來(lái)基于磁場(chǎng)測(cè)量電流的設(shè)備，所述導(dǎo)體元件包括至少一個(gè)對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段以及至少一個(gè)寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段。所述傳感器元件被布置在所述對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段的區(qū)域中，以使得:所述對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段的磁場(chǎng)使傳感器數(shù)值產(chǎn)生主要變化一一尤其是電阻方面的主要變化；并且，由于所述傳感器元件相對(duì)于所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段的空間朝向和/或由于另外的帶電元件的磁場(chǎng)補(bǔ)償效應(yīng)，所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段的磁場(chǎng)使所述傳感器數(shù)值產(chǎn)生較小變化甚至大體上沒(méi)有變化。因此，本發(fā)明涉及一種基于磁場(chǎng)測(cè)量的電流測(cè)量設(shè)備，其中傳感器元件在電流導(dǎo)體的導(dǎo)體區(qū)段處在空間上被布置為使得由不對(duì)應(yīng)于要測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段的那些導(dǎo)體區(qū)段導(dǎo)致的寄生磁場(chǎng)不穿過(guò)所述傳感器元件，或者沿著不使傳感器數(shù)值產(chǎn)生任何變化的方向穿過(guò)所述傳感器元件。所述設(shè)備是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的:通過(guò)使所述傳感器元件的敏感方向相對(duì)于所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段(供電導(dǎo)體區(qū)段)的電流傳導(dǎo)方向傾斜，通過(guò)使對(duì)磁場(chǎng)敏感的傳感器結(jié)構(gòu)的層的豎直高度相對(duì)于穿過(guò)所述寄生導(dǎo)體區(qū)段的集中線電流轉(zhuǎn)向及/或偏移。所述角度傾斜、相對(duì)于電流流動(dòng)方向轉(zhuǎn)向、豎直偏移和磁場(chǎng)補(bǔ)償?shù)拇胧┛梢詥为?dú)應(yīng)用或者組合應(yīng)用。通過(guò)這些措施確保了寄生磁場(chǎng)分量首先消極地影響傳感器結(jié)構(gòu)的電阻元件的內(nèi)部磁化狀態(tài)，其次不對(duì)傳感器數(shù)值變化/電阻數(shù)值變化施加影響，以便實(shí)現(xiàn)所述傳感器數(shù)值的線性和可分配的表現(xiàn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述傳感器元件具有至少一個(gè)敏感方向，在該方向上磁場(chǎng)分量導(dǎo)致傳感器數(shù)值發(fā)生主要變化，其中所述傳感器元件在所述對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段的區(qū)域中以下述方式設(shè)定朝向:特別地相對(duì)于所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段轉(zhuǎn)動(dòng)、傾斜和/或垂直移動(dòng)，使得所述對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段的磁場(chǎng)大體上沿著所述敏感方向設(shè)定朝向，并且所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段的磁場(chǎng)大體上不沿著所述敏感方向設(shè)定朝向一一尤其是與所述敏感方向成直角。因此考慮使用磁阻傳感器元件，所述磁阻傳感器元件具有至少一個(gè)磁場(chǎng)敏感朝向平面，敏感方向與所述至少一個(gè)磁場(chǎng)敏感朝向平面相垂直，當(dāng)被磁通量沿著敏感方向穿過(guò)時(shí)所述至少一個(gè)磁場(chǎng)敏感朝向平面導(dǎo)致傳感器數(shù)值的變化一一通常是所述傳感器元件的電阻的變化。所述傳感器元件的至少另一個(gè)磁場(chǎng)中性朝向平面對(duì)磁場(chǎng)的變化不敏感，所述至少另一個(gè)磁場(chǎng)中性朝向平面的法線通常與所述敏感方向成直角地設(shè)定朝向。垂直穿過(guò)所述磁場(chǎng)中性朝向平面的磁場(chǎng)不改變傳感器數(shù)值一一尤其是不改變所述傳感器元件的電阻值。
[0008]本發(fā)明提出了所述敏感方向被以下述方式設(shè)定朝向:通過(guò)所述傳感器元件相對(duì)于所述寄生于電流測(cè)量的導(dǎo)體區(qū)段的空間位置，使得所有寄生磁場(chǎng)的疊加都被精確地設(shè)置成朝向不沿著所述敏感方向一一即它們垂直穿過(guò)磁場(chǎng)中性朝向平面并因此只能導(dǎo)致傳感器數(shù)值的很小變化或者不導(dǎo)致傳感器數(shù)值的變化。因此，只有由所述對(duì)電流測(cè)量有用的導(dǎo)體區(qū)段一一尤其是由U形導(dǎo)體元件的兩個(gè)腿部中的一個(gè)或兩個(gè)腿部產(chǎn)生的磁場(chǎng)才導(dǎo)致傳感器數(shù)值的變化。
[0009]在一種有利的實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)磁場(chǎng)敏感傳感器元件相對(duì)于分配給所述傳感器元件的導(dǎo)體元件傾斜布置。這利用了下述事實(shí):所述傳感器元件的磁場(chǎng)敏感結(jié)構(gòu)僅在一個(gè)或兩個(gè)空間方向上對(duì)磁場(chǎng)敏感一一即垂直于這些優(yōu)選的磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng)不會(huì)被所述磁場(chǎng)敏感結(jié)構(gòu)檢測(cè)到。
[0010]磁阻傳感器元件被有利地用作磁場(chǎng)敏感傳感器元件，這些元件例如根據(jù)AMR(各向異性磁阻)效應(yīng)、GMR(巨磁阻)效應(yīng)或者TMR(穿隧磁阻)效應(yīng)工作。同樣地可以使用利用霍爾效應(yīng)的傳感器元件。作為規(guī)則，AMR、TMR和GMR傳感器具有位于所述傳感器結(jié)構(gòu)的平面中的敏感方向；作為芯片平面中的規(guī)則，在大多數(shù)情形中，該敏感方向與穿過(guò)所述傳感器結(jié)構(gòu)的電流方向成直角，并且與所述傳感器結(jié)構(gòu)的布置平面的法線成直角。在大多數(shù)情形中，基于霍爾效應(yīng)的傳感器具有垂直于所述傳感器結(jié)構(gòu)的布置平面的敏感方向。
[0011]所述至少一個(gè)傳感器元件可以有利地相對(duì)于U形導(dǎo)體元件以下述方式傾斜:使由所述U形導(dǎo)體元件的兩個(gè)腿部之間的連接橋中的電流生成的磁場(chǎng)的影響最小化。這有利地通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn):所述至少一個(gè)傳感器元件被放置成使得由所述U形導(dǎo)體區(qū)段的兩個(gè)腿部之間的連接橋中的電流生成的并且沿著所述傳感器元件的敏感方向的磁場(chǎng)分量在所述傳感器元件所在位置處最小化。例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用薄膜技術(shù)制造的AMR傳感器元件對(duì)垂直地影響所述傳感器平面的磁場(chǎng)分量不敏感。在這種類型的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，傾斜角度被選擇為使得干擾磁場(chǎng)將垂直地影響至少一個(gè)AMR傳感器元件。如果所述傳感器元件相對(duì)于所述U形導(dǎo)體元件的位置或距離被改變，那么也必須對(duì)最適宜的傾斜角度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使得干擾磁場(chǎng)在所述傳感器元件的敏感方向上仍然沒(méi)有任何分量。因?yàn)樗鰝鞲衅髟木嚯x還改變所述設(shè)備的最終測(cè)量敏感性，所以可以基于對(duì)敏感性的需求、任何必須的絕緣空間以及所述設(shè)備的最終尺寸來(lái)對(duì)位置以及最佳傾斜角度進(jìn)行優(yōu)化。傾斜角α的量值有利地在O < I α I < 120°的范圍內(nèi)。傾斜角的進(jìn)一步擴(kuò)大將導(dǎo)致最終尺寸擴(kuò)大而超出所述導(dǎo)體元件的范圍，這恰恰是在很多應(yīng)用中必須予以避免的。
[0012]除了由所述U形導(dǎo)體元件的兩個(gè)腿部之間的連接橋中的電流生成的磁場(chǎng)，由經(jīng)過(guò)連接線流到U形導(dǎo)體元件的電流生成的磁場(chǎng)也可以消極地影響測(cè)量準(zhǔn)確性。因此，在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中，尤其有利地可將所述傾斜角度選擇為使得所述連接橋與所述連接線的磁場(chǎng)在所述傳感器元件所在位置處的疊加在所述傳感器元件的敏感方向上僅生成最小限度的分量。
[0013]在另一個(gè)有利的示例性實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)傳感器元件可以是梯度傳感器，使得所述設(shè)備對(duì)外部的、均勻的干擾磁場(chǎng)非常不敏感。然而，還可以設(shè)置多個(gè)傳感器元件，每個(gè)測(cè)量絕對(duì)磁場(chǎng)，其中額外的評(píng)估電子裝置以適當(dāng)方式對(duì)這些傳感器元件的輸出信號(hào)進(jìn)行組合。通過(guò)布置大量的測(cè)量絕對(duì)場(chǎng)的傳感器元件，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干涉效應(yīng)的最佳抑制。在此，不同傳感器元件的最佳傾斜角度可以不同。
[0014]所述設(shè)備的U形導(dǎo)體元件可以尤其有利地成形為在導(dǎo)體的平直區(qū)段中制造出適當(dāng)?shù)牟劭p。這種類型的具有U形局部結(jié)構(gòu)的直的導(dǎo)體在尺寸和制造簡(jiǎn)便性方面具有優(yōu)勢(shì)。
[0015]為了能夠獲得緊湊、節(jié)省空間的變型以及將具有可被連接在惠斯通測(cè)量電橋中的兩個(gè)磁場(chǎng)敏感傳感器單元一一尤其是磁場(chǎng)敏感電阻的這樣的傳感器元件布置在公共基板上(尤其是布置在芯片基底或PCB上)，有利地，U形導(dǎo)體元件的兩個(gè)腿部將被平行布置并且彼此相距很短的距離。以此方式，磁場(chǎng)敏感傳感器單元可被布置在一個(gè)緊湊部件中，所述緊湊部件的封裝(footprint)至少部分覆蓋兩個(gè)腿部。這種類型的部件可以通過(guò)緊固裝置一一比如嚙合或卡扣元件來(lái)同時(shí)緊固到兩個(gè)腿部上。在用于測(cè)量磁場(chǎng)的設(shè)備的總體大小具有小的尺寸的情況下，覆蓋所述U形導(dǎo)體元件的兩個(gè)腿部的這種類型的緊湊傳感器元件可以經(jīng)濟(jì)地制造并且容易地安裝。在另一個(gè)有利的實(shí)施方式中，可以設(shè)置緊固裝置，將所述至少一個(gè)傳感器元件安裝在所述緊固裝置上，并且因此將所述至少一個(gè)傳感器元件固定在相對(duì)于相關(guān)導(dǎo)體元件傾斜、轉(zhuǎn)動(dòng)和/或豎直偏移的位置。所述緊固裝置可被尤其設(shè)計(jì)成使得:為了簡(jiǎn)化組裝并且符合允許的容差，所述緊固裝置嚙合到所述導(dǎo)體元件之上或所述導(dǎo)體元件當(dāng)中，或者配備有允許在相關(guān)導(dǎo)體元件