使用霍尔效应器件设计组件指南GydF4y2Ba

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约翰·索伯(John Sauber)和布拉德利·史密斯(Bradle亚博棋牌游戏y Smith)， Allegro MicroSystems, LLCGydF4y2Ba

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介绍GydF4y2Ba

霍尔效应，由e.h.霍尔在1879年发现，是所有霍尔效应器件的基础。当这种物理效应与现代集成电路(IC)技术相结合时，许多有用的磁传感产品就成为可能。霍尔元件，当适当偏置时，产生与磁场成正比的输出电压。这个小电压通过一个高质量的放大器处理，它产生一个与施加的磁通密度成比例的模拟信号。在快板GydF4y2Ba^®GydF4y2Ba霍尔效应装置，信号被调节并针对各种类型的磁输入进行了优化，以产生合适的电输出。GydF4y2Ba

霍尔效应元件通过改变输出电压与磁通密度曲线来响应应力。因此，从芯片到最终用户，设计者必须明白，来自热或机械源的环境应力会影响霍尔效应元件的输出。芯片设计者预期最终用途，构建补偿电路，并以这种方式连接多个霍尔元件，以尽量减少预期环境的影响。当适当的集成电路设计与适当的封装设计相匹配时，环境影响将降至最低。GydF4y2Ba

尽管稳健的设计技术大大降低了封装应力对霍尔效应集成电路运行的影响，但重要的是，组装制造商应采取预防措施，避免不必要的外部应力，如由过度成型、胶合、焊接、导线弯曲或成形、导线夹紧或修剪或夹紧造成的外部应力。GydF4y2Ba

除了避免影响电气参数的应力外，还必须避免可能带来任何可靠性风险的应力。本应用说明提供了组件的设计指南，以避免这两个问题。GydF4y2Ba

虽然本文档涵盖了用于安装霍尔效应器件的大多数装配方法，但它不涵盖传统电路板的焊接。有关该主题的信息，请参阅GydF4y2BaAllegro产品（SMD和通孔）的焊接方法GydF4y2Ba在Allegro网站上GydF4y2Ba

物的位置GydF4y2Ba

如图1所示，包上有几个位置容易受到压力的影响。不管用什么方法来建造一个组件，重要的是尽量减少这些区域的应力。GydF4y2Ba

失效模式GydF4y2Ba

图1所示的位置与以下故障模式相关联：GydF4y2Ba

（一种）GydF4y2Ba在模具面上的力会导致模具的破裂。模具可能立即失败，或者它可能具有潜在缺陷的裂缝。看看GydF4y2Ba设计验证测试GydF4y2Ba部分以获取关于发现潜在缺陷的信息。压在模具上的力也会引起电气参数的变化。如果必须对模具表面施加力，则应均匀地分布在整个顶表面。GydF4y2Ba

（b）GydF4y2Ba金键电线上的力可能会损坏球键（在线的管芯端）或破坏楔形键（在导线的引线框架上）。这些电线非常小，具有横截面积，横截面积大约是人毛的一九（见图2）。楔形键的“颈部”甚至更小，是线的横截面积的四分之一。模塑化合物相对于电线的任何变形或运动会导致损坏，如图2所示（右图）所示。同样，它可能会导致立即失败或潜在的缺陷。GydF4y2Ba

(C)GydF4y2Ba施加在引线上的力或弯曲力矩可能导致楔键损坏(可能是潜在缺陷)，或包装开裂。GydF4y2Ba

在封装内部，只有一小部分引线嵌入到成型化合物中。在K包的情况下，如图3所示，只有0.8毫米的引线，这是15.5毫米长，是在成型化合物内部。由此产生的杠杆臂将作用在铅上的力放大了19倍，即使很小的力也能破坏楔形键。因此，在铅成型过程中遵循铅夹紧指南是很重要的，并且在其他加工步骤中避免对铅的作用力。GydF4y2Ba

形成了GydF4y2Ba

在客户设施的铅形成操作通常是准备霍尔效应器件用于应用的必要部分。亚博尊贵会员对于大多数Allegro设备，下一节中描述的几个简单的预防措施，GydF4y2Ba标准成型程序GydF4y2Ba，将确保铅形成不会引起对引线，环氧案例或内部IC的损伤压力。虽然应始终考虑这些预防措施，但对于具有增强的铅支架，某些Allegro齿轮齿轮齿轮（ATS）包装存在例外。标题部分中描述了例外情况GydF4y2BaATS包的注意事项GydF4y2Ba追随者。GydF4y2Ba

标准成型程序GydF4y2Ba

一些简单的预防措施将确保引线成型不会对引线、环氧外壳或内部集成电路产生破坏应力。GydF4y2Ba

• 引线不应形成或夹在包装箱上的近于0.76mm，并且它们必须从上方和下方支撑，因此在铅形成操作期间不会发生运动或应力（参见图4）。GydF4y2Ba

• 

  图4。铅铸操作的设置。GydF4y2Ba

  
  
  
• 引线成形器应该充分地钳住引线(顶部和底部)，这样在成型过程中就不会有力量将引线从环氧包壳中拉出来。最好是在引线成型过程中物理隔离封装体，这样就不会有力传递到它。GydF4y2Ba
• 所有的弯管必须在一个半径至少为铅厚一半的光滑砧上进行。GydF4y2Ba
• 引线不应在弯曲区域因挤压引线而变形。必须通过过度弯曲而不是变形来消除回弹。GydF4y2Ba
• 如果使用辊式成形工具而不是推杆，则将压力转移到封装中。辊形成是使用的优选方法。GydF4y2Ba
• 铅成型可能导致在铅表面留下模具痕迹。这些都是可以接受的，只要标记不严重到足以穿透电镀和暴露引线框架基础金属。GydF4y2Ba

ATS包的注意事项GydF4y2Ba

某些Allegro齿轮齿传感器IC（ATS）包装设计成使得它们可以与其他部件（例如极靴或后偏置稀土颗粒）用其他部件纳入霍尔传感器IC，作为优化的装置。GydF4y2Ba

对于SA和SB封装的铅形成，Allegro建议所有的建议GydF4y2Ba标准成型程序GydF4y2Ba部分。GydF4y2Ba

SE, SG, SH和SJ封装有一个模压引线(图6)，在运输和搬运过程中保持引线共面和位置。在引线成型过程中，将成型的引线条固定在一起。在所有引线成型完成之前，不要移开铁条。这将防止引线分散，并将优化引线平面和间距。GydF4y2Ba

用于足够夹紧的检查标准GydF4y2Ba

正如前面提到的，引线必须被充分地夹住，以防止在成型过程中拉引线。检查电镀上留下的“目击痕迹”可以显示夹紧是否足够。GydF4y2Ba

• 铅的顶侧甚至应该在电镀中具有夹紧标记。标志应该：GydF4y2Ba
  •在每个引线的大部分宽度上显示均匀的夹紧，并且GydF4y2Ba
  
  •显示相同的形状和钳位深度跨越所有的引线。GydF4y2Ba
• 引线的底部还应有均匀的夹紧痕迹。作为一个附加的标准，模具毛刺(冲压的产物)在底部的引线应该被压平。如果毛刺不平整，说明夹紧力不够。GydF4y2Ba
• 夹紧力不应该太大，以至于它改变了母材的横截面形状，或留下任何可见的损坏模具化合物。GydF4y2Ba

高温处理注意事项GydF4y2Ba

用于Allegro包装体的热固性模塑化合物具有玻璃过渡温度TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，通常在140°C和160°C之间。当化合物在其上方加热时GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba水平时，它的力量会显著下降。因此，当任何过程的温度超过TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，必须注意不要将负载施加到所示的任何位置GydF4y2Ba图1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

除了T以上强度低GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，成型化合物也经历粘塑性(蠕变)，这使得化合物随着时间的推移缓慢变形。必须小心不要使引线变形，使其成为“弹簧加载”，因为随后的高温处理可能导致引线运动，这也可能导致楔键的损坏。GydF4y2Ba

焊接和焊接的一般预防措施GydF4y2Ba

当工艺要求焊接成型的铅时，要记住三个主要规则:GydF4y2Ba

• 不要太短 - 如果可能的话，最好避免极短的引线。更长的铅是弯曲而不产生高力。这允许对准和形成公差，并且还减少了与其焊接的引线框架的任何扩展失配的应力。GydF4y2Ba
• 不太热 - 如上所述，在高温下，模塑化合物的强度大大降低。焊接和焊接操作应在最低温度和最短的时间内完成。使用更长的铅也最小化到达器件壳体的热量。GydF4y2Ba
• 不是“弹簧加载”-虽然成形和校准公差意味着引线通常需要在焊接或焊接时轻微变形，变形越小越好。如果引线在应用时必须显著弯曲，弹簧能量很可能储存在引线中。任何随后的高温处理(如过度成型)或长时间暴露在高温操作环境中可能会导致铅在模具化合物内移动，导致楔形粘结失效。GydF4y2Ba

如果有顾虑给定的过程或设计可能在引线中产生高应力，这可能导致可靠性风险，请参阅GydF4y2Ba设计验证测试GydF4y2Ba部分以获取关于发现潜在缺陷的方法的信息。GydF4y2Ba

焊接铅GydF4y2Ba

除了本申请中的信息，请参阅GydF4y2BaAllegro产品（SMD和通孔）的焊接方法GydF4y2Ba在Allegro网站上。其中包括铅漆、焊料、助焊剂、应避免的污染物和一般工艺参数的指导方针。GydF4y2Ba

焊接的领导GydF4y2Ba

如本节所述，由于设备外壳和电镀的几何形状较小，因此焊接应以谨慎的注意、规划和工艺测试来进行。目前已有两种成功的焊接方法，一种是传统的电阻焊，另一种是一种叫做电阻焊的焊接工艺GydF4y2Batin-fusingGydF4y2Ba（SN-Fusing）。过程的选择可以由应用和生产条件确定。GydF4y2Ba

锡熔与电阻焊接GydF4y2Ba

• 电阻焊是将要连接的部件加热，直到母材(铜)处于塑性状态，然后将部件锻造在一起。GydF4y2Ba
• 镀锡涉及蒸发薄层镀锡，产生超清洁基础金属表面。然后，压力的应用导致两部分之间的极强的扩散粘合。这是首选的过程。GydF4y2Ba
• 大多数类型的传统电阻焊接设备也可用于腐蚀性，差异是使用大得多的电压和电流。GydF4y2Ba

锡熔断的优点GydF4y2Ba

对于小型电子器件，锡熔接可能比电阻焊有优势:GydF4y2Ba

• 在不损坏零件的情况下对铜进行电阻焊接是非常困难的。GydF4y2Ba
• 镀锡导致引线的变形更少于焊接，因为它更快，并且由于不需要熔化贱金属。GydF4y2Ba
• 锡熔合产生贱金属与贱金属之间的扩散连接，这种连接通常比焊接(铜与铜)产生的连接更牢固。GydF4y2Ba

Tin-Fusing指南GydF4y2Ba

• 减少所用的当前水平是一个过程优势。锡熔丝需要比电阻焊接更少的电流。为避免过热设备，应使用产生可靠键的最低电流。这也降低了所需电力的成本。图7和8是用于比较的示例。GydF4y2Ba
  

  图7。焊接过程中过热造成的损伤，包括母材变形和镀锡流动。它是在1700 A, 1.0 V, 11 ms下焊接的。GydF4y2Ba

  

  图8。焊接较低电流水平(1100 a, 0.8 V, 10 ms)的引线。有非常小的损害，和拉强度的接头本质上是相同的过热引线在图7。GydF4y2Ba

  
  
  
• 避免短线引线，因为它们可能导致以下问题：GydF4y2Ba
• 焊接可以使引线变平，如果引线很短，那么平坦的区域会损坏成型化合物。此外，当引线靠近包装盒时发生横向移动，可能会破坏楔形键合或导致引线之间的短路(见图9)。GydF4y2Ba
• 焊接操作会产生高温，如果引线太短，可以损坏包装体。GydF4y2Ba
  

  图9.由于焊接引线而导致的铅扁平造成的损坏太短。GydF4y2Ba

  
  
  
• 理想情况下，锡熔化应与大约100％镀锡一起使用。铅（PB）的存在不影响债券的质量，但PB的加工确实产生了潜在的环境健康风险。在丝熔化期间，在两个碎片触摸蒸发的区域中的电镀。对于Allegro零件的典型焊接，这将释放小于2μg的Pb。必须以安全和环境负责的方式收集和处理PB蒸汽。GydF4y2Ba
• 许多类型的铜合金可以成功焊接。最佳选择应由焊接设备供应商确定。GydF4y2Ba
• 一般来说，应避免使用含铁的合金，如科瓦合金或42合金，因为它们很难焊接到镀锡的铜引线框架上。GydF4y2Ba

激光焊接GydF4y2Ba

使用激光将镀锡的铜引线焊接到铜引线框架上是可能的。考虑类似于锡熔接;因此，避免过度的权力是很重要的。可以采用“干式”焊接，但也可以使用锡膏，可以提供更好的焊料填充，使连接更牢固。由于激光光斑聚焦在一个非常小的区域，因此必须小心，以确保产生的粘结表面积足以形成牢固的粘结。GydF4y2Ba

快板镀铅GydF4y2Ba

Allegro已采取措施为镀锡焊​​接提供良好的锡板。电镀厚度平均值的典型行业标准为14μm，但Allegro选择标准平均厚度为11.5μm。这种减小的厚度可以更好地控制电镀浴参数，并具有优异的耐可焊性。对于锡熔化而言，它也是更好的，因为熔化较少，因此控制溅射。GydF4y2Ba

将设备附加到子程序集GydF4y2Ba

大多数粘合、涂层、灌封或封装方法都会增加封装的应力，这会导致电参数的偏移和分散。GydF4y2Ba

上胶GydF4y2Ba

将装置粘在制造的子组件中的腔中是组装霍尔效应界面的常用方法。基本规则是：GydF4y2Ba

• 使胶水或成型环氧树脂的膨胀特性尽可能与组分环氧树脂相匹配，组分环氧树脂的膨胀率为12 - 30ppm /°C。大多数高填充(非导电)环氧树脂属于这一类，通常是很好的选择。GydF4y2Ba
• 表面安装部件安装环氧树脂也可用于附着成型部件。这些材料与霍尔设备特性以及填充的环氧树脂不符，但具有在非常小点尺寸下有效的优点，它们具有快速的固化时间。GydF4y2Ba
• 氰基丙烯酸酯(“强力胶”)不是粘霍尔效应装置的好选择，因为它固化时收缩率高。如果胶水只涂在设备的一侧，这种收缩会使设备弯曲，造成严重的应力。这些胶水往往是可生物降解的，可以在许多常见的环境中消散。GydF4y2Ba

保形涂层GydF4y2Ba

保形涂层通常用于提供环境保护，以及一些机械保护。为了防止污染物，关键特性是水蒸气的透气性和氧气的渗透性。基于这些标准，最佳选择如下(按顺序):GydF4y2Ba

1. 聚氨酯丙烯酸GydF4y2Ba
2. 环氧树脂GydF4y2Ba
3. 硅胶GydF4y2Ba

塑料封装(直接覆模)GydF4y2Ba

通过用热固性或热塑性材料包覆成型全封装的霍尔效应装置会导致参数转移。以这种方式封装的霍尔效应器件应在应用程序所示的全范围内重新测试。模塑热塑性塑料所需的温度通常高于电镀在引线上的回流温度之上，因此模具设计必须使得电镀不熔化（锡熔化在232℃）。如果在模具过程中熔化电镀，则它可以抵抗该装置的主体和电短路相邻引线。GydF4y2Ba

热塑性塑料模具中的型腔压力非常高。一般来说，纯静液压力通常不会损坏装置，只要它完全在模腔内即可。模具设计必须保证在成型过程中霍尔装置没有受到弯曲力的作用。弯曲应力可以改变设备参数，如果足够高，会使环氧包内的模具开裂。GydF4y2Ba

当霍尔器件在注射模腔内形成插头时，器件由引线支撑，器件的末端要有支撑，这一点很重要。如果该装置与型腔端部有间隙，则该装置可成为活塞在型腔内向前推进，拉动、拉伸引线。GydF4y2Ba

完全封闭模制霍尔效应装置的最安全的方法是设计一个外壳(帽或套筒)，使装置可以滑动配合。然后，设备可以被压塑、盆栽或粘到合适的位置。需要注意以下几点:GydF4y2Ba

• 避免盖子或套筒与引线之间的任何干涉。施加在引线上的任何力都可能产生弹簧载荷，这可能导致在过度成型或长时间高温操作期间楔键的损坏。GydF4y2Ba
• 压配合应用通常非常紧亚博尊贵会员，需要很大的力来插入。这种力会引起导线、导线键合或硅集成电路的失效，应尽量减少。GydF4y2Ba
• 在插入过程中适当的握持装置是至关重要的，以减少作用在包装上的力。在插入过程中，包装的平面(品牌面)不应被夹紧或撞击。在插入过程中，最好使用包装的侧面和后部。GydF4y2Ba

overmold features的位置也可以是一个问题:GydF4y2Ba

• 最小化模糊面上的包覆成型的厚度是最小化作用在模具上的应力的有效方法，以及模具裂缝和参数偏移的相关风险。GydF4y2Ba
• 避免直接在模具上定位用于超模的闸门，因为模塑过程中的热冲击可以增加模具开裂的风险。GydF4y2Ba
• 如果可能，避免将模具的分割线定位在模板上。由于半模糊不缩，这有时可以在超模上创造一个“步骤”，这可以充当芯片上的应力集中器，（可能）增加模具开裂的风险。GydF4y2Ba
• 避免在模具表面上安装顶销，因为这很可能导致模具开裂。GydF4y2Ba

可采用热固性材料或热塑性材料。选择具有以下属性的材料可以减少应力和参数转移或模具损坏的风险:GydF4y2Ba

• 低热膨胀系数GydF4y2Ba
• 低弹性模量GydF4y2Ba
• 模具温度低GydF4y2Ba

大多数超模材料不是隐蔽的，并且不会完全保护装置免受污染物的渗透。这对于汽车应用特别关注，其中组装可以暴露于恶劣环境和诸如自动变速器流体（ATF），盐水和亚博尊贵会员制动液的物质。在包覆成型之前使用共形涂层可以阻止水分进入并大大降低风险，但不能消除它们。GydF4y2Ba

盆栽GydF4y2Ba

灌盆是在不产生压力的情况下组装的最好方法之一。在选择灌封复合材料时，材料应具有与over模压材料相同的属性，即低CTE、低模量、低固化温度。GydF4y2Ba

用弹性材料（如RTV有机硅或氨基甲酸酯）灌封，可以减轻压力。然而，当弹性材料封闭在壳体中时，由于热膨胀系数的差异，应对应力产生应力。弹性材料通常具有高膨胀率。因此，重要的是要么留下用于灌封开放的容器的一端，或者至少留在内部的空间以允许膨胀空间。GydF4y2Ba

用弹性泡沫灌封是一种很好的方法，既能控制热膨胀带来的应力，又能将组件密封起来。如果使用的泡沫是开放的细胞，将需要一个密封剂，以防止泡沫填充水分。GydF4y2Ba

超声波焊接GydF4y2Ba

任何靠近霍尔效应装置的塑料超声波焊接都必须谨慎进行，以避免引线中的铜基材料的加工硬化和内部引线的可能断裂。应避免包装或引线与超声波焊接“喇叭”之间的直接接触。GydF4y2Ba

而且，如前所述，重要的是不要在焊接或焊接操作期间弯曲引线，使得它们是“弹簧装”。如果施加弯曲或拉伸应力，则施加超声能量，可以导致引线或包装内部的楔形键损坏。GydF4y2Ba

注:无论采用何种装配方法，都必须进行经验测试，以评估应力诱导参数漂移的影响GydF4y2Ba在最终的子组件中GydF4y2Ba结束了GydF4y2Ba全方位的工作温度GydF4y2Ba为了确保参数仍然在允许的限度内。GydF4y2Ba

设计验证测试GydF4y2Ba

在应用程序开发的研究和设计阶段，客户应密切关注在这方面的预防措施，审查最初的预期方法GydF4y2Ba应用笔记和所有其他注释GydF4y2Ba在www.wangzuanquan.com网站。GydF4y2Ba

这些预防措施中的许多都与机械或热条件有关，这些条件可能导致潜在缺陷，如模具开裂或焊接线损坏。如果存在潜在缺陷被创建的可能性，那么Allegro推荐以下测试计划，这通常能够将潜在缺陷沉淀为硬故障。为了隔离成型的影响，建议对组件进行测试，而不进行最终的过度成型、灌封或封装。GydF4y2Ba

1. 检查装配线以查找可能导致形成不良或未对准的引线可能导致的所有步骤。这包括：GydF4y2Ba
   • 引线成形GydF4y2Ba
   • 处理GydF4y2Ba
   • 剪断或修剪导线GydF4y2Ba
   • 在焊接或焊接之前插入组件GydF4y2Ba
   • 在焊接或焊接之前夹紧GydF4y2Ba
   • 焊接或焊接操作本身GydF4y2Ba
   • 使用保护帽或保护套GydF4y2Ba
2. 如果这些步骤中的任何一个都可以产生弯曲或错位的引线，必须在焊接或焊接之前通过夹具强制进入位置(产生弹簧力)，那么应该有意地制造带有这些缺陷的零件样品，然后焊接或焊接到总成中。GydF4y2Ba
3. 还应装配尺寸规格内的零件控制组。GydF4y2Ba
4. 所有部件应经历500次热循环。建议的环境条件为:-40°C至150°C;在空气中，而不是液体中;以尽可能快的速度转换。GydF4y2Ba
5. 理想情况下，应该在循环过程中监控零件的失效情况。如果这是不可能的，那么测试后的零件骑行是可以接受的。GydF4y2Ba
6. 应检查部件是否有包装开裂的迹象或引线和包装之间的任何分离，这可能为污染进入提供路径。此外，c模式扫描声学显微镜(CSAM)可以是一个有用的测试。GydF4y2Ba
7. 任何不合格应提交给Allegro以确定根本原因。虽然这种类型的测试对于识别组装过程中潜在的问题点很有用，但它不能保证每个可能的缺陷都能被识别出来。客户有责任对最终产品进行足够大的样本量的适当测试，以验证它们满足所需的可靠性目标。GydF4y2Ba

   亚博尊贵会员应用工程GydF4y2Ba

   将霍尔效应器件组装成一个组件可能会使磁性参数发生一些变化。在许多情况下，这已经成为一个磁场问题，器件参数和磁体强度的选择不允许参数的微小变化。应该在整个操作温度范围内对已完成的组件进行测试，以确定最终组件是否接近磁性极限。GydF4y2Ba

   新设计不需要磁性参数存在问题。Allegro可提供校准的线性设备（伪高斯计），可组装成预定设计的原型。来自该设备的输出读数将允许磁场的映射，并且所得到的数据将指示哪种Allegro设备类型最适合磁路设计。GydF4y2Ba

   Allegro拥有现场应用工程师，可亚博尊贵会员与他们联系，解决有关成品装配的问题。您所在地区的工程师联系方式可在GydF4y2Ba快速的联系页面GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

   参考27703.1——GydF4y2Ba