使用霍尔效应器件设计组件的指南GydF4y2Ba

使用霍尔效应器件设计组件的指南GydF4y2Ba

作者:John Sauber和Bradley Smith, Alle亚博棋牌游戏gro MicroSystems, LLCGydF4y2Ba

下载PDF版本GydF4y2Ba

介绍GydF4y2Ba

1879年，e·h·霍尔发现了霍尔效应，这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，许多有用的磁感应产品就成为可能。霍尔元件，当适当偏压时，产生与磁场成比例的输出电压。这个小电压通过一个高质量的放大器处理，它产生一个模拟信号，与应用的磁通密度成比例。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

霍尔效应元件通过修改输出电压与磁通密度曲线来响应应力。因此，重要的是，从芯片到最终客户的设计人员都知道来自热量或机械源的环境压力会影响霍尔效应元素的输出。芯片设计人员预计最终使用，构建补偿电路，并以最小化预期环境的影响，以实现多个霍尔元素。当正确的IC设计与正确的包装设计匹配时，环境效果最小化。GydF4y2Ba

尽管稳健的设计技术大大减少了封装应力在霍尔效应IC的运行中可以放置的效果，但是装配制造商采取预防措施以避免不必要的外部应力，例如通过包覆成型，胶合，焊接，铅弯曲或导致的诸如这些外部应力。形成，铅夹或修剪或夹紧。GydF4y2Ba

除了避免影响电气参数的应力之外，还必须避免可能引入任何可靠性风险的应力。此应用笔记提供子组件的设计指南，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，但它没有涵盖到传统电路板的焊接。有关那个问题的资料，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

封装上有几个位置容易受到应力，如图1所示。无论用于构建子组件的方法如何，最小化这些区域中的应力是重要的。GydF4y2Ba

失败模式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有关寻找潜在缺陷的信息部分。模具上的力量也可以引起电参数偏移。如果必须将力施加到芯片面上，它应该均匀地在整个顶面上分布。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施加到引线的力或弯曲力矩可能导致楔形键（可能是潜在缺陷）的损坏，或者包装开裂。GydF4y2Ba

在封装内部，只有一小部分引线嵌入成型化合物中。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对铅的力放大了19倍，因此即使是很小的力也能破坏楔形键。因此，在铅成形过程中遵循铅夹紧准则是很重要的，并避免在其他加工步骤中对铅施加力。GydF4y2Ba

形成铅GydF4y2Ba

客户工厂的铅成形操作通常是准备用于应用的霍尔效应器件的必要部分。亚博尊贵会员对于大多数的快板设备，下一节中描述的几个简单的注意事项，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下列的。GydF4y2Ba

标准成型程序GydF4y2Ba

一些简单的预防措施将确保铅成形不会对铅、环氧树脂外壳或内部集成电路产生破坏性的应力。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。铅成形操作的设置。GydF4y2Ba

  
  
  
• 引线器应充分（顶部和底部）夹紧导线，使得在成形过程中没有力试图从环氧包装箱中拉出引线。最好在铅成形过程中物理隔离包装体，因此没有力可以转移到它。GydF4y2Ba
• 必须在光滑的砧座上制作所有弯曲，其半径至少为引线厚度。GydF4y2Ba
• 引线与砧之间的引线在弯曲区域不得挤压变形。回弹必须通过过度弯曲而不是变形来消除。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
• 铅形成可能导致引线表面上的工具标记。这些是可以接受的，只要标记足够严重即可穿透电镀并暴露引线框架基金金属即可。GydF4y2Ba

ATS包的注意事项GydF4y2Ba

某些Allegro齿轮齿传感器IC (ATS)封装的设计，使他们可以将霍尔传感器IC与其他组件，如极片或反向偏置稀土颗粒，作为一个优化的设备。GydF4y2Ba

对于SA和SB包装的铅成形，Allegro建议所有的建议在GydF4y2Ba标准成型程序GydF4y2Ba部分。GydF4y2Ba

SE，SG，SH和SJ封装具有模制的引线杆（图6），其固定在运输和处理过程中的引线和位置。在铅形成操作期间留下模制的铅条。请勿卸下杆，直到所有的形成都是完整的。这将防止导线分开，并将优化引线平面和间距。GydF4y2Ba

用于足够夹紧的检查标准GydF4y2Ba

如前一节所述，必须充分夹紧引线以防止在成型期间覆盖引线。检查电镀中留下的“证人标记”可以表明夹紧是否足够。GydF4y2Ba

• 铅的顶侧甚至应该在电镀中具有夹紧标记。标志应该：GydF4y2Ba
  •在每个单独的铅的大部分宽度上显示均匀的夹紧，GydF4y2Ba
  
  •显示相同的形状和箝位深度的所有引线。GydF4y2Ba
• 引线的底部也应该有均匀的夹紧标记。作为一个额外的标准，在引线底部的模具毛刺(冲压的人工制品)应该被压平。如果毛刺没有压平，则夹紧力不够。GydF4y2Ba
• 夹紧力不应如此之大，即它改变基础金属的横截面形状，或者留下任何可明显的模塑化合物损坏。GydF4y2Ba

高温处理注意事项GydF4y2Ba

用于Allegro封装体的热固性模塑化合物具有玻璃化转变温度，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在关卡中，它的力量会显著下降。因此，当任何过程的温度超过TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，必须注意不要在图中所示的任何位置施加载荷GydF4y2Ba图1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

除T以上低强度外GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，模塑化合物还经历粘合性（蠕变），其允许化合物随时间缓慢变形。必须注意不要使引线变形，使它们变得“弹簧加载”，因为随后的高温处理可能导致铅运动，这也可能导致楔形键损坏。GydF4y2Ba

焊接和焊接的一般预防措施GydF4y2Ba

当一个过程要求形成的铅焊或焊接时，有三个主要规则要记住：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” - 尽管形成和对准公差意味着导致在焊接或焊接过程中通常需要稍微变形，但变形越好。如果在申请中连接时，必须显着弯曲，则弹簧能量可能会储存在铅中。任何后续的高温处理（例如包覆成型）或长时间暴露于高温操作环境可能导致导致在模塑化合物内移动，导致楔形粘合衰竭。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有关查找潜在缺陷的方法的信息部分。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。其中包括铅饰面，焊料，助熔剂，污染物的指南，以及避免的一般处理参数。GydF4y2Ba

焊接铅GydF4y2Ba

如本节所述，应根据设备壳体的小几何形状和电镀，以仔细注意，规划和过程测试来接近焊接。有两种焊接方法已经与成功，常规电阻焊接和一种焊接过程一起使用GydF4y2Batin-fusingGydF4y2Ba（SN-Fusing）。过程的选择可以由应用和生产条件确定。GydF4y2Ba

镀锡与电阻焊接GydF4y2Ba

• 电阻焊接涉及加热待加入的部件直到基础金属（铜）处于塑料状态，然后将部件驻留在一起。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

锡熔化可能具有用于小型电子设备的电阻焊接的优点：GydF4y2Ba

• 要在不破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
• 丝熔化产生基础金属的扩散键与基础金属，这通常比通过焊接产生的粘合剂（用于铜为铜）。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，包括母材的变形和镀锡的流动。它焊接在1700 A, 1.0 V, 11毫秒。GydF4y2Ba

  

  图8.具有较低电流水平的引线（1100a，0.8 v，10 ms）焊接。损坏很小，接头的拉力与图7中的过热引线基本相同。GydF4y2Ba

  
  
  
• 避免短线引线，因为它们可能导致以下问题：GydF4y2Ba
• 焊接可以达到引线，如果引线非常短，则扁平区域会损坏模塑化合物。而且，当其靠近包装壳体扁平时发生的引线的横向移动可以损坏楔形键或导致引线之间的短路（参见图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地焊接。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，如柯伐合金或42合金，因为它们很难焊到镀锡的铜引线架上。GydF4y2Ba

激光焊接GydF4y2Ba

使用激光将镀锡铜引线焊接到铜引线框架上是可能的。考虑因素类似于锡熔化;因此，避免权力过大是很重要的。可以采用“干式”焊接，但也可以使用锡膏，可以提供更好的焊锡角，使连接更牢固。因为激光光斑聚焦在一个非常小的区域，所以必须注意确保产生的键合表面积足以形成强键合。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

将设备连接到子组件GydF4y2Ba

大多数胶合，涂层，灌封或封装方法将压力增加给包装，这可能导致电参数换档和散射。GydF4y2Ba

胶合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相匹配，其膨胀率为12 ~ 30ppm /℃。大多数高填充(不导电)环氧树脂适合这一类，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（“超级胶水”）不是胶合霍尔效应装置的不错选择，因为它在它固化时具有高收缩率。如果胶水仅应用于装置的一侧，则该收缩可以弯曲该装置并导致严重的应力。这些胶水也往往是可生物降解的并且可以在许多常见环境中消散。GydF4y2Ba

保形涂层GydF4y2Ba

保形涂层通常用于提供对环境的保护，以及一些机械保护。为了防止污染物进入，关键性能是水蒸气的透气率和氧气的渗透性。根据这些标准，最好的选择是(按顺序):GydF4y2Ba

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

塑料封装(直接过模)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

热塑性模具中的腔压非常高。通常，纯静液压压力通常不会损坏装置，只要它完全在模腔内部。模具设计必须使得在模制过程中没有施加到霍尔装置的弯曲力。弯曲应力可以改变器件参数，如果足够高，可以在环氧包装内部裂模。GydF4y2Ba

在霍尔器件在注射模腔中形成一个插头的情况下，器件被引脚持有，器件的末端被支撑是很重要的。如果该装置与模腔端部之间有间隙，那么该装置就可以成为一个活塞，在模腔内被向前推进，拉动和拉伸引线。GydF4y2Ba

最安全的方法来完全封装一个模压霍尔效应装置是设计一个外壳(帽或袖)，使装置可以滑动配合。然后，该设备可以覆盖，盆栽，或胶合到位。以下几点需要牢记:GydF4y2Ba

• 避免帽套和引线之间的任何干扰。任何施加在引线上的力都可能产生弹簧载荷，这可能在过度成型或长时间高温操作期间导致楔键的损坏。GydF4y2Ba
• 压配应用通常非常紧，亚博尊贵会员需要大力用于插入。余力力可以在电线，线键或硅IC中引起故障，并且应该减少。GydF4y2Ba
• 在插入过程中适当地握住设备是至关重要的，以尽量减少作用在包装上的力。在插入过程中，包装的平面(品牌面)不应被夹住或撞击。在插入时，最好使用包装的侧面和背面。GydF4y2Ba

复模特性的位置也可以考虑: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
• 避免在模面上定位喷射器销，因为这很可能导致模具开裂。GydF4y2Ba

热固性或热塑性材料都可以使用。选择具有以下属性的材料可以减少应力和参数移位或模具损坏的风险:GydF4y2Ba

• 低热膨胀系数（CTE）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

装罐是最好的组装方式之一，而且不会产生压力。在选择灌封化合物时，材料应具有与以上复模材料相同的属性，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

用弹性泡沫进行灌封是一种很好的方法，既可以控制热膨胀产生的应力，又可以封装组件。如果使用的泡沫是开孔的，将需要一个封口机，以防止泡沫充满水分。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的加工硬化和内部引线可能的断裂。应避免封装或引线与超声波焊接“喇叭”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:无论使用什么装配方法，都必须进行经验测试，以评估应力诱发参数位移的影响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

在应用开发的研究和设计阶段，客户应在密切关注这方面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网站上。GydF4y2Ba

这些预防措施中的许多与机械或热条件有关，这可能导致诸如裂纹模具的潜在缺陷或粘合线的损坏。如果有可能正在创建潜在缺陷，则Allegro建议采用以下测试计划，这通常能够将潜在缺陷沉淀到硬故障中。为了隔离形成的效果，建议在没有最终包覆成型，灌封或封装的情况下测试组件。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
   • 剪切或修剪引线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
   • 戴上保护帽或保护套GydF4y2Ba
2. 如果这些步骤中的任何一个都可能产生弯曲或不对准的引线，这些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)，那么就应该有意地制造带有这些缺陷的零件样品，然后焊接或焊接到组装中。GydF4y2Ba
3. 在尺寸规格内制造的控制组零件也应该组装。GydF4y2Ba
4. 所有部件都应该经受500次热循环。建议环境条件为:-40°C ~ 150°C;在空气中，而不是液体中;以尽可能快的速度过渡。GydF4y2Ba
5. 理想情况下，应在循环期间监测零件以进行故障。如果是不可能的话，则在循环后测试零件是可接受的。GydF4y2Ba
6. 应检查包装裂缝的迹象或引线与包装之间的任何分离的零件，这可以提供污染进入的路径。此外，C模式扫描声学显微镜（CSAM）可以是有用的测试。GydF4y2Ba
7. 任何失败都应该提交给Allegro以确定根本原因。虽然这种类型的测试对于识别装配过程中的潜在问题点很有用，但它不能保证识别出所有可能的缺陷。客户有责任对最终产品进行足够大的样本大小的适当测试，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

   将霍尔效应装置组装成子组件可以在磁参数中产生一些偏移。在许多情况下，这已成为现场问题，设备参数和磁体强度的选择不允许进行次要参数偏移。应进行在全方位的工作温度下测试完成的装配，以确定最终组件是否靠近磁性限制。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，可亚博尊贵会员以联系他们解决有关成品装配的问题。您所在地区的工程师的联系信息可以在网站上找到GydF4y2Ba快速的联系页面GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

   参考27703.1-aGydF4y2Ba