使用Hall效应设备设计子组件的指南GydF4y2Ba

使用Hall效应设备设计子组件的指南GydF4y2Ba

由John Sauber和Bradley Smith，Allegro亚博棋牌游戏 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

虽然该文件涵盖用于安装霍尔效应装置的大部分装配方法，但它不会覆盖到传统电路板的焊接。有关该主题的信息，请参阅GydF4y2BaAllegro产品的焊接方法(SMD和通孔)GydF4y2Ba在Allegro网站上。GydF4y2Ba

压力敏感的位置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压在金键合线上的力会损坏球键合(在金属丝的模头端)或破坏楔键合(在金属丝的引线框端)。这些金属丝非常小，其横截面积约为人类头发的九分之一(见图2)。楔形金属丝的“颈”更小，约为金属丝横截面积的四分之一。如图2(右面板)所示，任何成型化合物相对于电线的变形或移动都可能造成损坏。同样，它可能会导致立即的失败或潜在的缺陷。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

客户设施的铅形成操作通常是准备霍尔效应装置的必要部分，以用于应用。亚博尊贵会员对于大多数Allegro设备，下一节中描述的一些简单预防措施，GydF4y2Ba标准的形成过程GydF4y2Ba，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性应力。尽管应该始终考虑这些预防措施，但某些具有增强引线支撑的Allegro齿轮齿传感器集成电路(ATS)封装也存在例外。例外情况在标题部分进行了描述GydF4y2BaATS包装的注意事项GydF4y2Ba下列的。GydF4y2Ba

标准的形成过程GydF4y2Ba

一些简单的预防措施将确保铅形成不会导致导线，环氧案例或内部IC造成损伤的压力。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
• 通过挤压前​​者和砧座之间的引线，引线不应在弯曲区域中变形。必须通过过度弯曲来消除弹簧，而不是通过变形来消除。GydF4y2Ba
• 如果使用滚子成型工具而不是推杆，则传递到包装上的应力更小。辊压成形是使用的首选方法。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包装的注意事项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标准的形成过程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

• 铅条的顶部应在电镀上有均匀的夹紧痕迹。标志应: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
• 铅的底部也应该具有均匀的夹紧标记。作为额外的标准，引线底部的模具毛刺（冲压的伪像）应该被夷为平坦。如果毛刺没有扁平，则夹紧力不足。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

高温处理预防措施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水平，它经历了它的力量非常显着降低。因此，当任何过程的温度超过T时GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，必须注意不要将负载施加到所示的任何位置GydF4y2Ba图1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

除了高于t的低强度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

焊接和焊接的一般注意事项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
• 不要太热——如上所述，在高温下，模塑复合材料的强度会大大降低。焊接和焊接操作应在最低的温度和尽可能短的时间内完成。使用较长的引线也可以最大限度地减少到达设备外壳的热量。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

如果担心给定的工艺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产品的焊接方法(SMD和通孔)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

焊接的领导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

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
• 锡熔化包括蒸发一层薄薄的镀锡层，这会产生超干净的贱金属表面。施加压力就会在这两部分之间形成极强的扩散键。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

• 在不破坏部分的情况下，很难抵抗铜铜到铜。GydF4y2Ba
• 锡熔接比焊接引起的引线变形少，因为它速度快，而且不需要熔化母材。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

锡熔断指南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，会损坏包体。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
• 可以成功焊接许多类型的铜合金。最佳选择应由焊接设备的供应商确定。GydF4y2Ba
• 通常，应避免含有铁，例如Kovar或合金42的合金，因为它们难以焊接到与镀锡的铜引线框架。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，为锡熔焊提供良好的锡板。典型的行业标准镀层平均厚度为14µm，而Allegro选择的标准平均厚度为11.5µm。这种减少的厚度可以更好地控制镀液参数，并提供卓越的质量光洁度和优良的可焊性。这对于锡熔化也更好，因为有更少的锡熔化，所以飞溅控制。GydF4y2Ba

将设备附加到子程序集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

• 与组分环氧树脂尽可能地匹配胶水或模塑环氧树脂的膨胀特性，其具有12至30ppm /℃的膨胀率。最充足的（非导电）环氧树脂融入此类别，通常是良好选择。GydF4y2Ba
• 表面安装组件环氧树脂也可用于附加模压组件。这些材料不匹配霍尔装置的特点以及填充环氧树脂，但具有在非常小的点尺寸和快速固化时间的优势。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

共形涂层通常用于提供从环境中的保护，以及一定量的机械保护。为了保持污染物，关键特性是水蒸气传动速率和氧气渗透性。根据这些标准，最佳选择是（按顺序）：GydF4y2Ba

1. 氨基甲酸酯丙烯酸GydF4y2Ba
2. 环氧树脂GydF4y2Ba
3. 硅酮GydF4y2Ba

塑料封装（直接包覆成型）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

超模特征的位置也可能是一个问题：GydF4y2Ba

• 最大限度地减少模具表面的过模厚度是一种有效的方法，可以最大限度地减少作用在模具上的应力，以及模具开裂和参数漂移的相关风险。GydF4y2Ba
• 避免将过模浇口直接安装在模具上方，因为成型过程中的热冲击会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

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

大多数过模材料不是密封的，不能完全保护设备免受污染物的渗透。这在汽车应用中尤其值得关注，因为总成可能暴露在恶劣的环境中，或暴露在诸如自动变速箱液(A亚博尊贵会员TF)、盐水和制动液等物质中。在过度成型之前使用保形涂层，可以阻止水分进入，大大降低风险，但不能消除风险。GydF4y2Ba

锅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

必须小心靠近霍尔效应装置的任何超声波焊接紧密靠近霍尔效应装置，以避免在引线中的铜基材料的工作硬化，并且可能的内部引线的破损。应避免包装或引线之间的直接接触，并应避免超声波焊接“喇叭”。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

注意：无论使用哪种装配方法，都必须执行实证测试以评估应力引起的参数偏移的影响GydF4y2Ba在最终的子组件中GydF4y2Ba结束了GydF4y2Ba全范围的操作温度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，找出所有可能导致导线成形不良或未对准的步骤。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
   • 焊接或焊接前夹紧GydF4y2Ba
   • 焊接或焊接操作本身GydF4y2Ba
   • 在保护盖或套筒的应用GydF4y2Ba
2. 如果这些步骤中的任何一个可以产生弯曲或未对准的引线，在焊接或焊接之前必须被夹具（产生弹簧力）强制到位，然后应用这些缺陷有意地制造零件的样品，然后焊接或焊接进入大会。GydF4y2Ba
3. 还应组装在尺寸规格内建立的零件的控制组。GydF4y2Ba
4. 所有部件应进行500个热循环。建议的环境条件是：-40°C至150°C;在空气中，不是液体;过渡尽可能快。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. 任何故障都应提交给Allegro以确定根本原因。虽然这种类型的测试对于在装配过程中识别潜在的故障点可能是有用的，但它无法保证将识别所有可能的缺陷。客户有责任对最终产品的大量样本大小进行适当的测试，以验证它们是否符合所需的可靠性目标。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

   新的设计不需要在磁参数方面有问题。Allegro有一个校准的线性装置(伪高斯计)，可以组装成预期设计的原型。该设备的输出读数可以绘制磁场，所得到的数据将表明哪一种Allegro设备类型最适合磁路设计。GydF4y2Ba

   Allegro具有现场应用工程师，可亚博尊贵会员以联系有关成品组件的问题。可以在您所在地区的工程师联系信息GydF4y2BaAllegro联系页面GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

   参考27703.1——GydF4y2Ba