使用霍尔效应装置设计部件的指南gydF4y2Ba

使用霍尔效应装置设计部件的指南gydF4y2Ba

约翰·索伯(John Sauber)和布拉德利·史密斯(Bradle雷竞技竞猜下载y Smith)， Allegro MicroSystems, LLCgydF4y2Ba

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介绍gydF4y2Ba

霍尔效应由E.H.霍尔于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）结合时技术上，许多有用的磁感应产品都是可能的。霍尔元件在适当偏置时，会产生与磁场成比例的输出电压。这种小电压通过高质量放大器进行处理，该放大器会产生与应用磁通密度成比例的模拟信号。在Allegro中gydF4y2Ba^®gydF4y2Ba霍尔效应器件，信号被调节和优化为各种类型的磁输入，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

虽然本文件涵盖了用于安装霍尔效应器件的大多数组装方法，但不包括与传统电路板的焊接。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

应力敏感部位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所示的位置与以下失效模式相关联:gydF4y2Ba

(一)gydF4y2Ba压在模具表面的力会导致模具开裂。模具可能立即失效，也可能产生裂纹，这是一个潜在的缺陷。看到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模塑料中。对于K封装，如图3所示，只有0.8 mm的引线（15.5 mm长）位于模塑料内部。由此产生的杠杆臂将引线上的力放大了19倍，因此即使是很小的力也会损坏楔键。因此，在引线成型过程中遵守引线夹紧指南，并避免在其他加工步骤中对引线施加力，这一点很重要。gydF4y2Ba

形成了gydF4y2Ba

客户工厂的铅成型操作通常是准备用于应用的霍尔效应器件的必要部分。对于大多数Allegro设备，下一节介绍的几个简单预防措施，雷竞技最新网址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引线成型不会对引线、环氧树脂外壳或内部IC产生破坏性应力。gydF4y2Ba

• 引线不应形成或夹紧在离包壳0.76 mm以下的地方，它们必须由上下支撑，这样在引线形成过程中该区域就不会发生移动或应力(见图4)。gydF4y2Ba

• 

  图4.引线成型操作的设置。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
• 导线在弯曲区域不应因挤压前者和铁砧之间的导线而变形。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齿形传感器IC (ATS)封装的设计使霍尔传感器IC与其他组件(如极片或反向偏置稀土球)结合，作为优化设备。gydF4y2Ba

对于SA和SB包装的铅成型，Allegro建议gydF4y2Ba标准的形成过程gydF4y2Ba应遵循第节。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

足够夹紧的检验标准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
  
  •在所有引线上显示相同的夹紧形状和深度。gydF4y2Ba
• 导线的底侧也应具有统一的夹紧标记。作为一项附加标准，引线底部的模具毛刺（冲压伪影）应平整。如果毛刺未展平，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，一般在140到160摄氏度之间。当化合物被加热到TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在这个级别上，它的强度经历了非常显著的降低。因此，当任何过程的温度超过TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba，必须注意不要将荷载施加到图中所示的任何位置gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

除了T以上的低强度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。较长的引线弯曲时不会产生较大的力。这允许对齐和形成公差，也减少了任何膨胀不匹配的引线框架，它是焊接到。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

焊接的领导gydF4y2Ba

除了本应用说明中的信息外，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gydF4y2Ba熔锡gydF4y2Ba(Sn-fusing)。工艺的选择可由应用程序和生产条件决定。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
• 大多数类型的常规电阻焊接设备也可以用于锡熔接，不同的是使用的电压和电流要低得多。gydF4y2Ba

Tin-Fusing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

• 在不损坏零件的情况下，将铜电阻焊到铜上是非常困难的。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
• 锡熔合形成了母材与母材之间的扩散键，这种扩散键通常比焊接（铜与铜）产生的键强。gydF4y2Ba

锡熔接指南gydF4y2Ba

• 降低当前使用的级别是一个过程优势。锡熔接需要的电流比电阻焊少得多。为避免设备过热，应使用最低电流，以产生可靠的连接。这也降低了所需的电力成本。图7和图8是比较示例。gydF4y2Ba
  

  图7.焊接过程中过热造成的损坏，包括母材变形和镀锡层流动。在1700 A，1.0 V下焊接11 ms。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

  
  
  
• 避免短引线，因为它们可能会导致以下问题: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。焊接引线过短导致引线压扁造成的损坏。gydF4y2Ba

  
  
  
• 理想情况下，熔锡应与大约100%的镀锡一起使用。铅(Pb)的存在不会影响粘结剂的质量，但铅的加工确实会造成潜在的环境健康风险。在锡熔接过程中，两部分接触区域的镀层被汽化。对于典型的与快板零件焊接，这将释放少于2µg的铅。铅蒸气必须以安全和对环境负责的方式收集和处理。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，应避免使用含铁合金，如可伐合金或合金42，因为它们很难通过镀锡焊接到铜引线框架上。gydF4y2Ba

激光焊接gydF4y2Ba

可以使用激光将镀锡铜引线焊接到铜引线框架上。注意事项类似于锡熔合；因此，避免功率过大非常重要。“干燥”可以使用焊接，但也可以使用锡膏，锡膏可以提供更好的焊接圆角，以形成更牢固的接头。由于激光光斑聚焦在非常小的区域，因此必须小心确保产生的粘合表面积足以形成牢固的粘合。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

将器件粘入已制造组件的腔内是组装霍尔效应接口的常用方法。基本规则是:gydF4y2Ba

• 尽可能将胶水或模塑环氧树脂的膨胀特性与膨胀率为12至30 ppm/°C的成分环氧树脂相匹配。大多数高填充（非导电）环氧树脂都属于这一类，通常是不错的选择。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

保形涂层通常用于提供环境保护和一定量的机械保护。为了防止污染物进入，关键性能是水蒸气透过率和氧气渗透性。根据这些标准，最佳选择如下（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（直接二次成型）gydF4y2Ba

用热固性或热塑性材料过度成型来完全封装霍尔效应器件会导致参数漂移。以这种方式封装的霍尔效应器件应在应用程序所规定的全部温度范围内重新进行测试。热塑性塑料成型所需的温度通常高于引线上镀层的回流温度，因此模具设计必须保证镀层不熔化(锡在232℃熔化)。如果在模具过程中电镀被熔化，它可能会逆流到设备体上，并电短路相邻的引线。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

如果霍尔装置在注射模腔中形成插头，装置由引线固定，则必须支撑装置端部。如果装置与模腔端部之间有间隙，则装置可以成为活塞，在模腔中向前推动，拉动和拉伸线索。gydF4y2Ba

完全封闭模制霍尔效应装置的最安全方法是设计一个外壳（盖或套筒），装置可滑动安装在其中。然后，装置可二次模制、封装或粘合到位。需要注意以下几点：gydF4y2Ba

• 避免盖帽或套管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负载，从而在二次成型或长时间高温操作期间损坏楔键。gydF4y2Ba
• 压配应用通常非常紧，雷竞技最新网址需要大力用于插入。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，正确固定装置对于将作用在包装上的力降至最低至关重要。在插入过程中，包装的平面（品牌侧）不得夹紧或受到冲击。最好在插入过程中使用包装的侧面和背面。gydF4y2Ba

二次成型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
• 如果可能的话，避免将模具的分型线放在模面上。由于模具半部错位，这有时会在过度模具中产生一个“台阶”，这可以作为模具上的应力集中器，并且(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

可以使用热固性或热塑性材料。选择具有以下属性的材料可以将应力和参数移动或损坏模具的风险降至最低：gydF4y2Ba

• 低热膨胀系数gydF4y2Ba
• 低弹性模量gydF4y2Ba
• 低成型温度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雷竞技最新网址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

盆栽gydF4y2Ba

灌封是在不产生应力的情况下组装的最佳方法之一。选择灌封化合物时，材料应具有与上述二次成型材料相同的属性，即：低CTE、低模量和低固化温度。gydF4y2Ba

用弹性材料灌封，如室温硫化硅树脂或聚氨酯，可以减少应力。然而，当弹性材料被封闭在一个外壳中，仍然有可能由于热膨胀系数的差异而产生应力。弹性材料通常具有很高的膨胀率。出于这个原因，重要的是要么让容器的一端开着，或至少在里面留下一些空气空间，以允许空间扩张。gydF4y2Ba

使用弹性泡沫灌封是控制热膨胀应力并仍然封闭组件的一种极好方法。如果使用的泡沫是开孔泡沫，则需要使用密封剂以防止泡沫充满水分。gydF4y2Ba

超声波焊接gydF4y2Ba

靠近霍尔效应装置的任何塑料超声波焊接必须小心进行，以避免引线中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”直接接触。gydF4y2Ba

此外，如前所述，重要的是不要在焊接或焊接操作过程中弯曲引线，以使它们“弹簧加载”。如果弯曲或拉伸应力储存在铅中，然后施加超声波能量，它可能会导致铅或包装内部的楔键损坏。gydF4y2Ba

注：无论使用何种装配方法，都必须进行经验测试，以评估应力引起的参数变化的影响gydF4y2Ba在最后的组件中gydF4y2Ba在gydF4y2Ba全范围的操作温度gydF4y2Ba以确保参数保持在允许的范围内。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申请须知及其他所有须知gydF4y2Ba请访问www.wasanxing.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
   • 铅成形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
   • 保护帽或保护套的应用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，必须在焊接或焊接之前通过夹具将其压入位（产生弹簧力），则应有意制作带有这些缺陷的零件样品，然后焊接或焊接到组件中。gydF4y2Ba
3. 还应组装符合尺寸规范的零件控制组。gydF4y2Ba
4. 所有零件应进行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；以尽可能快的速度进行转换。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. 任何故障都应提交给Allegro，以确定根本原因。虽然这种类型的测试有助于识别装配过程中的潜在故障点，但不能保证识别出所有可能的缺陷。客户有责任对最终产品的足够大的样本量进行适当的测试，以验证其是否满足所需的可靠性目标。gydF4y2Ba

   雷竞技最新网址应用工程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有现场应用工程师，他们雷竞技最新网址可以就成品组件的相关问题联系。有关您所在地区工程师的联系信息，请访问gydF4y2Ba快板联系页面gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

   参考27703.1——gydF4y2Ba