一種微型化雙環(huán)形磁通門傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁通門傳感器，特別是涉及一種微型雙環(huán)形磁通門傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的磁通門傳感器使用一個堅固的骨架作為基座，將軟磁磁芯固定在骨架上，然后在其上纏繞線圈。其結(jié)果是體積大、高重量、靈敏度低以及長期穩(wěn)定性差。利用MEMS技術(shù)研制的微型磁通門式磁敏感器，具有質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、分辨率高以及溫度穩(wěn)定性好等顯著特點，并且具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)試簡單、不怕震動撞擊，適合地磁場等弱磁場的測量。因此微型磁通門傳感技術(shù)已成為磁場測量技術(shù)和微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)交叉研究領(lǐng)域的一個熱點。采用MEMS技術(shù)研制的微型化磁通門傳感器，可廣泛應用于航空航天，車輛、坦克和飛行器的導航和定位、潛艇和金屬物體的探測及通信衛(wèi)星上。美國、日本、德國、瑞士和捷克等國家對MFGM進行了深入的研究。我國相關(guān)的科研單位在這方面從事過大量的科學研究。我國磁通門傳感器的研制主要受磁芯材料以及制作工藝的制約，因此國產(chǎn)的磁通門傳感器在指標上與國外略有差距。其主要體現(xiàn)在工作可靠性差、線圈容易斷裂、成品率低。傳感器本身輸入激勵功率較高，產(chǎn)熱量大，難以滿足市場化要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型化雙環(huán)形磁通門傳感器，本發(fā)明的磁芯結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)形設(shè)計，本發(fā)明傳感器具有適應環(huán)境能力強、高可靠性、靈敏度高、測量范圍寬以及能耗低的特點。本發(fā)明的激勵線圈采用分段式設(shè)計，每段分別引出焊盤引腳，有效解決了傳感器在使用過程中，激勵線圈和感應線圈的線條容易斷，以及在高振動頻率環(huán)境下，磁芯容易斷裂的問題，以及激勵線圈和感應線圈的上、下層線圈的互聯(lián)問題，具有很好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機械性能以及良好的抗環(huán)境影響能力。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0005]一種微型化雙環(huán)形磁通門傳感器，本發(fā)明包括基底、感應線圈、激勵線圈、軟磁磁芯、焊盤引腳、硬化后的光刻膠保護膜，軟磁磁芯的三條邊上分別繞制一組三維螺線管激勵線圈，在雙環(huán)形磁芯的相鄰且平行的兩條邊上繞制一組三維螺線管感應線圈，激勵線圈和感應線圈均通過硬化后的光刻膠保護膜與磁芯絕緣隔離，激勵線圈和感應線圈均位于襯底上，激勵線圈和感應線圈兩端都連接焊盤弓I腳。
[0006]所述的襯底為硅片。
[0007]所述的激勵線圈和感應線圈結(jié)構(gòu)一致，均由底層線圈、頂層線圈通過立柱導體連接形成。
[0008]所述的激勵線圈，分三組繞制在環(huán)形磁芯的三條邊上，每組線圈都獨立引出焊盤引腳，兩個環(huán)形磁芯上共計繞制六組激勵線圈。
[0009]所述的感應線圈，一組感應線圈在雙環(huán)形磁芯的相鄰且平行的兩條邊上繞制，由于感應線圈內(nèi)包含環(huán)形磁芯的兩條邊，所以感應線圈的橫截面積大于激勵線圈的橫截面積，并引出焊盤引腳。
[0010]所述的軟磁磁芯材料為電鍍的NiFe合金材料，磁芯結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)形設(shè)計，采用磁控濺射法將NiFe合金材料濺射在位于底層線圈和頂層線圈之間的光刻膠保護膜上，然后進行圖形化濕法刻蝕制作獲得的環(huán)形磁芯。
[0011]所述的光刻膠保護膜，是將光刻膠均勻地涂覆在涂層上以后，迅速加熱至180-200°C。高溫處理后光刻膠原有的性能失效，變?yōu)橐环N具有絕緣性且機械性能良好的絕緣材料。
[0012]所述的光刻膠保護膜、軟磁磁芯、激勵線圈和感應線圈均由硬化后的光刻膠胺保護膜絕緣，支撐并完全包覆固定為一個整體，與空氣隔離。
[0013]所述的焊盤引腳，焊盤截面為正方形，厚度與線圈厚度保持一致，通過刻蝕硬化后的光刻膠保護膜形成，焊盤引腳單獨暴露以連接與激勵線圈和感應線圈接口電路。
[0014]本發(fā)明的微型化雙環(huán)形磁通門傳感器的制造方法采用MEMS技術(shù)，采用光刻技術(shù)和微電鍍技術(shù)制備激勵線圈和感應線圈；在制作上下層線圈過程中運用了精密拋光工藝；采用磁控濺射工藝和圖形化濕法刻蝕方法制備軟磁磁芯；采用經(jīng)高溫硬化后的光刻膠材料作為保護膜材料，不僅起到絕緣作用，還起到支撐、包裹作用。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果。
[0016](I)本發(fā)明采用MEMS技術(shù)制備的雙環(huán)形磁通門傳感器，采用雙環(huán)形結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加了感應線圈的匝數(shù)，降低了激勵信號的功率，極大降低了能耗。具有高靈敏度、寬測量范圍以及體積小、重量輕等特點。而且MEMS技術(shù)具有與大規(guī)模集成電路相兼容的能力，重復性好、成本低、易于標準化大批量生產(chǎn)。
[0017](2)本發(fā)明激勵線圈采用分組設(shè)計，每個環(huán)形上繞制三組，兩個環(huán)形共計繞制六組線圈，每組線圈獨立引出焊盤引腳，這樣的設(shè)計大大提高了傳感器的可靠性和使用壽命，當傳感器的某一組或幾組激勵線圈發(fā)生斷裂時，其它的激勵線圈仍能保持傳感器的正常工作。
[0018](3)本發(fā)明采用高溫硬化的光刻膠作為保護膜材料，絕緣性能好，且具有良好的機械性能，采用精密拋光工藝，保證了器件加工過程中表面平整，提高了成品率。
[0019](4)本發(fā)明采用每組線圈獨立引出焊盤引腳的設(shè)計，通過焊接方式在焊盤上引出引線，便于采用電子封裝技術(shù)，將傳感器封裝成芯片，同時工藝過程與大規(guī)模集成電路工藝相兼容，可直接與接口電路集成制造。
[0020](5)本發(fā)明采用MEMS技術(shù)研制微型磁通門傳感器，與傳統(tǒng)磁通門傳感器相比穩(wěn)定性好，重復性高，安裝調(diào)試過程簡易，更加牢固，不易受環(huán)境溫度變化和外加應力影響。
[0021](6)本發(fā)明采用感應線圈繞制在雙環(huán)形磁芯的相鄰兩條邊上，可以將激勵線圈產(chǎn)生的磁通都匯聚在感應線圈內(nèi)，具有聚磁作用，大大提高了傳感器的靈敏度和測量范圍。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的