[发明专利]一种检测磁场和加速度的传感器芯片设计与制造技术

权利要求书

1.一种传感器芯片，尤其是一种微型磁阻传感器芯片，确切地说是一种能够对平行和垂直于芯片表面的磁场和加速度进行检测的传感器芯片的设计与制造技术。其特征在于：传感器芯片的磁阻敏感单元包括晶圆基片、种子层、软磁材料层、被软磁材料层包裹的导电层以及由软磁层和导电层组合而成的N层结构，其中N为[1，1000]区间范围内的任一数值。同时，该敏感单元在平面内形成由N根长线条组成的弯曲状结构，其中N为[1，1000]区间范围内的任一数值，特别的，当N＝1时敏感单元为单条状结构。

2.根据权利要求1所述的微型磁阻传感器芯片，其磁阻敏感单元每层结构的厚度可以在纳米级与微米级之间自由选择，软磁材料层的易磁化方向可以平行或垂直于敏感单元表面。软磁材料层和导电层的包裹式组合使得传感器在上电工作时，环形闭合结构的软磁材料层成为磁场的主要传输通道，避免漏磁现象，而导电层成为电流的主要传输通道。在传感器上电工作时，磁阻敏感单元弯曲状结构的相邻线条之间由于自感效应和互感效应的相互作用，会显著增强传感器对外界磁场的敏感程度。

3.根据权利要求1所述的微型磁阻传感器芯片，其磁阻敏感单元的晶圆基片材料可以为硅片、碳化硅基片、蓝宝石基片、石英玻璃基片等，所述敏感单元种子层的材料包括Cr、Ni、Cu、Au、Ag以及由它们任意组合而成复合层，所述敏感单元软磁材料层的材料包括CoFeB、CoFeSiB、CoFe、NiFe、FeCuNbSiB和其它Co基、Fe基及Ni基软磁材料，所述敏感单元导电层的材料包括Cu、Ag、Au、Al以及由它们任意组合而成的复合层。

4.根据权利要求1所述的微型磁阻传感器芯片，其磁阻敏感单元的软磁材料层可以为薄膜(thin film)或薄带(ribbon)形式，通过电镀、溅射、气相沉积、外延生长、喷铸等工艺手段制作；种子层和导电层为薄膜形式，通过电镀、溅射、气相沉积、外延生长等工艺手段制作。

5.根据权利要求1所述的微型磁阻传感器芯片，其磁阻敏感单元制作完毕后，通过真空磁场退火设备或激光局部加热磁场退火设备对磁阻敏感单元进行磁场退火处理，使其形成特定的易磁化方向。在磁阻敏感单元的表面或旁边可以通过制作永磁薄膜或放置永磁体产生偏置磁场，也可以通过在磁阻敏感单元附近制作金属导线带，通过导线带的电流产生偏置磁场，使磁阻敏感单元磁场-电压变化曲线线性工作区间内的磁场零点与电压零点重合于坐标原点。

6.根据权利要求1所述的单轴微型磁阻传感器芯片，包括1个切割后的独立磁阻敏感单元与1个IC电路单元。磁阻传感器敏感单元的导电引脚设计保证敏感单元每侧都可以焊接一个以上的导电引线，敏感单元与IC单元通过导电引线相互连接，敏感单元与IC单元附于同一标准半导体封装引线框。敏感单元可以采用直接测量式或电桥式结构进行磁场检测。IC电路单元包括ESD防静电保护电路和对磁阻敏感单元的输出进行计算和处理的电路。

7.根据权利要求1所述的双轴微型磁阻传感器芯片，包括2个切割后正交放置的独立磁阻敏感单元与1个IC电路单元，或者是2个集成在同一基片上但易磁化方向互相垂直的磁阻敏感单元与1个IC电路单元。磁阻传感器敏感单元的导电引脚设计保证敏感单元每侧都可以焊接一个以上的导电引线，敏感单元之间可以通过导电引线相互连接，敏感单元与IC单元通过导电引线相互连接，敏感单元与IC单元附于同一标准半导体封装引线框。每个敏感单元可以采用直接测量式或电桥式结构进行磁场检测。IC电路单元包括ESD防静电保护电路和对三个磁阻敏感单元的输出进行计算和处理的电路。

8.根据权利要求1所述的三轴微型磁阻传感器芯片，包括3个切割后沿空间坐标系X、Y、Z轴分别放置的独立磁阻敏感单元与1个IC电路单元，或者是2个集成在同一基片上但易磁化方向互相垂直的磁阻敏感单元与1个垂直于前2个敏感单元放置的独立敏感单以及1个IC电路单元，或者是3个集成在同一基片上但易磁化方向分别沿X、Y、Z轴的3个磁阻敏感单元以及1个IC电路单元。磁阻传感器敏感单元的导电引脚设计保证每个敏感单元每侧都可以焊接一个以上的导电引线，敏感单元之间可以通过导电引线相互连接，敏感单元与IC单元通过导电引线相互连接，敏感单元与IC单元附于同一标准半导体封装引线框。每个敏感单元可以采用直接测量式或电桥式结构进行磁场检测。IC电路单元包括ESD防静电保护电路和对三个磁阻敏感单元的输出进行计算和处理的电路。