[发明专利]一种微型阵列式磁通门传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种微型阵列式磁通门传感器。

背景技术

磁通门是一种具有良好综合性能的磁场分量传感器。采用微细加工的方法制作的微型化磁通门式传感器,具有体积小、重量轻、功耗低和结构简单等优点。人类发明出了许多不同磁芯结构的磁通门传感器，如磁芯结构为圆形、跑道形、U形、E形、I形或T等形状。随着科技的不断发展，人们对弱磁场探测的需求不断提高，要求能够准确、快速地获得弱磁场数据，这就要求我们要发明出更先进的结构来满足人类对微弱磁场的探测要求；通过结构创新来提高传感器的灵敏精度，并最终能够提升整个检测系统的精度。同时，通过传感器的结构创新，可以简化制造工艺，有利于降低制造成本和易于批量化生产。目前，迫切需要结构创新来实现磁通门传感器的系统化，集成化，智能化。推动我国MEMS微系统的产业化。但存在灵敏度低和激励效率低的技术问题。

但是现有微型化磁通门传感器存在着灵敏度低和激励效率低的技术问题。文献“MEMS micro fluxgate sensors with mutual vertical excitation coils and detection coils: Microsyst Techno, 2009,(15):969–972”公开了一种感应线圈和激励线圈相互垂直正交的微型磁通门传感器结构及其制备方法。传感器磁芯结构为长方形，磁芯上对称绕制两组相连的三维螺线管激励线圈，与激励线圈垂直绕制一组三维螺线管感应线圈，激励线圈和感应线圈均通过聚酰亚胺保护膜与非晶磁芯绝缘隔离，激励线圈和感应线圈均位于衬底上，激励线圈和感应线圈两端都连接电极。其增加线性测量范围的方法是，通过增大感应环圈的横截面积，进而增大感应电压的幅值。

文献所述的微型化磁通门传感器，其磁芯横截面积小，灵敏度低；激励线圈的匝数比较少，也造成灵敏度降低。同时，两组激励线圈用采用串联，中间用一细长线条连接，使激励线圈本身内阻很大，不利于传感器功耗的降低；驱动效率低下，在通入激励信号时，会产生大量的热噪声，使后端的感应信号处理工作变得困难；感应线圈的线条长度过长，虽然增大了感应线圈的横截面积，但是加工困难，线条在加工和使用过程中容易断裂，降低了传感器的可靠性和使用寿命。

发明内容

为了克服现有磁通门传感器灵敏度低和激励效率低的不足，本发明提供一种微型阵列式磁通门传感器。该传感器采用正交激励工作模式，即感应线圈和激励线圈相互垂直正交，包括：衬底1、激励线圈2、感应线圈3、磁芯4、焊盘5、6聚酰亚胺保护膜。传感器的磁芯设计为“田”字形环状闭合结构，由于这种结构具有闭合的对称磁通路径，从而能够减小磁漏现象。磁芯的每条边上绕有一组线圈，每组线圈分别引出焊盘，十二条边共有12组线圈。每组线圈绕有一定匝数的导线。磁芯外围的八条边上分别绕制八组相互独立的三维螺线管激励线圈，磁芯中心处的四条边上绕制四组三维螺线管感应线圈。由于X轴和Y轴两个方向上都有激励和检测线圈，因此可以同时检测两个方向上的磁场强度。通过对采集到的X、Y方向信号进行处理，可以得到平面内任意方向的磁场。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型正交激励磁通门传感器，其特点是包括衬底1、激励线圈2、感应线圈3、铁芯4、焊盘5、绝缘层6 、底层线圈7、线圈立柱8和顶层线圈9。所述的衬底1 用于为整个结构提供支撑，在衬底上1上先制作底层线圈7(所有线圈都只完成一半)；在底层线圈7图形上制备绝缘层5；对绝缘层5进行刻蚀镂空，使底层线圈7与线圈立柱8的连接处充分裸露；在镂空后的绝缘层5上制作线圈立柱8；在绝缘层6上制作磁芯4；在镂空后的绝缘层6上制作顶层线圈9；最后刻蚀出焊盘5。

所述的衬底1为硅片。

所述的绝缘层6为聚酰亚胺保护膜。

所述的线圈材料为Cu。

所述的磁芯4材料为电镀的坡莫合金材料（Ni_0.8Fe_0.2），磁芯结构采用“田”字形设计，采用磁控溅射法将坡莫合金材料溅射在位于底层线圈和顶层线圈之间的聚酰亚胺保护膜上，然后进行图形化湿法刻蚀制作获得的磁芯结构。

所述的绝缘层6是聚酰亚胺保护膜，磁芯4、激励线圈2和感应线圈3均由聚酰亚胺保护膜绝缘、支撑并完全包覆固定为一个整体，与空气隔离。