[发明专利]一种微型磁通门传感器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型磁通门传感器技术领域，具体涉及一种基于微机械电子系统(MEMS)技术的微型磁通门传感器的制备方法。

背景技术

传统的磁通门传感器是通过在软磁薄膜磁芯上绕制三维螺线管线圈的方式制作的。此种类型的磁通门传感器存在体积大、重量大、功耗高、灵敏度低和长期稳定性差等缺点，难以满足电子元器件微型化的发展需求。MEMS技术是近几十年发展起来的微机械加工技术。通过MEMS技术可以实现芯片尺寸的磁通门传感器的制作，不仅可以大大减小传统磁通门传感器的体积和重量，而且还可以有效降低功耗并提高其长期稳定性。本发明就是一项基于MEMS技术的磁通门传感器制作方法。

微型磁通门传感器的制作主要包括三维螺线管线圈和软磁薄膜磁芯两个关键部分。要制作出具备优异性能的微型磁通门传感器，需要在充分满足整体性能的前提下，考虑工艺的兼容性和制造成本问题。经过现有技术的文献检索发现，Chun-Lei Kang等在《Microsystem Technologies》(Vol.15，Issue.3，pp413-419，2009)上发表了“Electroplating a magnetic core for micro fluxgate sensor”(用于微型磁通门传感器的电镀磁芯)一文，该文提及了利用微电镀技术来分别制备三维螺线管线圈和软磁薄膜磁芯的加工工艺。其中三维螺线管线圈的加工工艺如下：首先利用微电镀工艺制备出用于连接顶层和底层线圈的通孔柱子，然后利用离子刻蚀工艺制备出底层线圈，最后再利用微电镀工艺制备出顶层线圈，至此完成整个三维螺线管线圈的制备。软磁薄膜磁芯是利用微电镀工艺来制备Fe₂₀Ni₈₀坡莫合金。由于在制作过程中要分三步工艺才能完成整个三维螺线管线圈的制作，不仅工艺步骤复杂，成本高，有毒害作用，而且成功率难以保证。而利用微电镀工艺制备的软磁薄膜磁芯，它的软磁性能包括磁导率和矫顽力等软磁性能与带材磁芯相比有较大的差距，难以保证磁通门传感器的整体性能，而且为了给顶层线圈制作支撑层，所用的聚酰亚胺材料等支撑材料在固化过程中要经受200℃以上的高温，持续若干小时，会在一定程度上降低软磁薄膜磁芯的软磁性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够一次填充生成三维螺线管线圈以及外部插入软磁薄膜带材磁芯，并且能够减小微型磁通门传感器厚度的微型磁通门传感器制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种微型磁通门传感器制备方法，其特征在于：选取两个高阻硅片，分别在两个高阻硅片上进行刻蚀，以使得两个高阻硅片键合后能够形成用于放置磁芯的磁芯腔、多个围绕在磁芯腔外周的螺线管腔以及与螺线管腔相连通的电极窗口；

两个高阻硅片键合前，在磁芯腔对应在两个高阻硅片上的位置沉积绝缘层；

在螺线管腔的内表面上沉积绝缘层，并在螺线管腔内填充线圈材料，从而在螺线管腔内形成螺线管线圈；

自磁芯腔中部的位置切割键合后的两个高阻硅片，使得磁芯腔一侧开口，自开口处将带材磁芯插入磁芯腔内，使用填充材料密封固定开口，从而完成微型磁通门传感器的制备。

为了减少生产成本，简化流程，该微型磁通门传感器制备方法包括以下步骤：

步骤一、选择高阻硅片，并对高阻硅片进行处理；

所述高阻硅片的处理过程为；

步骤1.1、在高阻硅片的第一表面刻蚀磁芯槽，并在磁芯槽的内表面沉积绝缘层；

步骤1.2、在高阻硅片的第二表面上刻蚀多条横跨所述磁芯槽的线圈槽；

步骤1.3、沿高阻硅片的厚度方向，自每个线圈槽两端分别蚀刻与各线圈槽相连通的通孔；

步骤1.4、在高阻硅片的第二表面上刻蚀与线圈槽或通孔相连通的电极窗口；

步骤1.5、分别在线圈槽的内表面以及通孔的内壁面上沉积绝缘层；

步骤二、将两个经过处理的高阻硅片的第一表面相对设置并进行键合，使得两个高阻硅片键合后，两个高阻硅片上的磁芯槽对合形成所述磁芯腔，两个高阻硅片上的各线圈槽和通孔连通形成多个围绕在磁芯腔外周的螺线管腔；

步骤三、在螺线管腔内填充线圈材料以形成螺线管线圈；

步骤四、自磁芯腔中部的位置切割键合后的两个高阻硅片，使得磁芯腔一侧开口；

步骤五、自开口处将带材磁芯插入磁芯腔内，使用填充材料密封固定开口；

步骤六、完成微型磁通门传感器的制备。

为了减小厚度，在步骤1.1和步骤1.2之间，对高阻硅片的第二表面进行减薄处理。