[发明专利]一种三轴磁场传感器

说明书

本发明涉及一种三轴磁场传感器。本发明包括X/Y双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器。X/Y双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器均设置在衬底上，X/Y双轴磁场传感器与Z轴磁场传感器位置相邻；X/Y双轴磁场传感器的两组惠斯通电桥结构形成两个输出，实现X/Y轴磁场测量。Z轴磁场传感器在Z轴磁场作用下，产生两个方向不同的水平分量漏磁磁场，通过电桥感知并输出，实现Z轴磁场测量。本发明可实现单芯集成，三轴磁场传感器可实现单芯工艺层次的集成，即所有的磁敏电阻单元可以在同一种工艺中同时制成，集成度高、稳定性好、抗干扰能力强。

技术领域

本发明属于磁场传感器技术领域，涉及一种三轴磁场传感器。

背景技术

巨磁阻传感器(GMR)是1988年以后发展起来的一类新型磁电阻效应传感器，它利用的是磁性多层膜材料的巨磁阻效应，用GMR制成的磁场传感器相比于各向异性磁电阻(AMR)、霍尔器件具有灵敏度更高，功耗更低，线性更好、动态范围更宽、温度特性更好、抗干扰能力更强等优点。此外GMR容易与微电子工艺集成，便于制成集成度很高的磁场传感器。

目前三轴磁场传感器的技术通常将三个磁敏传感器封装集成在一起，分别测X轴、Y轴、Z轴磁场分量。该技术方法工艺复杂、体积大、封装成本高，且稳定性和可靠性不好。比如专利CN 102426344 B采用的是将三个相同的传感器封装集成的方案，一个磁场传感器敏感轴沿X轴放置，另一个磁场传感器敏感轴沿Y轴放置，Z轴磁场传感器垂直平面放置来进行测量；专利CN102292773B的三轴磁传感器是通过分别控制材料钉扎方向和导磁层来实现测量三轴磁场的；专利US 20120299587 A1的技术是采用磁阻来测量平面内磁场，用霍尔传感器来测量Z轴磁场。US20150309125 A1是将多个磁感应单元设置在斜坡上，磁场可以由感测单元测量。然后可以通过算法来求解磁场的三个正交轴分量。以上专利均存在工艺复杂、实现较困难、三轴传感器的灵敏度相差较大等问题。本发明将克服以上传感器的不足，器件尺寸小、制备工艺简单。

发明内容

本发明的目的就是提供一种三轴磁场传感器。

本发明其包括X/Y双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器。X/Y双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器均设置在衬底上，X/Y双轴磁场传感器与Z轴磁场传感器位置相邻；用于测量三轴磁场。

X/Y双轴磁场传感器包括双轴磁通引导器。双轴磁通引导器设置在衬底上，双轴磁通引导器外部框架为方环形或圆环形结构，两条对角线或两条垂直的对称轴将双轴磁通引导器分为四个区域；每个区域均开有磁敏电阻放置间隙。每个区域设置有一对磁敏电阻，磁敏电阻均设置在衬底上，一个磁敏电阻被双轴磁通引导器覆盖，另一磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙内。检测同向磁场的两对磁敏电阻连成一组惠斯通电桥结构，两组惠斯通电桥形成两个输出；分别测量X轴和Y轴磁场分量。

所述的Z轴磁场传感器包括单轴磁通引导器和两对磁敏电阻，两对磁敏电阻分别设置在单轴磁通引导器的两对边，每个磁敏电阻的敏感轴与安装侧垂直。两对磁敏电阻连成一组惠斯通电桥结构，形成一个输出，测量Z轴磁场分量。

在Z轴磁场作用下，单轴磁通引导器两边边缘处产生具有不同方向水平分量的漏磁场，被分别位于两侧的两对面内敏感的磁敏电阻所感知，并由惠斯通电桥进行输出。

作为优选，所述的Z轴磁场传感器放置在X/Y双轴磁场传感器的环形双轴磁通引导器的环形内部。

所述的磁敏电阻放置间隙的两边与切边呈大于0°小于90°的倾斜角；

所述的衬底为硅基。

所述的磁敏电阻为各向异性磁电阻、巨磁阻电阻、磁隧道结电阻。

所述的磁通量引导器为具有高导磁率的软磁材料制成。

所述的惠斯通电桥电路通过金属线相连，并能够与硅基集成信号处理电路原件相连或者在硅片上实现单芯集成。