[发明专利]一种基于缝纫式线芯结构的微型磁通门传感器

说明书

本发明公开了一种微型磁通门传感器，激励线和铁芯采用缝纫式线芯结构，铁芯为矩形平面结构；激励线为多条直线段首尾相连组成的折线形结构，如缝纫线一样，上下往复穿过铁芯平面；感应线圈为三维螺线管结构垂直铁芯长边缠绕，三维螺线管线圈上下层之间的连通部分由一个连接导体组成；骨架使用硅片作为基底制作，用于承载铁芯、激励线、感应线圈、焊盘；激励线和感应线圈均由设置在传感器两端的焊盘引出。该微型磁通门的激励线上下往复穿过铁芯平面，能够提高铁芯整体饱和程度，增强激励磁场，有利于减小磁通门的尺寸；感应线圈采用三维螺线管结构有利于磁场的紧密耦合，该微型磁通门的线芯结构能有效提高微型磁通门的灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种采用微机电（MEMS）技术制备的微型磁通门传感器。。

背景技术

磁通门传感器（以下简称为磁通门）是一种综合性能很好的弱磁测量传感器，具有分辨率高、温度稳定性好和剩磁误差小的特点，其中正交磁通门结构简单，线性测量范围大，但存在灵敏度低、制造成本高的问题。

文献“国际公布号是WO2007010378的专利”公开了一种集成的正交磁通门磁场传感器。铁芯材料采用覆层的形式围绕励磁杆，激励线、铁芯和感应线圈以沉积和图案化形成的多层的方式堆积于衬底上。感应线圈采用至少两层平面螺线结构，位于铁芯覆层的纵向末端附近。通过改变激励线和铁芯覆层结构的长度调节磁通门的线性测量范围，通过增加感应线圈的层数来提高磁通门的灵敏度，通过采用集成电路电路层堆积工艺降低制造成本。

然而，文献所述的正交磁通门使用改变结构长度的方式增大测量范围，会引起磁通门灵敏度的下降；平面螺线结构的感应线圈效率不高；通过增加感应线圈层数来提高灵敏度的方法增加了制作复杂度和制造成本；使用集成电路电路层堆积工艺制作的铁芯截面积小，不利于传感器灵敏度的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微型化、高灵敏度且易与集成电路相集成的微型磁通门传感器。本发明所公开的磁通门，其激励线与铁芯使用缝纫式线芯结构，铁芯为矩形平面结构；激励线呈由多条直线段首尾相连组成的折线形结构，如缝纫线一样，上下往复穿过铁芯平面；感应线圈呈三维螺线管结构垂直铁芯长边缠绕，三维螺线管线圈的上下层之间的连通部分由一个连接导体组成；骨架使用硅片作为基底制作，用于承载铁芯、激励线、感应线圈、焊盘；激励线和感应线圈均由设置在传感器两端的焊盘引出。

本发明所公开的磁通门采用缝纫式线芯结构，性能优良；折线形的激励线在铁芯上下表面穿行，有利于促进提高铁芯的整体饱和程度，增强激励磁场，有利于减小磁通门的尺寸；感应线圈采用三维螺线管结构有利于磁场的紧密耦合，降低漏磁场，提高激励电流的效率。与现有技术中的微型磁通门相比较，采用这一线芯结构使得铁芯能够在相同的激励电流下达到更高的饱和程度，提高传感器的灵敏度，而传感器的体积不会发生明显变化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包含铁芯1、激励线2、激励线引线焊盘3、感应线圈4、感应线圈引线焊盘5、衬底6和绝缘层7。铁芯1采用软磁材料，为矩形平面结构；激励线2由多条直线段首尾相连组成折线结构，如缝纫线一样，上下往复穿过铁芯平面；感应线圈4使用三维螺线管结构直接缠绕在矩形平面铁芯的外部；激励线2和感应线圈4分别连接至激励线引线焊盘3和感应线圈引线焊盘5；使用带有二氧化硅绝缘层的硅片作为衬底6，用以支撑整个传感器的结构。

所述的激励线2采用由多条直线段首尾相连组成的折线结构，上下往复穿过铁芯平面，其中露出铁芯上下表面的直线段部分，截面积尺寸一致，激励线两端连接焊盘作为引线接口，用于连接外部电路。

所述的激励线2在铁芯1上下表面穿过的数量和各直线段部分的尺寸可根据研究时不同的外部参数要求进行调整。

所述的绝缘层7是聚酰亚胺保护膜，铁芯、激励线和感应线圈均由聚酰亚胺保护膜绝缘，并完全包覆固定为一个整体，与空气隔离。