[发明专利]具有集成螺线管的磁传感器

说明书

磁传感器设备(99)包括具有表面的衬底(10)和设置在表面上、上方、下方或与表面直接接触的检测磁场的磁传感器(30)。多个磁芯(22)设置在衬底表面上、上方、下方或与衬底表面直接接触，磁芯(22)中的至少一个具有螺旋地在芯(22)周围缠绕的电导体(24)以形成具有线圈长度的线圈(25)。每个磁芯(22)通过具有间隙长度的间隙(G)与任何其他磁芯分离。经过一个或多个线圈(25)的电流生成磁场。多个芯(22)和多个间隙(G)形成至少一个闭合磁路(70)，所生成的磁场通量沿着该闭合磁路经过，并且该至少一个闭合磁路的总长度至少为该至少一个闭合磁路的该多个间隙(G)的总长度的两倍，磁场通量的至少一部分经过该至少一个闭合磁路。

技术领域

本发明涉及包含一个或多个螺线管的集成磁传感器。

背景技术

传感器被广泛用于电子设备中以测量环境的属性并报告测量到的信号值。特别地，磁传感器用于测量磁场，例如在诸如汽车的运输系统中。磁传感器可以包含霍尔效应传感器或磁阻材料，霍尔效应传感器生成与施加的磁场成比例的输出电压，磁阻材料的电阻响应于外部磁场而改变。在许多应用中，期望磁传感器较小并且与电子处理电路系统集成，以便降低总磁传感器尺寸并提供改进的测量和到外部电子系统的集成。例如，美国专利公开第20160299200号描述了一种用于测量磁场的霍尔效应磁传感器，其包括在衬底上的半导体材料中形成的集成电路，以及绝缘层和粘合层。

美国专利第6,545,462号描述了具有磁通量聚集器和霍尔元件的用于检测磁场的方向的传感器。霍尔元件布置在磁场聚集器的边缘的区域中。

其他磁系统与电导线圈集成，例如以螺旋形式环绕的线，以形成螺线管。通过向螺线管施加电流，形成磁场。由电导体螺旋状物围绕的螺线管内的体积通常称为芯。各种螺线管可以在螺旋状物内具有不同的材料，例如空心芯或诸如铁的铁磁芯。铁磁芯的使用增加了螺线管中磁通量密度的幅度，从而集中了磁场。Kamberger等人在2016年4月25日的《微机械与微工程杂志》(Journal of Micromechanics and Microengineering)doi:10.1088/0960-1317/26/6/065002的“使用由双溶剂工艺制造的外部支撑结构可能制成的空心微线圈(Hollow microcoils made possible with external support structuresmanufactured with a two-solvent process)”中描述了一种用于具有支撑在圆筒内表面上的空气芯的空心微线圈的制造工艺和结构。

美国专利第5,831,431号说明了一种用于检测导磁材料的小型化线圈布置。在该设计中，在衬底的平面中或平行于衬底的平面提供芯，并且线圈在芯的部分的周围缠绕，使得线圈的至少部分延伸出衬底平面。相反，美国专利第6,404,192号公开了一种集成平面磁传感器，其具有在半导体衬底上使用集成电路技术制成的平面绕组中形成的激励线圈。平坦检测线圈以不同的布置提供。美国专利公开第2015/0316638号也描述了平面线圈。

螺线管可与磁传感器集成。EP2823327描述了一种磁传感器，其具有集成的平面线圈和居中在线圈中的感测元件。线圈产生由感测元件检测的磁场；通过铁磁目标的存在产生磁场中的变化。美国专利第9,030,198号公开了一种磁场传感器和制造方法。它包括激励线圈，其中心线垂直于衬底表面取向。EP2823327教导了一种磁传感器，其具有安装在半导体芯片表面上的环形铁磁芯。激励线圈由在芯下方的半导体表面上的导体和在芯的顶部上方形成的焊线的组合形成。

来自磁传感器的测量值会随时间漂移，从而即使当被暴露在相同磁场时也提供变化的测量值。例如，磁场测量值可以从期望的标称值偏离，灵敏度可以变化使得测量值是期望值的倍数(大于或小于1)，或两者。此外，包括导磁材料的一些磁传感器的响应性和灵敏度可以改变，并且可以通过在磁传感器上施加磁场来重置。此外，磁传感器测量可以受到磁传感器附近的外部物体或杂散磁场的不利影响。