[發明專利]微型化非晶軟磁合金磁芯螺線管磁通門傳感器

無效

• 申請號: 201010239107.3
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN101907690A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 雷沖;周勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04;B81B7/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電(MEM)技術領域的傳感器，具體是一種微型化非晶軟磁合金磁芯螺線管磁通門傳感器。

技術背景

磁通門傳感器作為一種傳統的弱磁場檢測器件，一直有著其獨特的優勢而無法為其他磁場傳感器所取代，近年來更是不斷在新的領域發現其應用潛力，例如小型移動設備GPS定位、導彈慣性制導、小衛星方位姿態控制、虛擬現實空間內的動作檢測、對高清電視(HDTV)的地磁補償和點噪聲補償等。近年來，由于各種場的應用逐漸地擴展，對于器件的要求趨向于更薄、更輕、更便宜。相應地，磁通門傳感器也試圖變得更薄、更輕、更便宜。

傳統磁通門傳感器使用一個堅固的骨架作為基座，將軟磁帶狀磁芯固定于骨架上，然后在其上纏繞一個通過電流產生磁場的激勵線圈，和一個在激勵線圈誘發磁場基礎上檢測外部磁場效應的磁場感應線圈。這使得傳統磁通門傳感器的尺寸大、重量高、靈敏度低以及長期穩定性差。隨著微機電系統(MEMS)技術的發展，為微型化磁通門傳感器的研制提供了一條有效可靠的途徑。與傳統磁通門傳感器探頭相比較，MEMS磁通門傳感器探頭結構緊湊，體積、質量小，安裝調試簡單，不怕震動撞擊，受環境溫度變化影響小。采用MEMS技術研制微型磁通門傳感器成為國內外研究開發的熱點。

經對現有技術的文獻檢索發現，J.Kubik等(L.Pavel?and?P.Ripka)在《IEEE?SENSOR?JOURNAL》(IEEE傳感器雜志)(Vol.7，pp179-183，2007)上發表了“Low-Power?Printed?Circuit?Board?Fluxgate?Sensor”(低能耗印刷電路板磁通門傳感器)一文，該文提及了一個由多層印刷電路板技術開發的微型磁通門傳感器，磁芯為跑道型結構，采用的是25微米厚的Vitrovac6025?X非晶合金薄帶，在10kHz下磁通門傳感器的靈敏度是94V/T，能耗只有3.9mW。由于制作過程中需要打出通孔來實現在磁芯上繞制線圈，傳感器可能會在通過過程中被損壞。另外，與MEMS技術相比，根據這種方法很難減小磁通門傳感器的尺寸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種微型化非晶軟磁合金磁芯螺線管磁通門傳感器，本發明傳感器具有靈敏度高、測量范圍寬以及能耗低的特點，有效解決了激勵線圈和感應線圈的上、下層線圈的互聯問題，具有很好的熱穩定性、優異的機械性能以及良好的抗環境影響能力。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括：襯底、激勵線圈、感應線圈、非晶磁芯、電極、聚酰亞胺保護膜，非晶磁芯上對稱繞制兩組相連的三維螺線管激勵線圈，與激勵線圈垂直繞制一組三維螺線管感應線圈，激勵線圈和感應線圈均通過聚酰亞胺保護膜與非晶磁芯絕緣隔離，激勵線圈和感應線圈均位于襯底上，激勵線圈和感應線圈兩端都連接電極。

所述的襯底為硅片。

所述的激勵線圈和感應線圈結構一致，均由底層線圈、頂層線圈通過連接導體連接形成。

所述的激勵線圈和感應線圈，兩組相連的激勵線圈在非晶磁芯較短的相互平行的兩邊上對稱繞制，感應線圈在平面內垂直于激勵線圈繞制在非晶磁芯另外兩條邊上。

所述的非晶磁芯為通過超薄環氧樹脂粘結層將非晶合金薄帶粘貼在位于底層線圈和頂層線圈之間的聚酰亞胺保護膜上，然后進行圖形化濕法刻蝕制作獲得的矩形非晶磁芯。

所述的聚酰亞胺保護膜，非晶磁芯、激勵線圈和感應線圈均由聚酰亞胺保護膜絕緣、支撐并完全包覆固定為一個整體，與空氣隔離。

所述的電極，通過刻蝕聚酰亞胺保護膜形成，電極單獨暴露以連接與激勵線圈和感應線圈接口電路。

本發明的微型非晶磁芯螺線管磁通門傳感器的制作方法采用MEMS技術，采用準LIGA技術和微電鍍技術制備激勵線圈和感應線圈；采用離子束干法刻蝕技術去除犧牲層，避免濕法刻蝕工藝帶來的鉆蝕現象；采用旋涂工藝實現超薄環氧樹脂粘結層均勻粘貼非晶合金薄帶，圖形化濕法刻蝕方法制備非晶磁芯；采用聚酰亞胺材料作為保護膜材料，不僅起到絕緣作用，還起到支撐、包裹作用。

本發明與現有技術相比，具有以下有益的效果：

(1)本發明采用MEMS技術制備的微型非晶螺線管磁通門傳感器，采用正交磁通門結構設計，具有高靈敏度、寬測量范圍以及體積小、重量輕等特點，而且MEMS技術具有與大規模集成電路相兼容的能力，重復性好、成本低、易于標準化大批量生產。

(2)本發明采用非晶合金薄帶作為磁芯材料，性能優于微型磁通門傳感器常用的坡莫合金磁芯材料，大大提高了微型磁通門傳感器的靈敏度和有效工作頻率以及工作帶寬，極大降低了能耗。