[發明專利]一種微型磁通門傳感器制備方法

在審

• 申請號: 201710624004.0
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107367288A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 侯曉偉;王飛;倪大成;鄭良廣;郭俊杰
• 申請（專利權）人: 寧波中車時代傳感技術有限公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12;C23C16/40
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司33102
• 代理人: 張一平,王瑩

技術領域

本發明涉及微型磁通門傳感器技術領域，具體涉及一種基于微機械電子系統(MEMS)技術的微型磁通門傳感器的制備方法。

背景技術

傳統的磁通門傳感器是通過在軟磁薄膜磁芯上繞制三維螺線管線圈的方式制作的。此種類型的磁通門傳感器存在體積大、重量大、功耗高、靈敏度低和長期穩定性差等缺點，難以滿足電子元器件微型化的發展需求。MEMS技術是近幾十年發展起來的微機械加工技術。通過MEMS技術可以實現芯片尺寸的磁通門傳感器的制作，不僅可以大大減小傳統磁通門傳感器的體積和重量，而且還可以有效降低功耗并提高其長期穩定性。本發明就是一項基于MEMS技術的磁通門傳感器制作方法。

微型磁通門傳感器的制作主要包括三維螺線管線圈和軟磁薄膜磁芯兩個關鍵部分。要制作出具備優異性能的微型磁通門傳感器，需要在充分滿足整體性能的前提下，考慮工藝的兼容性和制造成本問題。經過現有技術的文獻檢索發現，Chun-Lei Kang等在《Microsystem Technologies》(Vol.15，Issue.3，pp413-419，2009)上發表了“Electroplating a magnetic core for micro fluxgate sensor”(用于微型磁通門傳感器的電鍍磁芯)一文，該文提及了利用微電鍍技術來分別制備三維螺線管線圈和軟磁薄膜磁芯的加工工藝。其中三維螺線管線圈的加工工藝如下：首先利用微電鍍工藝制備出用于連接頂層和底層線圈的通孔柱子，然后利用離子刻蝕工藝制備出底層線圈，最后再利用微電鍍工藝制備出頂層線圈，至此完成整個三維螺線管線圈的制備。軟磁薄膜磁芯是利用微電鍍工藝來制備Fe₂₀Ni₈₀坡莫合金。由于在制作過程中要分三步工藝才能完成整個三維螺線管線圈的制作，不僅工藝步驟復雜，成本高，有毒害作用，而且成功率難以保證。而利用微電鍍工藝制備的軟磁薄膜磁芯，它的軟磁性能包括磁導率和矯頑力等軟磁性能與帶材磁芯相比有較大的差距，難以保證磁通門傳感器的整體性能，而且為了給頂層線圈制作支撐層，所用的聚酰亞胺材料等支撐材料在固化過程中要經受200℃以上的高溫，持續若干小時，會在一定程度上降低軟磁薄膜磁芯的軟磁性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種能夠一次填充生成三維螺線管線圈以及外部插入軟磁薄膜帶材磁芯，并且能夠減小微型磁通門傳感器厚度的微型磁通門傳感器制備方法。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：一種微型磁通門傳感器制備方法，其特征在于：選取兩個高阻硅片，分別在兩個高阻硅片上進行刻蝕，以使得兩個高阻硅片鍵合后能夠形成用于放置磁芯的磁芯腔、多個圍繞在磁芯腔外周的螺線管腔以及與螺線管腔相連通的電極窗口；

兩個高阻硅片鍵合前，在磁芯腔對應在兩個高阻硅片上的位置沉積絕緣層；

在螺線管腔的內表面上沉積絕緣層，并在螺線管腔內填充線圈材料，從而在螺線管腔內形成螺線管線圈；

自磁芯腔中部的位置切割鍵合后的兩個高阻硅片，使得磁芯腔一側開口，自開口處將帶材磁芯插入磁芯腔內，使用填充材料密封固定開口，從而完成微型磁通門傳感器的制備。

為了減少生產成本，簡化流程，該微型磁通門傳感器制備方法包括以下步驟：

步驟一、選擇高阻硅片，并對高阻硅片進行處理；

所述高阻硅片的處理過程為；

步驟1.1、在高阻硅片的第一表面刻蝕磁芯槽，并在磁芯槽的內表面沉積絕緣層；

步驟1.2、在高阻硅片的第二表面上刻蝕多條橫跨所述磁芯槽的線圈槽；

步驟1.3、沿高阻硅片的厚度方向，自每個線圈槽兩端分別蝕刻與各線圈槽相連通的通孔；

步驟1.4、在高阻硅片的第二表面上刻蝕與線圈槽或通孔相連通的電極窗口；

步驟1.5、分別在線圈槽的內表面以及通孔的內壁面上沉積絕緣層；

步驟二、將兩個經過處理的高阻硅片的第一表面相對設置并進行鍵合，使得兩個高阻硅片鍵合后，兩個高阻硅片上的磁芯槽對合形成所述磁芯腔，兩個高阻硅片上的各線圈槽和通孔連通形成多個圍繞在磁芯腔外周的螺線管腔；

步驟三、在螺線管腔內填充線圈材料以形成螺線管線圈；

步驟四、自磁芯腔中部的位置切割鍵合后的兩個高阻硅片，使得磁芯腔一側開口；

步驟五、自開口處將帶材磁芯插入磁芯腔內，使用填充材料密封固定開口；

步驟六、完成微型磁通門傳感器的制備。

為了減小厚度，在步驟1.1和步驟1.2之間，對高阻硅片的第二表面進行減薄處理。