[實用新型]一種磁電阻慣性傳感器芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920437962.1
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN209605842U
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祁彬;豐立賢;郭海平;沈衛(wèi)鋒;薛松生
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本實用新型公開一種磁電阻慣性傳感器芯片，包括基底、振動隔膜、感應(yīng)磁電阻、至少一個永磁薄膜，振動隔膜覆蓋在基底的一側(cè)表面，感應(yīng)磁電阻和永磁薄膜設(shè)置于振動隔膜遠離基底的表面，在振動隔膜遠離基底的表面還設(shè)置有接觸電極，感應(yīng)磁電阻通過連接引線與接觸電極連接；基底包括刻蝕形成的空腔，感應(yīng)磁電阻與永磁薄膜之一或者全部設(shè)置于空腔在振動隔膜的垂直投影區(qū)域內(nèi)。本實用新型磁電阻慣性傳感器芯片的永磁薄膜產(chǎn)生的磁場在感應(yīng)磁電阻的靈敏度方向分量產(chǎn)生變化，使感應(yīng)磁電阻的阻值產(chǎn)生變化，造成輸出電信號變化。本實用新型利用磁電阻的高靈敏度及高頻響特性，提高輸出信號強度及頻率響應(yīng)，有利于微弱壓力、振動或加速度及高頻振動的檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種磁電阻慣性傳感器芯片。

背景技術(shù)

近年來，用于測量加速度，振動，壓力的慣性傳感器芯片在各個領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。其中振動傳感器領(lǐng)域又可細分為固體振動檢測，包括建筑振動，機械振動；液體振動檢測，包括水聽聲納；以及氣體振動，包括麥克風應(yīng)用等領(lǐng)域。現(xiàn)有的慣性傳感器芯片，主要基于硅基電容型，壓電型，硅基壓阻型等原理，將加速度，振動，壓力等待測力學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號加以測量。其中硅基電容型溫度穩(wěn)定良好，靈敏度較高，溫度穩(wěn)定性較好，但響應(yīng)頻帶較窄；壓電型溫度穩(wěn)定性及時間穩(wěn)定性優(yōu)秀，線性范圍寬，但靈敏度較低；硅基壓阻型靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)大，可測量微小壓力，但溫度穩(wěn)定性差；此外上述技術(shù)在針對20MHz 以上頻率振動信號檢測基本為盲區(qū)。

磁電阻材料，具體而言包含具有釘扎層、自由層、非磁性隧道勢壘層結(jié)構(gòu)的隧道結(jié)磁電阻(TMR)，具有釘扎層、自由層、非磁性導(dǎo)電間隔層結(jié)構(gòu)的巨磁電阻 (GMR)，以及具有磁各向異性層結(jié)構(gòu)的各項異性磁電阻(AMR)。磁電阻材料作為磁場檢測元件，具有優(yōu)秀的頻率響應(yīng)特性，良好的溫度特性，以及高的靈敏度，結(jié)合適合的力學(xué)傳遞結(jié)構(gòu)及勵磁結(jié)構(gòu)，可用于特定慣性參數(shù)測量。然而，慣性參數(shù)測量中，勵磁結(jié)構(gòu)和磁電阻元件分屬空間不同平面的設(shè)計，除能簡化部分生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢外，會造成總體良率不高，測量線性區(qū)間減小，力學(xué)傳遞結(jié)構(gòu)、勵磁結(jié)構(gòu)、磁電阻元件相對空間位置調(diào)整受限，繼而造成性能調(diào)整受限等諸多不足。

實用新型內(nèi)容

針對目前加速度傳感器對于微弱壓力及高頻振動檢測信號微弱甚至無法檢出的現(xiàn)狀，本實用新型基于TMR/GMR/AMR磁電阻材料自身阻值對于外部磁場變化快速響應(yīng)的特性，以及TMR/GMR/AMR自身優(yōu)秀的溫度特性，結(jié)合磁性或非磁性振動隔膜，提出一種能夠測量微小高頻振動，壓力或加速度信號的高靈敏度高頻測量的磁電阻慣性傳感器芯片，該磁電阻慣性傳感器芯片以磁電阻為敏感材料，將信號發(fā)射源永磁薄膜與信號接收源磁電阻設(shè)置于同一水平面，最大化信號線性區(qū)間，利用磁電阻對永磁薄膜磁場變化造成的電阻值變化，將機械運動轉(zhuǎn)換為電信號，從而精確獲得待測振動、加速度或壓力信號。

本實用新型是根據(jù)以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種磁電阻慣性傳感器芯片，其特征在于，包括基底、振動隔膜、感應(yīng)磁電阻、至少一個永磁薄膜，其中：

所述振動隔膜覆蓋在所述基底的一側(cè)表面，所述感應(yīng)磁電阻和所述永磁薄膜設(shè)置于所述振動隔膜遠離所述基底的表面，在所述振動隔膜遠離所述基底的表面還設(shè)置有接觸電極，所述感應(yīng)磁電阻通過連接引線與所述接觸電極連接；

所述基底包括刻蝕形成的空腔，所述感應(yīng)磁電阻與所述永磁薄膜之一或者全部設(shè)置于所述空腔在所述振動隔膜的垂直投影區(qū)域內(nèi)，所述永磁薄膜產(chǎn)生的磁場在所述感應(yīng)磁電阻的靈敏度方向分量產(chǎn)生變化，使所述感應(yīng)磁電阻的阻值產(chǎn)生變化，從而造成輸出電信號變化。

優(yōu)選地，所述感應(yīng)磁電阻設(shè)置于所述空腔在所述振動隔膜的垂直投影區(qū)域的以外區(qū)域，所述永磁薄膜設(shè)置于所述空腔在所述振動隔膜的垂直投影區(qū)域的中部位置，或

所述感應(yīng)磁電阻設(shè)置于所述空腔在所述振動隔膜的垂直投影區(qū)域內(nèi)的內(nèi)邊沿，所述永磁薄膜設(shè)置于所述空腔在所述振動隔膜的垂直投影有區(qū)域的中部位置，或