[发明专利]一体式三轴磁传感器

说明书

技术领域

本发明主要涉及到微弱信号传感技术领域，特指一种采用MEMS微加工技术制作的高精度一体式三轴磁传感器。

背景技术

微弱磁场测量在地磁导航、目标探测、地质勘探、生物医学等领域都有广泛应用。三轴磁传感器可以同时测量磁场的三个分量，计算出传感器的倾角和方位角，在导航、定姿定位等方面比单轴和双轴传感器有更广阔的应用前景，高分辨力、低功耗、小型化是三轴磁传感器的主要发展方向。

现阶段用于磁场测量的三轴磁传感器类型较多，按实现方式可以分为组装式和一体式，按其工作原理可以分为磁通门传感器、霍尔传感器、洛伦兹力磁传感器、MR（Giant Magnetoresistive，巨磁阻）磁传感器等。其中MR磁传感器是基于微电子工艺制成的，具有分辨力高、体积小、功耗低、易批量生产等特点，基于MR效应的三轴磁传感器有希望实现一体化设计，并且具有高分辨力、小型化和低功耗的特点。

采用组装方式的三轴磁传感器主要有一个两轴和一个单轴、三个单轴这两种组合。我国无锡的美新半导体公司提出组装式三轴磁传感器，X、Y轴采用MR单轴传感器，Z轴采用霍尔传感器，霍尔传感器方便测量Z向磁场（专利号：US20110234218A1）；美国Honeywell公司提出集成三个独立磁传感器到一个芯片上的三轴测量方案，就三轴的安装方法申请了专利（专利号：US7271586）；日本Aichi Steel公司把三个独立的MI磁传感器组装在一起形成三轴（US7298140B2）；日本Alps Electric公司在这种组装方面也有类似专利（专利号：US7559148B2）；法国科学家把霍尔传感器和搜索线圈传感器组装到一起，可以同时测量恒定磁场和交变磁场，分辨力高，其中测量恒定磁场可以达到100pT，但是由于采用三维线圈结构，体积较大，无法实现三轴磁传感器的小型化且不便批量生产（P Leroy, C Coillot, V Mosser, A Roux and G Chanteur, An ac/dc magnetometer for space missions: Improvement of a Hall sensor by the magnetic flux concentration of the magnetic core of a searchcoil, Sensors and Actuators A, 142, pp. 503-510, 2008）；还有人提出基于用于MR敏感元件的环形磁力线聚集器结构并进行了有限元仿真分析，这种结构可以提高MR敏感元件的灵敏度，但三个分立的环形聚集器工艺难以实现，而且需要放在一起组装形成三轴磁传感器（Jue Chen, Marc C. Wurz, Alexander Belski, and Lutz Rissing, Designs and Characterizations of Soft Magnetic Flux Guides in a-3D Magnetic Field Sensor, IEEE Trans. Magn., 48, pp 1481-1484, 2012）。一般而言，组装式三轴磁传感器的三轴正交性依赖于组装精度，而采用MEMS工艺制作的一体式三轴磁传感器具有更好的正交性。