[发明专利]一种基于立体结构铁芯的微型磁通门传感器

说明书

本发明公开了一种微型磁通门传感器，采用三层立体结构铁芯，铁芯上层和铁芯下层为矩形，铁芯中间层为阵列柱结构连接上下层；激励线为多条直线段首尾相连组成的折线形结构，在铁芯中间层的阵列柱结构中绕行；感应线圈为三维螺线管结构垂直铁芯长边缠绕，三维螺线管线圈上下层之间的连通部分由一个连接导体组成；骨架使用硅片作为基底制作，用于承载铁芯、激励线、感应线圈、焊盘；激励线和感应线圈均由设置在传感器两端的焊盘引出。该微型磁通门的激励线布设在立体铁芯中间层的阵列柱之间，同时又夹在铁芯上层和铁芯下层之间，被三层立体铁芯所包裹，有利于促进铁芯整体的均匀饱和，降低激励电流；感应线圈采用三维螺线管结构保证了磁场耦合的紧密，降低了漏磁，提高了激励电流的效率，能有效降低微型磁通门的功耗。

技术领域

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种采用微机电技术（MEMS）制备的微型磁通门传感器。

背景技术

磁通门传感器（以下简称为磁通门）是一种综合性能很好的弱磁测量传感器，具有分辨率高、温度稳定性好和剩磁误差小的特点，其中正交磁通门结构简单，线性测量范围大，但存在灵敏度低、制造成本高的问题。

文献“国际公布号是WO2007010378的专利”公开了一种集成的正交磁通门磁场传感器。铁芯材料采用覆层的形式围绕励磁杆，激励线、铁芯和感应线圈以沉积和图案化形成的多层的方式堆积于衬底上。感应线圈采用至少两层平面螺线结构，位于铁芯覆层的纵向末端附近。通过改变激励线和铁芯覆层结构的长度调节磁通门的线性测量范围，通过增加感应线圈的层数来提高磁通门的灵敏度，通过采用集成电路电路层堆积工艺降低制造成本。

然而，文献所述的正交磁通门使用改变结构长度的方式增大测量范围，会引起磁通门灵敏度的下降；平面螺线结构的感应线圈效率不高；通过增加感应线圈层数来提高灵敏度的方法增加了制作复杂度和制造成本；使用集成电路电路层堆积工艺制作的铁芯截面积小，不利于传感器灵敏度的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微型化、高灵敏度且易与集成电路相集成的微型磁通门传感器。本发明所公开的磁通门使用三层立体结构铁芯，上层和下层为矩形，中间层为阵列柱结构连接上下层；激励线呈由多条直线段首尾相连组成的折线形结构，在中间层的阵列柱结构中绕行；感应线圈呈三维螺线管结构垂直铁芯长边缠绕，三维螺线管线圈的上下层之间的连通部分由一个连接导体组成；骨架使用硅片作为基底制作，用于承载铁芯、激励线、感应线圈、焊盘；激励线和感应线圈均由设置在传感器两端的焊盘引出。

本发明所公开的磁通门采用立体铁芯结构，性能优良；折线形的激励线布设在立体铁芯中间层的阵列柱之间，被三层立体铁芯所包裹，有利于促进铁芯的均匀饱和，起到降低激励电流的目的；感应线圈采用三维螺线管结构保证了磁场耦合的紧密，降低了漏磁，提高了激励电流的效率。与现有技术中的微型磁通门相比较，采用立体铁芯结构使得铁芯能够在更小的电流下达到饱和，传感器的功耗得到大幅降低，而传感器的体积不会发生明显变化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包含铁芯中间层1、铁芯上层2、铁芯下层3、激励线4、激励线引线焊盘5、感应线圈6、感应线圈引线焊盘7、衬底8和绝缘层9。铁芯采用软磁材料，中间层1采用阵列柱结构，铁芯上层2和铁芯下层3均为矩形结构，由铁芯中间层1负责连接铁芯上层2和铁芯下层3，共同构成立体铁芯；激励线4由多条直线段首尾相连组成折线结构，在铁芯中间层1的阵列柱结构中曲折绕行，被夹在铁芯上层2和铁芯下层3之间；感应线圈6使用三维螺线管结构直接缠绕在立体铁芯的外部；激励线4和感应线圈6分别连接至激励线引线焊盘5和感应线圈引线焊盘7；使用带有二氧化硅绝缘层的硅片作为衬底，用以支撑整个传感器的结构。

所述的激励线4采用由多条直线段首尾相连组成的折线结构，其中直线段部分截面积尺寸一致，两端作为引线接口，用于连接外部电路。

所述的铁芯中间层1采用阵列柱的数量和尺寸可根据研究时不同的外部参数要求进行调整。