一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，一种为由衬底，磁电阻，焊盘，次级线圈以及键合引线构成的开环结构的电流传感器，另一种为由衬底，磁电阻，焊盘，次级线圈、键合引线以及初级线圈构成的闭环结构的电流传感器。其中磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁电阻单元串构成，磁电阻单元串包括一个磁电阻单元或者多个串联的磁电阻单元；一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串与另一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串交替排列。本新型用磁电阻元件代替霍尔元件，可以提高磁感应器件的工作稳定性，提高信噪比，减小电流测量误差。且不同桥臂的磁电阻交替排列，可以减小不同磁电阻的失配问题，提高电流传感器的线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器
本技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器。
技术介绍
电流传感器广泛应用于能量监测、漏电流保护、电流测量等工业、民用领域。起初，人们用低阻值高精度电阻与电流主线串联，通过测量电阻两端的电压来计算电流主线上的电流。这种方法需要高精度的电阻，否则无法控制电流测量的精度；而且在测量大电流时，电阻上的电压降会非常高，带来的结果是电阻功耗加大，浪费了大量的能源；而且电阻发热进而会导致电阻值的变化，导致电阻电压降的误差，限制了电流测量的精度。目前的电流传感器主要是用霍尔元件电流传感器，根据有无反馈电路，分为开环型电流传感器和闭环型电流传感器。由于霍尔元件的温度稳定性比较差，即在同一磁场条件下，输出信号随外界温度的变化较大。特别是在测量大电流时，由于大电流的存在，会导致器件温度升高，于是会传感器输出信号产生误差，影响电流测量的精度。其次，霍尔元件的噪声比较大，在测量微弱电流时，噪声信号也会对电流测量的精度产生影响。在实际应用中，被测电流导线和霍尔元件是两个部件，在安装时，如果位置控制不好，会直接导致霍尔元件输出和电流大小之间关系的误差。
技术实现思路
技术目的：本技术提出了一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，用磁电阻元件代替霍尔元件，可以提高磁感应器件的工作稳定性，提高信噪比，减小电流测量误差。利用微细加工的方法，将被测电流导线与磁电阻元件集成在一起，可以显著提高被测电流和磁电阻元件的空间关系，进而提高电流传感器的测量精度。不同桥臂的磁电阻交替排列，可以减小不同磁电阻的失配问题，提高电流传感器的线性度。技术方案：本申请提供了一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，包括衬底、磁电阻、焊盘、次级线圈、键合引线，磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁电阻单元串构成，所述的磁电阻单元串包括一个磁电阻单元或者多个串联的磁电阻单元；其中一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串与另一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串交替排列；所述次级线圈集成在所述衬底上，所述次级线圈与所述磁电阻构成开环结构的电流传感器。本申请还提供了另一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，包括衬底、磁电阻、焊盘、次级线圈、键合引线以及初级线圈，磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁电阻单元串构成，所述的磁电阻单元串包括一个磁电阻单元或者由多个串联的磁电阻单元；其中一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串与另一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串交替排列；所述次级线圈集成在所述衬底上，所述初级线圈和所述次级线圈以及所述磁电阻构成闭环结构的电流传感器。优选的，所述磁电阻单元包括依次沉积的底部电极层、种子层、钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层、偏置层以及顶部电极层。优选的，所述隔离层为非磁性导体或者非磁性绝缘体，所述自由层为高磁导率材料层。优选的，所述偏置层在所述自由层产生的偏置磁场的方向垂直于所述被钉扎层的磁化方向。优选的，所述磁电阻的电路形式是推挽半桥、参考半桥、梯度半桥、准半桥、推挽全桥、参考全桥、梯度全桥或者准全桥。优选的，所述次级线圈位于所述磁电阻单元的正上方或者正下方。优选的，所述次级线圈具有两个端子，每个端子具有一个或多个并联连接的焊盘。优选的，所述次级线圈是导电线圈。优选的，所述磁电阻位于所述初级线圈和所述次级线圈之间。优选的，所述初级线圈和所述的次级线圈分别在同一个磁电阻单元处产生的磁场分量方向相反。针对上述电流传感器，其工艺为在晶圆上采用真空镀膜的方法，沉积磁电阻薄膜，再将磁电阻薄膜刻蚀成磁电阻单元，并将多个磁电阻单元串并联连接，构成半桥、全桥的桥式磁电阻。在桥式磁电阻上方加工电流导线，即构成了具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器。有益效果：由磁电阻传感器构成的电流传感器，温度稳定性好，精度高。不同桥臂的磁电阻单元串交替排列，提高了桥式磁电阻的匹配度，提高电流传感器的线性度。被测电流导线与磁电阻集成在一起，输出特性一致性好，应用简单。附图说明图1为磁电阻单元立体图；图2为全桥结构磁电阻传感器电路结构图；图3为全桥结构磁电阻传感器输出随外加磁场的变化关系图；图4为多根平行通电线圈周围的磁场分布图；图5为一种全桥结构开环电流传感器的磁电阻分布图；图6为第二种全桥结构开环电流传感器的磁电阻分布图；图7为第三种全桥结构开环电流传感器的磁电阻分布图；图8是桥式结构电流传感器的两个桥臂示意图；图9是两个切片构成的推挽全桥结构开环电流传感器示意图；图10是闭环电流传感器电路原理图；图11是闭环电流传感器侧视图；图12是两个切片以及初级线圈构成的推挽全桥结构闭环电流传感器示意图；图13是两个切片以及初级线圈构成的梯度全桥结构闭环电流传感器示意图；图14是初次级线圈电流方向不平行的结构示意图。附图标记：101-磁电阻单元；102-种子层；103-钉扎层；104-被钉扎层；105-被钉扎层磁化方向；106-隔离层；107-自由层；108-自由层磁化方向；109-交换偏置层；201、202、203、204-磁电阻桥臂；301-推挽全桥传感器的输出曲线；401、402、403、404-导线；405、406、407、408-磁电阻桥臂；502-导线；501-导线502的电流方向；505、506、507、508-磁电阻桥臂；503、504-磁电阻桥臂处的磁场方向；602-导线；601-导线602的电流方向；606、607、608、609-磁电阻桥臂；603-磁电阻桥臂606-609处的磁场方向；604、605-磁电阻桥臂的灵敏方向；702-导线；701-导线702的电流方向；705、706、707、708-磁电阻桥臂；703、704-磁电阻桥臂处的磁场方向；801、802-磁电阻桥臂；803-导线；806-磁电阻单元：807-磁电阻单元806的磁场方向；821、822、823、824-导线端子1；825、826、827、828-导线端子2；810、811、812、813、814、815、816、817-磁电阻桥臂的端子；901、902-切片；903、907-键合引线；904-磁场方向；905、906-切片901、902上的磁电阻灵敏方向；1001-初级线圈电流；1002-初级线圈电流的方向；1003-初级线圈的磁场方向；1004-磁电阻传感器；1005-输出端；1006-放大器；1007-驱动电路；1008-次级线圈；1010-次级线圈的磁场方向；1011-采样电阻；1105-磁电阻；1103-初级线圈；1101-次级线圈；1104-初级线圈的电流方向；1201-初级线圈；1202-初级线圈的电流方向；1203-次级线圈的电流方向；1204、1206-切片；1205、1207-切片1204、1206上的磁电阻桥臂的灵敏方向；1301-初级线圈；1302、1303-切片；1305、1307-次级线圈的电流方向；1306、1308-初级线圈上、下半部分的电流方向；1304-磁电阻桥臂的灵敏方向；1309-键合引线；1310-初级线圈两个边的中心距；1401-磁电阻单元；1402-磁电阻单元灵敏方向；1403-初级线圈的磁场方向；1405-次级线圈的磁场方向；1404、1406-磁场分量。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，包括衬底、磁电阻、焊盘、次级线圈、键合引线，其特征在于，磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁电阻单元串构成，所述的磁电阻单元串包括一个磁电阻单元或者多个串联的磁电阻单元；其中一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串与另一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串交替排列；所述次级线圈集成在所述衬底上，所述次级线圈与所述磁电阻构成开环结构的电流传感器。

【技术特征摘要】
1.一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，包括衬底、磁电阻、焊盘、次级线圈、键合引线，其特征在于，磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁电阻单元串构成，所述的磁电阻单元串包括一个磁电阻单元或者多个串联的磁电阻单元；其中一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串与另一个磁电阻桥臂的磁电阻单元串交替排列；所述次级线圈集成在所述衬底上，所述次级线圈与所述磁电阻构成开环结构的电流传感器。2.根据权利要求1所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述磁电阻单元包括依次沉积的底部电极层、种子层、钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层、偏置层以及顶部电极层。3.根据权利要求2所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述隔离层为非磁性导体或者非磁性绝缘体，所述自由层为高磁导率材料层。4.根据权利要求3所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述偏置层在所述自由层产生的偏置磁场的方向垂直于所述被钉扎层的磁化方向。5.根据权利要求1所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述磁电阻的电路形式是推挽半桥、参考半桥、梯度半桥、准半桥、推挽全桥、参考全桥、梯度全桥或者准全桥。6.根据权利要求1所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述次级线圈位于所述磁电阻单元的正上方或者正下方。7.根据权利要求1所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述次级线圈具有两个端子，每个端子具有一个或多个并联连接的焊盘。8.根据权利要求7所述的一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，其特征在于，所述次级线圈是导电线圈。9.一种具有集成电流线圈的磁电阻电流传感器，包括衬底、磁电阻、焊盘、次级线圈、键合引线以及初级线圈，其特征在于，磁电阻由至少两个磁电阻桥臂构成，每个磁电阻桥臂由磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈卫锋，郭海平，薛松生，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32