一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴磁场分量在XY平面内梯度，从而对磁性介质进行磁成像，其包括Si衬底、分隔Lg距离的两个或两组包含多个通量引导器的集合，以及电互连的磁电阻传感单元排列，磁电阻传感单元位于Si衬底上，且位于通量引导器边缘的上方或下方，通量引导器将Z轴磁场分量转变成平行于Si衬底表面并沿磁电阻传感单元的敏感轴方向，磁电阻传感单元电连接成半桥或者全桥梯度计排列，其中相对的桥臂分隔Lg距离，该传感器芯片可以和PCB、PCB+背磁或PCB+背磁+封装壳样式使用，本发明专利技术实现了利用平面敏感磁阻传感器对Z轴磁场梯度的测量，具有小尺寸、低功耗、比Hall传感器具有更高磁场灵敏度等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片
本专利技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片。
技术介绍
磁阻梯度传感器广泛应用于齿轮速度传感器、磁性图像传感器，如POS机磁头、验钞机磁头等，通常情况下，磁阻传感器如GMR、TMR传感器具有平面敏感单元，其磁场敏感方向平行于传感器所在的芯片平面，而Hall传感器则具有垂直于平面的Z轴敏感方向，目前Hall传感器在用于磁性图像传感器时,主要有Murata的InSb薄膜材料的Hall效应磁头，基于Z轴磁场分量进行测量。然而不论是基于Z轴磁场分量进行测量的Hall传感器，还是基于平面内磁场分量进行测量的GMR、TMR传感器，都存在一定的问题:I)由于InSb不是一个标准的材料，采用的是非标准的半导体制造工艺，因此，相对于TMR、GMR等传感器的标准半导体制造工艺来说，其制造工艺较为复杂；2)目前所有的基于GMR、TMR的磁性图像传感器主要基于平面内磁场敏感方向的，在用于验钞机磁头时，需要使用一个表面切割深槽的背磁体，形状较为复杂，因此表面产生的磁场分布不均勻，而基于InSb的Z轴传感器背磁可以使用一个Z轴方向磁化的背磁块，结构较为简单；3)相对于GMR、TMR传感器而言，Hall效应传感器磁场灵敏度较低、稳定性差(灵敏度、offset以及电阻)、可重复性差(难于控制off set和灵敏度变化)
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术提出了一种磁电阻Z轴梯度计芯片，结合GMR、TMR传感器的标准制造工艺和Z轴传感器背磁的优点，成功解决了以上问题的不足，实现了利用平面敏感磁阻传感器对Z轴磁场梯度的测量，具有小尺寸、低功耗、比Hall传感器具有更高磁场灵敏度等优点。本专利技术所提出的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括Si衬底、位于所述Si衬底上的电互连成全桥梯度计或半桥梯度计的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两个或两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向；所述每组通量弓I导器包含至少两个通量弓I导器，所述两个或两组通量弓I导器之间的间距为Lg，所述全桥梯度计或半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg。优选的，所述磁电阻传感单元为GMR和/或TMR传感单元。优选的，所述通量引导器为选自Co、Fe、和Ni中的一种或几种元素组成的软磁合金。[0011 ] 优选的，所述通量弓I导器为长条形状，其长轴沿Y方向，短轴沿X方向，其长度Ly大于宽度Lx，也大于厚度Lz。优选的，所述磁电阻传感单元到对应的所述通量引导器的Y轴方向中心线的垂直距离小于或等于l/3*Lx时，能增加所述磁电阻传感单元的磁场工作范围。优选的，所述磁电阻传感单元的位置到所述Y轴方向中心线的垂直距离越大，或所述通量引导器的厚度Lz越大，或者所述通量引导器的宽度Lx越小，所述磁电阻传感单元的磁场灵敏度越高。优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包含两个所述通量引导器，排列成两行一列阵列，其行方向为Y轴方向，列方向为X轴方向，且行间距Lg对应为梯度特征距离。优选的，所述半桥梯度计中的两个桥臂分别对应于所述两个通量引导器，所述两个桥臂位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，两个所述桥臂上的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。优选的，所述全桥梯度计中的两个半桥分别对应于所述两个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。优选的，所述全桥梯度计的两个半桥中任一半桥的两个桥臂分别位于两个通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂对应同一通量引导器且对称分布在该通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。优选的，每组通量引导器均为2*N(N>1)个，所述两组通量引导器成两行一列的阵列，且行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器成N行一列的阵列，行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg。优选的，所述半桥梯度计的两个桥臂上的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器，且所述两个桥臂的磁电阻传感单元位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述磁电阻传感单元具有相同敏感方向。优选的，所述全桥梯度计中的两个半桥的磁电阻传感单元分别对应于所述两组通量引导器的N个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器且位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同敏感方向。优选的，所述全桥梯度计的两个半桥中任一个半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应于两组通量引导器中的的N个通量引导器且位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元对应同一组通量引导器的N个通量引导器且对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。优选的，每一所述桥臂的磁电阻传感单元的数量相同，且磁电阻传感单元串联，并联或者混合串并联电互连成两端口结构，且所述桥臂均具有相同电互连结构。优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片通过引线键合方式与PCB进行电连接。优选的,所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片通过娃片通孔(Through Silicon Vias,TSV)与PCB进行电连接。优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一 PCB上，用于检测永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有高的磁场灵敏度和高于所述永磁磁性介质所产生的Z轴方向磁场的饱和磁场。优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一 PCB上，所述PCB背面设有一个永磁块以产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有更大于所述永磁体产生磁场的饱和磁场。优选的，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片安装于一 PCB上，所述PCB背面设有一用于产生垂直于所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片的磁场的永磁体,所述PCB放置于一个封装壳中，所述封装壳包括一个安装支架、位于背部的插针电极，所述PCB和所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片位于所述安装支架中，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片设计为具有高于永磁体磁场的饱和磁场和高磁场灵敏度。优选的，所述磁电阻传感单元的敏感方向为X轴方向。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1磁电阻Z轴梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括：Si衬底、位于所述Si衬底上的电互连成全桥梯度计或半桥梯度计的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两个或两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向；所述每组通量引导器包含至少两个通量引导器，所述两个或两组通量引导器之间的间距为Lg，所述全桥梯度计或半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg。

【技术特征摘要】
1.一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片,用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括: Si衬底、位于所述Si衬底上的电互连成全桥梯度计或半桥梯度计的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两个或两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向； 所述每组通量引导器包含至少两个通量引导器，所述两个或两组通量引导器之间的间距为Lg，所述全桥梯度计或半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg。2.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元为GMR和/或TMR传感单元。3.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述通量引导器为选自Co、Fe和Ni中的一种或几种兀素组成的软磁合金。4.根据权利要求1所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述通量引导器为长条形状，其长轴沿Y轴方向，短轴沿X轴方向，其长度Ly大于其宽度Lx和厚度Lz。5.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元到对应的所述通量引导器的Y轴方向中心线的垂直距离小于或等于l/3*Lx。6.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述磁电阻传感单元的位置到所述 Y轴方向中心线的垂直距离越大，或所述通量引导器的厚度Lz越大，或所述通量引导器的宽度Lx越小，所述磁电阻传感单元的磁场灵敏度越高。7.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，包含两个所述通量引导器，排列成两行一列的阵列，其行方向为Y轴方向，列方向为X轴方向。8.根据权利要求7所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述半桥梯度计中的两个桥臂分别对应于所述两个通量引导器，所述两个桥臂位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，两个所述桥臂上的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。9.根据权利要求7所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述全桥梯度计中的两个半桥分别对应于所述两个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计中的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。10.根据权利要求7所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，所述全桥梯度计的两个半桥中任一半桥的两个桥臂分别位于两个通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂对应同一通量引导器且对称分布在该通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计中的所述磁电阻传感单元具有相同的敏感方向。11.根据权利要求4所述的一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，其特征在于，每组通量引导器均为2*N(N>1)个，所述两组通量引导器成两行一列的阵列，且行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32