一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法，在两层软磁材料层之间设置至少一平面线圈结构，所述软磁材料层和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层、平面线圈导体和绝缘层；所述平面线圈导体固定在所述绝缘基层上，所述平面线圈导体表面涂覆所述绝缘层；所述软磁材料层的厚度大于所述平面线圈导体的宽度。本发明专利技术采用软磁薄膜带材制备软磁薄膜，薄膜和平面线圈复合构成磁传感器，工艺简单，制备方便，充分利用软磁非晶、软磁纳米晶薄膜带材材料的优良磁性能，制备的磁传感器具有高敏感度和低噪声性能。

【技术实现步骤摘要】
一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法
本专利技术涉及磁传感器领域，具体涉及一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法。
技术介绍
软磁材料在磁场中产生磁极化，磁极化率随磁场变化，利用这一特性，可以用软磁材料制作磁场传感器。例如用非常软的剩余磁场几乎为零的高极化率材料非晶丝、非晶薄膜可以产生巨磁阻抗效应。非晶合金没有晶态合金的晶粒、晶界存在，已经发现铁基、钴基合金材料的非晶态具有非常优秀的导磁性能，初始磁导率在几万到几十万。在非晶合金的基础上通过热处理获得的纳米晶结构的纳米晶软磁合金，具有更加优异的软磁性能。由于形成过程和加工方式的限制，软磁非晶，纳米晶只能够形成微丝(直径小于0.1mm)、薄膜带(厚度小于0.1mm)这样的材料形态。由于软磁非晶、纳米晶也是导体，所以可以对其直接施加电流，由电极化引起磁极化，通过磁阻抗效应，可以传感磁场。但是直接将电场施加到软磁材料形成磁传感器，存在弊端：1)软磁导率的电阻率较金、银、铜等良导体更高，产生更多的焦耳热，不仅使得传感器的功耗增大而且噪声水平增加；2)电极化频率越高，磁阻抗效应越明显，但是软磁材料的磁极化性能(磁导率)往往随频率下降。有技术提出在非晶丝上绕线圈，在同样的电流激励下，增大电极化强度以提高电磁感应效果，在低频时也能得到明显的磁抗效应，即线圈的电感随着施加磁场变化。但是，在软磁材料丝上绕线圈，需要立体加工工艺，而且由于软磁丝的体积限制，电感量和电感变化量都非常小，对应用产生限制。用软磁材料覆盖金属导体，流经导体的电流会在磁材料中产生磁通，因此磁材料会增强导体的电感量。导体的电感L由空气中磁通引起的电感Lair和软磁材料中磁通引起的电感Lsm组成，L＝Lair+Lsm。设平面线圈导体的上下表面被等尺寸的绝缘层和软磁材料层覆盖，平面线圈导体的宽为w，软磁材料层的厚度为tm，电流沿导体长度方向流动，Lsm∝tm/w，所以tm/w越大，则电感Lsm越大，那么总电感值随着相对磁导率的变化也越大。如果软磁材料层的厚度tm小于导体的宽度w，则电感Lsm非常小，表明这时软磁层对电感的影响就会非常弱，电感量对外磁场的变化不敏感。现有技术的磁传感器多数采用微加工和磁控溅射技术形成一体化平面结构元器件，微加工的导体线条宽度都在微米及以上量级，而磁控溅射等微加工表面沉积工艺制作的磁薄膜层厚度普遍在亚微米量级，所以如果全部采用现有微加工工艺来制作平面线圈磁性薄膜复合磁传感器，tm/w很低，导致磁灵敏度会非常低，甚至完全测不到电感量随外磁场的变化。
技术实现思路
为解决磁灵敏度低，软磁材料层的厚度和平面线圈导体的宽度受工艺限制，及功耗大的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，在两层软磁材料层之间设置至少一平面线圈结构，所述软磁材料层和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层、平面线圈导体和绝缘层；所述平面线圈导体固定在所述绝缘基层上，所述平面线圈导体表面涂覆所述绝缘层；所述软磁材料层的厚度大于所述平面线圈导体的宽度。进一步的，在两层所述软磁材料层之间设置有多层所述平面线圈结构，各层的所述平面线圈导体同向串联。更进一步的，每两相邻的所述平面线圈结构之间设置有所述软磁材料层。进一步的，所述软磁材料层可用一层以上软磁薄膜重叠构成。进一步的，所述软磁材料层采用软磁非晶或软磁纳米晶带材制作。进一步的，两层所述软磁材料层和所述平面线圈导体均为矩形且对应边平行。进一步的，所述软磁材料层为椭圆形，所述平面线圈导体为矩形，且所述椭圆长轴与所述矩形长边平行。进一步的，所述绝缘基层为绝缘材料薄膜，或者是涂覆在所述软磁材料层上的绝缘涂料形成的层。一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一绝缘基层，在所述绝缘基层上制作平面线圈导体，在所述平面线圈导体表面涂覆绝缘层，形成平面线圈结构；选择厚度大于所述平面线圈导体宽度的软磁薄膜带材，按照所述平面线圈结构尺寸，裁剪所述软磁薄膜带材成矩形或椭圆形，能够完全覆盖所述平面线圈结构；将所述平面线圈结构置于两片相同尺寸的所述软磁薄膜带材之间，层叠布设紧密贴合，各层间无间隙；所述平面线圈结构和上层的所述软磁薄膜带材根据需要依次重复多层层叠布设。进一步的，所述平面线圈导体通过溅射、镀膜、印刷和3D打印中的任意一种方式制作。本专利技术软磁材料层采用软磁非晶或软磁纳米晶带材，克服了软磁材料层的厚度受工艺限制难题，在结构上保证了软磁材料层的厚度大于导体的宽度，tm/w越大，则电感Lsm越大，那么总电感值随着相对磁导率的变化也越大，所以制备的磁传感器具有高敏感度。本专利技术通过软磁材料叠层，增加软磁层厚度，这样就可以相应增加平面线圈的宽度，减小线圈的欧姆电阻，从而降低器件应用中的功耗和热噪声，有利于提高传感器的性能。相比现有技术,本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用软磁薄膜带材制备软磁薄膜，薄膜和平面线圈复合构成磁传感器，工艺简单，制备方便，更重要的是可以充分利用软磁非晶、软磁纳米晶薄膜带材材料的优良磁性能，制备的磁传感器具有高敏感度和低噪声性能。附图说明图1软磁薄膜平面线圈复合磁传感器结构示意图；图2椭圆形软磁薄膜平面线圈磁传感器结构示意图；图3重复层叠结构磁传感器结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。实施例一，如图1软磁薄膜平面线圈复合磁传感器结构示意图，在两层所述软磁材料层2之间设置一平面线圈结构，所述软磁材料层2和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层2均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层1-1、平面线圈导体1-2和绝缘层1-3；具体的制作方法：提供一绝缘基层1-1，在所述绝缘基层上制作平面线圈导体1-2，在所述平面线圈导体表面涂覆绝缘层1-3，形成平面线圈结构；选择厚度大于所述平面线圈导体宽度的软磁薄膜带材作为软磁材料层2，按照所述平面线圈结构尺寸，裁剪所述软磁薄膜带材成矩形或椭圆形，能够完全覆盖所述平面线圈结构，为了降低退磁场，磁场敏感方向的尺寸大于非敏感方向尺寸，传感器的磁场敏感方向位于椭圆长轴方向或矩形长边方向；将所述平面线圈结构置于两片相同尺寸的所述软磁薄膜带材之间，层叠布设紧密贴合，各层间无间隙；所述平面线圈结构和上层的所述软磁薄膜带材根据需要依次重复多层层叠布设。实施例二，如图2椭圆形软磁薄膜平面线圈磁传感器结构示意图；所述软磁材料层2裁剪为椭圆形，椭圆薄膜能够完全覆盖平面线圈，传感器的磁场敏感方向位于椭圆的长轴。实施例三，如图3重复层叠结构磁传感器结构示意图；在图1所示结构上，所述平面线圈结构和上层的所述软磁材料层2依次重复多层层叠布设。实施例四，在软磁薄膜带材的表面涂绝缘层，在绝缘层上制作平面线圈，在线圈的导体表面涂覆绝缘层，在绝缘层上覆盖所述软磁薄膜带材。以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，在两层软磁材料层之间设置至少一平面线圈结构，所述软磁材料层和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层、平面线圈导体和绝缘层；所述平面线圈导体固定在所述绝缘基层上，所述平面线圈导体表面涂覆所述绝缘层；所述软磁材料层的厚度大于所述平面线圈导体的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，在两层软磁材料层之间设置至少一平面线圈结构，所述软磁材料层和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层、平面线圈导体和绝缘层；所述平面线圈导体固定在所述绝缘基层上，所述平面线圈导体表面涂覆所述绝缘层；所述软磁材料层的厚度大于所述平面线圈导体的宽度。2.根据权利要求1所述的一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，在两层所述软磁材料层之间设置有多层所述平面线圈结构，各层的所述平面线圈同向串联。3.根据权利要求2所述的一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，每两相邻的所述平面线圈结构之间设置有所述软磁材料层。4.根据权利要求1所述的一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，所述软磁材料层可用一层以上软磁薄膜重叠构成。5.根据权利要求1所述的一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，所述软磁材料层采用软磁非晶或软磁纳米晶带材制作。6.根据权利要求1所述的一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器，其特征在于，两层所述软磁材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：文玉梅，李平，卞雷祥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31