Z制造技术

本申请提供一种

【技术实现步骤摘要】
Z轴磁场传感器及其加工制备方法


[0001]本专利技术涉及磁场测量
，具体而言，涉及一种
Z
轴磁场传感器及其加工制备方法
。

技术介绍

[0002]磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中，可以通过感应磁场强度变化来测量电流
、
位置
、
运动
、
以及方向等物理参数；在此过程中通常涉及到
Z
轴磁场的测量，即测量磁传感器所在平面法线方向磁场
。
[0003]目前
Z
轴磁场的测量主要是通过检波线圈
、
霍尔元件或磁阻元件等方式实现
。
检波线圈空间分辨率低，灵敏度有限，频率特性有限；霍尔元件灵敏度低，功耗高，温度特性差；磁阻元件的敏感方向一般处于平面内方向，使其在垂直磁场以及三轴矢量磁场检测等场合的应用受到限制
。

技术实现思路

[0004]为了实现更好的垂直磁场检测，本专利技术提供了一种
Z
轴磁场传感器及其加工方法，以解决现有
Z
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述
Z
轴磁场传感器包括：基底
、
磁通转换模块
、
磁感应模块和输出模块；所述磁通转换模块设置于所述基底的沟槽内部或位于所述基底的上方；所述磁通转换模块用于将待测磁场调制，在
X
轴方向上产生磁场分量，以形成目标磁通路径；其中，所述待测磁场的方向为
Z
轴方向；所述磁感应模块包括至少两个磁感应单元；所述磁感应单元沿
Z
轴方向设置于所述磁通转换模块之间，所述磁感应单元用于在所述目标磁通路径的作用下，产生差分电压信号；其中，所述磁感应单元由至少一个磁电阻敏感元件构成，且所述磁感应单元的灵敏度方向相同；所述磁感应模块采用差分全桥
、
差分半桥
、
推挽全桥
、
推挽半桥中的至少一种结构感应所述磁通转换模块的磁场，产生差分电压信号并通过所述输出模块形成所述待测磁场的输出信号；其中，所述基底所在的平面为
X
轴和
Y
轴构成的平面，所述磁通转换单元沿
X
轴方向设置，垂直于所述基底所在的平面为
Z
轴所在平面
。2.
根据权利要求1所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通转换模块包括至少一个第一磁通转换单元和至少一个第二磁通转换单元；所述第一磁通转换单元和所述第二磁通转换单元沿
Z
轴方向设置于所述磁感应单元两侧；所述第一磁通转换单元和第二磁通转换单元用于将所述待测磁场聚磁放大，以形成所述目标磁通路径，并在所述第一磁通转换单元和所述第二磁通转换单元的间隔位置处产生
X
轴方向上的磁场分量；其中，所述第一磁通转换单元和所述第二磁通转换单元在所述
X
轴上的投影不重叠或重叠部分小于重叠阈值
。3.
根据权利要求2所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述基底包括第一基底和第二基底；所述第一磁通转换单元设置于所述第一基底的沟槽内，所述第二磁通转换单元设置于所述第二基底的沟槽内
。4.
根据权利要求3所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述磁感应单元包括至少一个第一磁感应单元和至少一个第二磁感应单元；所述第一磁感应单元和所述第二磁感应单元沿
Z
轴方向设置，使所述第一磁感应单元和所述第二磁感应单元分别位于不同的两个
X
轴和
Y
轴构成的平面中；所述第一磁感应单元集成于所述第一基底上，所述第二磁感应单元集成于所述第二基底上；所述第一磁感应单元和第二磁感应单元的灵敏度方向相同或不同
。5.
根据权利要求2所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通转换模块还包括磁通连接单元；所述磁通连接单元设置于第一磁通转换单元和第二磁通转换单元之间；其中，所述磁通连接单元的材料为金属软磁材料；所述磁通连接单元的金属软磁材料沿
X
轴方向分布，将第一磁通转换单元
、
第二磁通转换单元的磁通路径连接并沿平行
X
轴方向进行引导；所述磁感应单元设置于所述磁通连接单元的金属软磁材料内部或设置于所述磁通转
换模块的金属软磁材料之间的空隙处
。6.
根据权利要求2所述的一种
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通转换模块还包括增强磁通转换单元；所述增强磁通转换单元在
Z
轴方向上叠加于所述第一磁通转换单元，和
/
或，第二磁通转换单元上，对所述待测磁场实现进一步的聚集放大
。7.
根据权利要求1所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述磁感应单元分别由至少一个磁电阻敏感元件串并联构成；其中，所述磁电阻敏感元件为各向异性磁电阻
AMR、
巨磁电阻
GMR、
隧道磁电阻
TMR
中的任意一种
。8.
根据权利要求1所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述输出模块包括开环信号调理电路，或闭环信号调理电路和磁场反馈线圈；所述开环信号调理电路对所述差分电压信号进行调理放大
、
温度补偿和线性度修正后形成所述
Z
轴磁场传感器的输出信号；所述闭环信号调理电路
、
磁场反馈线圈和磁感应单元构成闭环磁场反馈结构；所述差分电压信号经所述闭环信号调理电路放大后，通过所述磁场反馈线圈产生反馈磁场达到磁场动态平衡；所述磁场反馈线圈的反馈电流进行取样后形成所述
Z
轴磁场传感器的输出信号
。9.
根据权利要求1所述的
Z
轴磁场传感器，其特征在于，所述
Z
轴磁场传感器还包括引线焊盘和机械支架外壳；所述
Z
轴磁场传感器采用的制备工艺为单芯片集成
。10.
一种
Z
轴磁场传感器的加工方法，其特征在于，所述加工方法用于加工包括基底
、
磁通转换模块和磁感应模块的
Z
轴磁场传感器；所述磁感应模块包括至少两个磁感应单元；所述磁通转换模块包括至少一个第一磁通转换单元和至少一个第二磁通转换单元；所述加工方法包括：将
MR
磁阻薄膜沉积于所述基底的表面，并加工形成所述磁感应单元；在沉积了所述磁感应单元的基底的表面沉积钝化层；其中，所述钝化层用于保护所述磁感应单元；在所述基底上沿
X
轴方向形成一个或一个以上间隔分布的沟槽，并在所述沟槽中沉积高磁导率金属软磁材料构成所述磁通转换模块中的第一磁通转换单元；在所述基底钝化层上方通过沉积和半导体微加工形成一个或一个以上间隔分布的金属软磁材料，构成磁通转换模块中的第二磁通转换单元；将所述第一磁通转换单元和第二磁通转换单元均匀设置于所述磁感应单元两侧；其中，所述第一磁通转换单元和所述第二磁通转换单元在
X
轴上的投影不重叠或重叠部分小于重叠阈值；其中，所述磁通转换模块用于将磁场方向为
Z
轴方向的待测磁场调制，在
X
轴方向上产生磁场分量，以形成目标磁通路径；所述磁感应单元用于在所述目标磁通路径的作用下，产生差分电压信号；所述基底所在的平面为
X
轴和
Y
轴构成的平面，所述磁通转换单元沿
X
轴方向设置，垂直于所述基底所在的平面为
Z
轴所在平面
。11.
根据权利要求
10
所述的加工方法，其特征在于，在所述基底上采用反面
DRIE
深反应离子刻蚀工艺形成所述沟槽，所述沟槽开口位于所述基底远离
MR
磁阻薄膜的一面；沉积金属软磁材料后，采用
CMP
化学机械抛光工艺进行抛光
。
12.
根据权利要求
10
‑
11
中任一项所述的加工方法，其特征在于，在
MR
磁阻薄膜所在面和
/
或临近
MR
磁阻薄膜的基底表面，沉积有一个或一个以上的沿
X
轴方向间隔分布的金属软磁材料，形成磁通连接单元
。13.
根据权利要求
10
‑
11
中任一项所述的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明峰，施然，薛松生，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：