磁晶片及傳感器的製造方法
2023-12-09 17:14:51 2
磁晶片及傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種磁晶片，包括襯底和設於所述襯底表面的至少一個惠斯通電橋，所述惠斯通電橋包括多條磁感應膜，其特徵在於，同一所述惠斯通電橋中的所述磁感應膜設置在同一直線上。該磁晶片的一致性好，靈敏度高。本發明還提供一種傳感器。
【專利說明】磁晶片及傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於精密測量領域，具體涉及一種磁晶片及傳感器。
【背景技術】
[0002]傳感器是利用磁阻效應獲得的傳感器，被廣泛應用於用於金融領域的驗鈔機磁頭和讀卡器或者重放磁記錄信息的磁頭等。傳統的傳感器包含線圈和鐵芯，線圈感應磁場而產生電動勢，而且該感生電動勢的大小與磁場強度成比例，即利用線圈和鐵芯作為磁檢測部件。
[0003]隨著金融業的發展，傳感器逐漸向小型化和超薄化發展，尤其是行動支付終端業務的興起。同時對傳感器的靈敏度和抗幹擾能力提出了更高的要求。對於傳統的傳感器而言，增加線圈的匝數可以提高傳感器的靈敏度抗幹擾能力，然而必然增大傳感器的體積，無法實現小型化和超薄化。因此，傳統的傳感器已無法適應金融業的發展要求。
[0004]為此，相關技術人員開發了磁晶片，即利用磁晶片作為磁檢測部件，磁晶片包括磁感應膜形成的惠斯通電橋，但是在檢測方向(磁晶片與被檢測介質的相對移動方向)上，構成惠斯通電橋的磁感應膜之間相隔一定間隙，影響了磁晶片的一致性和靈敏度。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題就是針對傳感器中存在的上述缺陷，提供一種磁晶片，其靈敏度和一致性高。
[0006]為此，本發明提供一種磁晶片，包括襯底和設於所述襯底表面的至少一個惠斯通電橋，所述惠斯通電橋包括多條磁感應膜，同一所述惠斯通電橋中的所述磁感應膜設置在同一直線上。
[0007]其中，所述惠斯通電橋包括兩條磁感應膜，所述兩條磁感應膜形成惠斯通半橋電路，每條所述磁感應膜作為惠斯通半橋電路的一個橋臂，並且所述兩條磁感應膜的釘扎方向相反。
[0008]其中，所述惠斯通電橋包括四條磁感應膜，所述四條磁感應膜形成惠斯通全橋電路，每條所述磁感應膜作為惠斯通全橋電路的一個橋臂，並且相鄰兩橋臂的釘扎方向相同。
[0009]其中，不同所述惠斯通電橋的所述磁感應膜設置在同一直線上。
[0010]其中，在所述惠斯通電橋中，位於最外側的所述磁感應膜的邊緣端還設有與其連接的補償偏置膜。
[0011]其中，所述磁感應膜為GMR膜、巨磁阻膜、霍爾效應膜、各向異性磁阻膜、隧道效應磁阻膜或巨霍爾效應膜。
[0012]其中，所述磁感應膜為連續不間斷薄膜或不連續間斷薄膜。
[0013]其中，所述惠斯通電橋包括多個晶片焊盤，所述多個晶片焊盤與對應地所述磁感應膜電連接，以利於電連接所述磁感應膜。
[0014]本發明還提供一種傳感器，包括磁檢測部件、支架、外殼和線路板，所述支架和所述外殼扣合在一起形成容納空間，所述磁檢測部件設於所述容納空間內，所述線路板用於將所述磁檢測部件獲得的電壓信號輸出，所述磁檢測部件為磁晶片，所述磁晶片採用本發明提供的所述磁晶片。
[0015]其中，所述線路板為軟線路板。
[0016]其中，還包括由導磁材料製作的磁調製裝置，所述磁調製裝置設有容納部，所述磁晶片設於所述容納部。
[0017]其中，所述外殼採用鐵氧體、坡莫合金或矽鋼片材料製作，在所述外殼上設有與所述磁晶片數量一致的窗口，每一所述磁晶片對應一所述窗口，所述磁晶片的感應面朝向所述窗口。
[0018]其中，所述外殼採用鐵氧體、坡莫合金或矽鋼片材料製作，在所述外殼上設有一窗口，所述磁晶片與所述窗口相對，且所述磁晶片的感應面朝向所述窗口。
[0019]其中，所述外殼採用非屏蔽材料製作。
[0020]其中，在所述外殼頂面的內側設有凹槽，所述凹槽的數量及設置位置與所述磁晶片的數量和位置一致，所述磁晶片對應地嵌於所述凹槽。
[0021]其中，在所述外殼頂面的內側設有一個凹槽，所述磁晶片嵌於所述凹槽。
[0022]其中，所述外殼的頂面為弧面或平面。
[0023]其中，在所述外殼和所述支架之間設有還設有屏蔽板。
[0024]其中，在所述屏蔽板的兩相對側設有凸部，在所述外殼上設有與所述凸部位置及形狀相匹配的凹部，所述支架和所述外殼扣合在一起時，所述凸部卡接在所述凹部；在所述支架上設有固定部，所述外殼和所述支架通過所述固定部固定在一起。
[0025]其中，所述屏蔽板採用坡莫合金或鐵氧體或矽鋼片材料製作。
[0026]其中，所述支架的兩端設有連接部。
[0027]本發明具有以下有益效果:
[0028]本發明提供的磁晶片，將每一輸出通道中構成惠斯通電橋的多條磁感應膜設置在同一直線上，以提高磁感應膜的對稱性，從而可以提高磁晶片的一致性和靈敏度。
[0029]本發明提供的傳感器，磁檢測部件採用磁晶片，減小了傳感器的厚度和體積，使傳感器適於小型化和超薄化，傳感器的厚度可以從現有5.5_減小至3_以下；磁晶片中每一惠斯通電橋的多條磁感應膜設置在同一直線上，可以提高磁感應膜的對稱性，從而提高了磁晶片的一致性和靈敏度，進而提高傳感器的一致性和靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明實施例傳感器的結構示意圖；
[0031]圖2為本發明實施例傳感器的分解圖；
[0032]圖3a為本發明實施例磁晶片的結構示意圖；
[0033]圖3b為本發明另一實施例磁晶片的結構示意圖；
[0034]圖3c為本發明再一實施例磁晶片的結構示意圖；
[0035]圖4為本發明又一實施例磁晶片的結構示意圖；
[0036]圖5為本發明另一實施例傳感器的分解圖；
[0037]圖6為本發明又一實施例傳感器的分解圖；
[0038]圖7為圖6所示傳感器的局部放大圖；
[0039]圖8a為本發明一個優選實施例傳感器的分解圖；
[0040]圖8b為圖8a所示優選實施例傳感器的部分結構的放大圖；
[0041]圖9a為本發明另一實施例傳感器的結構示意圖；
[0042]圖9b為圖9a所示實施例傳感器的分解圖；
[0043]圖9c為圖9a所示實施例傳感器中部分結構的放大圖；
[0044]圖1Oa為本發明一個優選實施例外殼的結構不意圖；
[0045]圖1Ob為本發明另一優選實施例外殼的結構不意圖。
【具體實施方式】
[0046]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的磁晶片和傳感器進行詳細描述。
[0047]如圖1和圖2所示，傳感器包括支架1、外殼2、磁檢測部件和線路板4，支架I和外殼2扣合在一起形成容納空間，磁檢測部件設於該容納空間內。磁檢測部件用於感應設於被檢測介質內的磁媒介的磁場，並獲得電壓信號。線路板4用於將磁檢測部件獲得的電壓信號輸出，即，在線路板4上設有布線(圖中未示出)，線路板4的一端設於外殼2內，另一端自外殼2伸出，磁檢測部件的輸入、輸出端與設於線路板4的布線對應電連接，檢測部件3獲得的電壓信號通過設於線路板4上的布線輸出。
[0048]本實施例傳感器設有三個磁檢測部件。實際上，磁檢測部件的數量可以根據實際需要任意設定。這裡僅以一個磁檢測部件為例進行介紹。
[0049]在本實施例中，磁檢測部件為磁晶片。如圖3a所示，磁晶片3包括襯底31、和惠斯通電橋，每一惠斯通電橋對應一個輸出通道。惠斯通電橋包括兩條磁感應膜32和三個焊盤33，惠斯通電橋設於襯底31的表面，也就是磁感應膜32和焊盤33設於襯底31的表面，兩條磁感應膜32形成惠斯通半橋，每條磁感應膜32作為惠斯通半橋的一個橋臂。而且兩條磁感應膜32的釘扎方向相反，即相鄰兩個橋臂的釘扎方向相反。在本實施例中，將兩條磁感應膜32設於同一直線上，也就是說，形成惠斯通半橋的橋臂均在同一直線上，以使兩個橋臂可以同時感應磁場。因此，惠斯通半橋的橋臂設於同一直線與惠斯通半橋的橋臂不在同一直線相比，橋臂之間的對稱性更好，不僅可以提高磁晶片3的一致性，而且可以提高磁晶片3的靈敏度。焊盤33與磁感應膜32對應電連接，以利於磁晶片3與線路板4進行電連接，即磁感應膜32通過焊盤33與設於線路板4的布線電連接。
[0050]圖3b為本發明另一實施例磁晶片的結構示意圖。如圖3b所示，磁晶片3包括襯底31和惠斯通電橋，惠斯通電橋包括四條磁感應膜32和五個焊盤33，磁感應膜32和焊盤33設於襯底31的表面，四條磁感應膜32形成惠斯通全橋，每條磁感應膜32作為惠斯通全橋的一個橋臂，相鄰兩個橋臂的釘扎方向相反，即相對兩橋臂所對應的磁感應膜的釘扎方向相反。四條磁感應膜32設於同一直線，從而提高了橋臂之間的對稱性，進而提高了磁晶片3的一致性和靈敏度。焊盤33與磁感應膜32對應電連接，有利於磁晶片3與線路板4進行電連接。
[0051]作為本發明的一實施例，如圖3b所不,在惠斯通電橋中，位於最外側的磁感應膜32的邊緣端還設有補償偏置膜，補償偏置膜從磁感應膜32的邊緣端彎折延長，從而增強了磁感應膜32邊緣的感應區域，當磁媒介從磁晶片3的邊緣划過時，磁晶片3可以輸出較強的電壓信號。焊盤33設於補償偏置膜的端部，其它結構與圖2a和圖2b所示磁晶片的結構相同，在此不再贅述。
[0052]如圖4所示，磁晶片3包括襯底31和三個惠斯通電橋3a、3b、3c，每一惠斯通電橋包括兩條磁感應膜32和三個焊盤33，磁感應膜32和焊盤33設於襯底31的表面，兩條磁感應膜32形成惠斯通半橋，每條磁感應膜32作為惠斯通半橋的一個橋臂，而且，相鄰兩個橋臂的釘扎方向相反。焊盤33與磁感應膜32對應電連接，以利於磁晶片3與線路板4進行電連接。當磁晶片3包括多個惠斯通電橋時，構成不同惠斯通電橋的磁感應膜優選設置在同一直線上，也就是說，磁晶片3所包括的磁感應膜均在同一直線上，以提高磁感應膜的對稱性，從而可以提高磁晶片的一致性和靈敏度。另外，該惠斯通電橋既可以是惠斯通半橋，也可以是惠斯通全橋。
[0053]在本實施例中，磁感應膜可以為GMR膜、巨磁阻膜、霍爾效應膜、各向異性磁阻膜、隧道效應磁阻膜或巨霍爾效應膜。另外，每條磁感應膜32可以為連續不間斷薄膜，也可以為不連續間斷薄膜。
[0054]如圖1和圖2所示，線路板4可以採用硬質線路板，磁檢測部件固定於線路板4的上表面，並用金線將焊盤33與設於線路板4上的布線對應電連接。在實際使用過程中，硬質線路板的厚度較厚，由此獲得的傳感器的厚度較厚。而且，由於金線基本上位於傳感器的頂端，使用過程中，金線與焊盤33之間的焊點容易受損。為此，在本實施例中，線路板4採用軟線路板(或稱柔性線路板)，軟線路板置於磁晶片3的頂面，並使磁晶片3的焊盤與設於軟線路板的布線對應電連接。軟線路板的厚度可以達到0.2毫米以下，從而降低了傳感器的厚度；而且，軟線路板與磁晶片3之間的焊點位於軟線路板的下方，完全解決了金線及其焊點受損的問題，提高傳感器的使用壽命。
[0055]在本實施例中，外殼2採用屏蔽材料製作，如鐵氧體、坡莫合金或矽鋼片等材料製作。此時，在外殼2上設置窗口 21。由於本實施例傳感器設有三個磁晶片3,因此,在外殼2上對應地設有三個窗口 21，一個磁晶片3對應一個窗口 21，磁晶片3的感應面朝向窗口21。磁晶片3通過與之對應的窗口感應被檢測介質內的磁媒介的磁場。
[0056]需要說明的是，雖然在本實施例中，窗口 21的數量與磁晶片3的數量一致。實際上，窗口 21的數量並不是必須與磁晶片3的數量一致。在外殼2上設置一個窗口 21,窗口21的尺寸只要能夠使所有磁晶片3正對窗口 21。如圖5所示，傳感器僅設有一個窗口 21，三個磁晶片3均與窗口 21相對。該傳感器的其它結構特徵與圖1所示傳感器相同，在此不再贅述。
[0057]還需說明的是，外殼2也可以採用非屏蔽材料製作，如塑料、鋁合金或樹脂等。當採用非屏蔽材料製作外殼2時，就不需在外殼2上設置窗口 21，以減少加工工序，降低成本。
[0058]如圖1、圖2和圖5所示，在支架I和外殼2之間還設有屏蔽板5，屏蔽板5採用坡莫合金或鐵氧體或娃鋼片材料製作。在屏蔽板5的兩相對側設有凸部51,在外殼2上設有與凸部51位置及形狀相匹配的凹部22。支架I和外殼2扣合在一起時，凸部51卡接在凹部22，從而使屏蔽板5與外殼2的位置固定。在支架I上還設有固定部12，將固定部12和外殼2焊接或粘結，可以將支架I和外殼2固定在一起。具體地，在支架I上設有四個固定部12，兩個固定部12為一組。每組固定部中的兩個固定部12之間的距離與設於屏蔽板5的凸部51的寬度匹配，也就是將凸部51卡在兩個固定部12之間，藉助凸部51和固定部12將屏蔽板5和支架I的相對位置保持恆定，以利於傳感器的裝配。在支架I和外殼2固定時，即可將屏蔽板5壓接在支架I和外殼2之間。為了減輕支架I的重量，還可以在支架I上還置開口 11。當在支架I上設置開口 11時，屏蔽板5的尺寸優選能夠將開口 11封閉。
[0059]線路板4採用與屏蔽板5相同的固定方式固定。具體地，在線路板4上設有與凹部22相匹配的凸部41，利用該凸部41可以將線路板4壓接在支架I和外殼2之間。同時，可以將其中一個凸部41延伸，以將磁晶片3獲得的電壓信號自外殼2引出。
[0060]在支架I的兩端還設有連接部13，用以傳感器與其它部件的連接固定。
[0061 ] 如圖6和圖7所示，在又一實施例中，傳感器還包括磁調製裝置6，磁調製裝置6採用導磁材料製作，如坡莫合金、鐵氧體或矽鋼片材料。在磁調製裝置6上設有容納部61，磁晶片3置於容納部61內。磁調製裝置6可以提高傳感器的靈敏度和抗幹擾能力。
[0062]在上述實施例中，外殼2的頂面(靠近被檢測介質的面)為弧面，但本發明並不局限於此。如圖8a和圖8b所不,在另一優選實施例中，外殼2的頂面為平面，以減小外殼2的厚度，從而進一步減小傳感器的厚度。需說明的是，由於本發明提供的傳感器為非接觸式測量，外殼2與被檢測介質不直接接觸。因此，將外殼2的頂面設為平面不會影響傳感器的使用壽命。
[0063]外殼2採用屏蔽材料製作，在外殼2的頂面設有三個窗口 21，而且，窗口 21不設於對稱中心，而是偏向一側設置。實際上，窗口 21的位置取決於磁晶片3的位置，磁晶片3的位置綜合考慮線路板4元器件的布局。當外殼2的頂面設為平面時，窗口 21的位置不在局限於中心位置，而是可以根據磁晶片3的位置任意設置，從而提高傳感器設計的靈活性。
[0064]為了減輕支架I的重量，在支架I上還可以設置開口 11和/或開槽14。優選實施例的其它結構與前述實施例相同或相似，在此不再贅述。
[0065]如圖9a、圖9b和圖9c所示，外殼2的頂面同樣採用平面結構。不同之處在於，夕卜殼2採用非屏蔽材料製作，而且外殼2上不再設置窗口 21。採用非屏蔽材料製作外殼2，可以降低外殼2的材料成本,而且簡化了外殼2的製作工藝，降低了外殼2的製作成本。
[0066]在一個優選實施例中，如圖1Oa所不,外殼2頂面的內側設有凹槽23,凹槽23的數量與磁晶片3的數量相等，而且凹槽23的設置位置與磁晶片3的位置相對，即一個凹槽對應一個凹槽23。裝配時，將磁晶片3嵌入凹槽23，其目的是為了使磁晶片3的感應面儘可能地靠近外殼2的頂面，從而提高傳感器的靈敏度。不難理解，凹槽23的深度優選不影響外殼2強度的情況下儘可能地靠近外殼2的頂面。
[0067]在另一優選實施例中，如圖1Ob所示，外殼2頂面的內側設置一個凹槽23，凹槽23的尺寸以能夠將傳感器中所有磁晶片3嵌入即可。凹槽23的數量可以根據實際裝配情況以及加工的難易選擇。
[0068]本實施例傳感器同樣可以設置磁調製裝置6，磁調製裝置6的數量與磁晶片3的數量相等，磁調製裝置6設有容納部61，磁晶片3設於該容納部61。磁調製裝置6可以改善磁晶片3周圍磁場的分布，從而提高傳感器的抗幹擾能力以及靈敏度。
[0069]在一個變型實施例中，磁調製裝置6的數量與磁晶片3的數量不一致，即，將一個或多個磁晶片3設於磁調製裝置6的容納部61，如，將多個的磁晶片3設於一個磁調製裝置6的容納部61，並沿容納部61的長度方向排列。
[0070]使用時，首先將磁晶片3設於磁調製裝置6的容納部61，然後將磁調製裝置6設於線路板4的表面，再將磁晶片3與設於線路板4的布線對應電連接。
[0071]如圖9c所示，在線路板4上還設有用於放大磁晶片3獲得的電壓信號的放大電路、對電壓信號進行模數轉換的A/D轉換電路等輔助電路42，這些輔助電路42可以對應地採用現有技術中的輔助電路。
[0072]本實施例提供的傳感器，磁檢測部件採用磁晶片，減小了傳感器的厚度和體積，使傳感器適於小型化和超薄化，傳感器的厚度可以從現有的5.5_減小至3_以下，甚至達到2.5_以下；磁晶片中每一惠斯通電橋的多條磁感應膜設置在同一直線上，可以提高磁感應膜的對稱性，從而提高了磁晶片的一致性和靈敏度，進而提高傳感器的一致性和靈敏度。
[0073]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種磁晶片，包括襯底和設於所述襯底表面的至少一個惠斯通電橋，所述惠斯通電橋包括多條磁感應膜，其特徵在於，同一所述惠斯通電橋中的所述磁感應膜設置在同一直線上。
2.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，所述惠斯通電橋包括兩條磁感應膜，所述兩條磁感應膜形成惠斯通半橋電路，每條所述磁感應膜作為惠斯通半橋電路的一個橋臂，並且所述兩條磁感應膜的釘扎方向相反。
3.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，所述惠斯通電橋包括四條磁感應膜，所述四條磁感應膜形成惠斯通全橋電路，每條所述磁感應膜作為惠斯通全橋電路的一個橋臂，並且相鄰兩橋臂的釘扎方向相同。
4.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，不同所述惠斯通電橋的所述磁感應膜設置在同一直線上。
5.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，在所述惠斯通電橋中，位於最外側的所述磁感應膜的邊緣端還設有與其連接的補償偏置膜。
6.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，所述磁感應膜為GMR膜、巨磁阻膜、霍爾效應膜、各向異性磁阻膜、隧道效應磁阻膜或巨霍爾效應膜。
7.根據權利要求1所述的磁晶片，其特徵在於，所述磁感應膜為連續不間斷薄膜或不連續間斷薄膜。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的磁晶片，其特徵在於，所述惠斯通電橋包括多個晶片焊盤，所述多個晶片焊盤與對應地所述磁感應膜電連接，以利於電連接所述磁感應膜。
9.一種傳感器,包括磁檢測部件、支架、外殼和線路板，所述支架和所述外殼扣合在一起形成容納空間，所述磁檢測部件設於所述容納空間內，所述線路板用於將所述磁檢測部件獲得的電壓信號輸出，其特徵在於，所述磁檢測部件為磁晶片，所述磁晶片採用權利要求1-8任意一項所述磁晶片。
10.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述線路板為軟線路板。
11.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，還包括由導磁材料製作的磁調製裝置，所述磁調製裝置設有容納部，所述磁晶片設於所述容納部。
12.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述外殼採用鐵氧體、坡莫合金或矽鋼片材料製作，在所述外殼上設有與所述磁晶片數量一致的窗口，每一所述磁晶片對應一所述窗口，所述磁晶片的感應面朝向所述窗口。
13.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述外殼採用鐵氧體、坡莫合金或矽鋼片材料製作，在所述外殼上設有一窗口，所述磁晶片與所述窗口相對，且所述磁晶片的感應面朝向所述窗口。
14.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述外殼採用非屏蔽材料製作。
15.根據權利要求14所述的傳感器，其特徵在於，在所述外殼頂面的內側設有凹槽，所述凹槽的數量及設置位置與所述磁晶片的數量和位置一致，所述磁晶片對應地嵌於所述凹槽。
16.根據權利要求15所述的傳感器，其特徵在於，在所述外殼頂面的內側設有一個凹槽，所述磁晶片嵌於所述凹槽。
17.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述外殼的頂面為弧面或平面。
18.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，在所述外殼和所述支架之間設有還設有屏蔽板。
19.根據權利要求18所述的傳感器，其特徵在於，在所述屏蔽板的兩相對側設有凸部，在所述外殼上設有與所述凸部位置及形狀相匹配的凹部，所述支架和所述外殼扣合在一起時，所述凸部卡接在所述凹部；在所述支架上設有固定部，所述外殼和所述支架通過所述固定部固定在一起。
20.根據權利要求18所述的傳感器，其特徵在於，所述屏蔽板採用坡莫合金或鐵氧體或矽鋼片材料製作。
21.根據權利要求9所述的傳感器，其特徵在於，所述支架的兩端設有連接部。
【文檔編號】G01R33/09GK104422904SQ201310462906
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】姚明高, 時啟猛, 劉樂傑 申請人:北京嘉嶽同樂極電子有限公司