一種晶片磁傳感器的製造方法

2023-12-09 17:11:56 1

一種晶片磁傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種晶片磁傳感器，包括晶片、線路板和焊線，晶片包括基體、磁感應膜以及晶片焊盤，磁感應膜設於基體的表面，用於感應設於被檢測物體內的磁標識的磁場，磁感應膜和晶片焊盤電連接，基體形成有磁感應膜的面為晶片感應面；晶片固定於線路板，在線路板上設有線路板焊盤；用焊線線路板焊盤與晶片焊盤對應地電連接，焊線與晶片焊盤電連接時形成焊點；在晶片感應面設有凹部，晶片焊盤對應地設於凹部，並且晶片焊盤的上表面不高於磁感應膜的上表面。該晶片磁傳感器避免了焊點尾部對晶片感應面與檢測面之間的距離的影響，從而提高了靈敏度。
【專利說明】一種晶片磁傳感器

【技術領域】
[0001] 本發明屬於精密測量領域，具體涉及一種晶片磁傳感器。

【背景技術】
[0002] 磁傳感器被廣泛應用於驗鈔機等鑑偽裝置，其通過檢測設置於被檢測物體內的磁 標識來辨別被測物體的真偽。近年來發展的晶片式磁傳感器，由於具有靈敏度高、成本低、 體積小、易集成等諸多優點，逐漸取代了傳統線圈式磁傳感器。
[0003] 圖1為現有的晶片磁傳感器的結構示意圖。如圖1所示，晶片磁傳感器包括晶片 1、線路板2和殼體4,線路板2用於承載和電連接晶片1，晶片1和線路板2置於殼體4內。 晶片1包括基體11、磁感應膜12和晶片焊盤13,晶片焊盤13和磁感應膜12設於基體11 的同一水平面。晶片焊盤13與設於線路板2的線路板焊盤通過焊線3電連接。在應用過 程中，這種現有晶片式磁傳感器靈敏度不足，無法感應場強較弱的磁標識，因此，需要提供 靈敏度高的晶片式磁傳感器。


【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問題就是針對精密測量儀中存在的上述缺陷，提供一種晶片 磁傳感器，提高靈敏度。
[0005] 為此，本發明提供一種晶片磁傳感器，包括：
[0006] 晶片，其包括基體、磁感應膜以及晶片焊盤，所述磁感應膜設於所述基體的表面， 用於感應設於被檢測物體內的磁標識的磁場，所述磁感應膜和所述晶片焊盤通過導電通路 電連接，所述基體形成有所述磁感應膜的面為晶片感應面；
[0007] 線路板，用於固定所述晶片，其上設有線路板焊盤；
[0008] 焊線，用於對應地電連接所述線路板焊盤與所述晶片焊盤；
[0009] 在所述晶片感應面設有凹部，所述晶片焊盤對應地設於所述凹部，並且所述晶片 焊盤的上表面不高於所述磁感應膜的上表面。
[0010] 其中，所述焊線與所述晶片焊盤電連接時形成焊點和線彎，所述凹部的底面與所 述晶片感應面之間的高度差滿足：所述焊點的尾部的凸起和線彎不高於所述磁感應膜的上 表面。
[0011] 其中，所述晶片焊盤自所述基體由下至上依次包括銅層、過渡層和鍍金層；或者由 下至上依次包括銀層、過渡層和鍍金層。
[0012] 其中，所述基體採用矽或氧化矽或氧化鎂製作。
[0013] 其中，還包括疊置地導磁體和永磁體，而且，所述導磁體靠近所述被檢測物體一側 設置；
[0014] 所述導磁體靠近所述被檢測物體一側設有位置對稱的凸部，所述晶片設於所述凸 部之間；
[0015] 所述線路板上設有與所述凸部匹配的通孔，所述凸部嵌入所述通孔。
[0016] 其中，所述導磁體採用矽鋼片材料、坡莫合金或鐵氧體製作。
[0017] 其中，還包括殼體，所述晶片、所述永磁體、所述導磁體和所述線路板設於所述殼 體內，所述晶片位於所述被檢測物體一側。
[0018] 其中，還包括焊針，所述焊針的一端通過所述線路板與對應地所述晶片焊盤電連 接，另一端自所述殼體內伸出。
[0019] 其中，所述焊線為金線、銀線、銅線或錫線。
[0020] 其中，所述磁感應膜為霍爾效應薄膜、各向異性磁電阻薄膜、巨磁電阻薄膜、隧道 磁電阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍爾效應薄膜。
[0021] 本發明具有以下有益效果：
[0022] 本發明提供的晶片磁傳感器，在所述晶片感應面設有凹部，所述晶片焊盤對應地 設於所述凹部，並且所述晶片焊盤的上表面不高於所述磁感應膜的上表面，從而降低了焊 點尾部的凸起和線彎的高度，減小了晶片與被測物體之間的磁間隙，從而提高了晶片磁傳 感器的靈敏度。
[0023] 作為本發明的一個優選實施例，使凹部的底面與所述晶片感應面之間的高度差滿 足所述焊點的尾部和線彎不高於所述磁感應膜的上表面，從而使晶片與被測物體之間的磁 間隙不受焊點尾部的影響，提高了晶片磁傳感器的靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為現有晶片磁傳感器的結構示意圖
[0025] 圖2a為本發明實施例提供的晶片磁傳感器的立體圖；
[0026] 圖2b為本發明實施例提供的晶片磁傳感器的結構示意圖；
[0027] 圖3a為本發明一實施例晶片的結構示意圖；
[0028] 圖3b為本發明一實施例晶片和線路板的側視示意圖；
[0029] 圖3c為本發明一實施例晶片和線路板的俯視示意圖；
[0030] 圖4a為本發明另一實施例的晶片磁傳感器的結構不意圖；
[0031] 圖4b為本發明另一實施例的晶片和線路板的俯視不意圖；
[0032] 圖5a為本發明再一實施例中的晶片的俯視示意圖；
[0033] 圖5b為本發明再一實施例中晶片的截面不意圖；
[0034] 圖6為本發明實施例晶片磁傳感器的製造方法流程圖。

【具體實施方式】
[0035] 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 供的晶片磁傳感器進行詳細描述。
[0036] 經過長期的研究發現，磁感應膜與殼體之間的距離是影響圖1所示晶片磁傳感器 的靈敏度的原因之一。進一步分析發現，在焊線3和晶片焊盤13時焊點的尾部形成有凸起， 同時，在焊點的尾部至晶片的表面形成線彎，焊點尾部的凸起和線彎都較高，增加了磁感應 膜與外殼間的距離，導致磁感應膜12與被測物體之間的距離增加，即增大了晶片與被測物 體之間的磁間隙，從而降低了晶片磁傳感器的靈敏度。針對上述原因，以下實施例主要是降 低焊點尾部的凸起和線彎的高度。
[0037] 如圖2a和圖2b所示，晶片磁傳感器包括晶片11、線路板12、殼體13以及焊針14。 晶片11固定於線路板12,晶片11和線路板12設於殼體13內，且晶片11設於靠近晶片磁 傳感器的檢測面(殼體11的頂面)131 -側。將樹脂灌入殼體13,待樹脂凝固即可將晶片11 和線路板12固定於殼體13內。殼體13可以採用銅等非導磁的金屬或金屬氧化物製作；或 者採用坡莫合金、鐵氧體等導磁材料製作。當採用導磁材料製作殼體13時，在殼體上13上 還設有窗口，晶片11的感應面與窗口相對。在殼體13上還設有接地端18,以消除靜電和外 界磁場的幹擾。
[0038] 如圖3a所示，晶片11包括基體111、兩條磁感應膜112和三個晶片焊盤113，磁感 應膜112和晶片焊盤113設於基體111的表面，晶片焊盤113作為晶片11的輸入端、輸出 端與磁感應膜112對應電連接。磁感應膜112可以為霍爾效應薄膜、各向異性磁電阻薄膜、 巨磁電阻薄膜、隧道磁電阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍爾效應薄膜。磁感應膜112可以感應 設於被檢測物體內的磁標識的磁場，將磁感應膜112連成惠斯通電橋，可以感應磁標識的 磁場而輸出差分信號。
[0039] 如圖3a和圖3b所示，本實施例將基體111形成有磁感應膜112的面作為晶片感 應面。在晶片感應面設有與晶片焊盤113數量相等的凹部114,晶片焊盤113對應地設於凹 部114,以使晶片焊盤113的上表面低於晶片感應面。晶片焊盤113的上表面處於較低的 位置，在電連接焊線16與晶片焊盤113時，可以相對降低焊點尾部的凸起和線彎的高度，從 而減少焊點尾部對晶片傳感器的靈敏度的影響。在將晶片11設於殼體13時，使磁感應膜 更接近殼體，從而減小晶片11與被測物體之間的磁間隙，進而提高了晶片磁傳感器的靈敏 度。
[0040] 優選晶片焊盤113的上表面與晶片感應面之間的高度差滿足以下要求：焊線16與 晶片焊盤113電連接後焊點尾部的凸起和線彎不高於磁感應膜的上表面，從而使焊點尾部 和線彎不再影響磁感應膜和殼體13之間的距離，使磁感應膜112更靠近殼體13,進而提高 晶片磁傳感器的靈敏度。
[0041] 在本實施例中，凹部114可以通過刻蝕(化學刻蝕和物體刻蝕)、切削方式獲得，或 者也可以通過沉積等加材料方式在晶片感應面形成凹部114。基體111採用氧化矽、矽，氧 化鎂等材料製作。晶片焊盤113自基體111由下至上依次包括銅層、過渡層和鍍金層；或者 晶片焊盤113自基體111由下至上依次包括銀層、過渡層和鍍金層。晶片焊盤113的形狀 為圓形、方形、稜形或其它形狀，凹部114的形狀可以與晶片焊盤113的形狀一致，當然也可 以不一致。但從加工難易程度考慮，優選凹部114的形狀與晶片焊盤113的形狀一致。
[0042] 如圖3c所示，在線路板12上設有與晶片焊盤113數量相等的第一線路板焊盤 121a和第二線路板焊盤121b，第一線路板焊盤121a和第二線路板焊盤121b通過設於線路 板12上的布線對應電連接。利用焊線16將與晶片焊盤113對應地第一線路板焊盤121電 連接。焊針14的一端與第二線路板焊盤121b對應電連接，即焊針14藉助線路板12與對 應地晶片焊盤113電連接。焊針14的另一端自殼體13內伸出，焊針14作為晶片磁傳感器 的輸入輸出端，與其它外圍設備連接；而且可用於支撐晶片磁傳感器。
[0043] 上述實施例提供的晶片磁傳感器只能用於檢測強磁防偽標識。在另一實施例中， 晶片磁傳感器可以用於檢測弱磁防偽標識，如含有弱磁防偽標識的鈔票。如圖4a和圖4b所 示，晶片磁傳感器還包括導磁體21和永磁體22,導磁體21和永磁體22上下疊置，而且，導 磁體21位於靠近被檢測物體一側，永磁體22位於遠離被檢測物體一側。導磁體21和永磁 體22可以直接接觸，即將導磁體21和永磁體22直接疊置，或在導磁體21和永磁體22之 間設置諸如膠層等結構件。永磁體22用於預磁化弱磁防偽標識，導磁體21採用矽鋼片材 料、坡莫合金或鐵氧體製作，用於調整永磁體22產生的磁力線的分布。
[0044] 在導磁體21靠近被檢測物體一側設有位置對稱的兩個凸部211，晶片11設於兩個 凸部211之間。導磁體21具有吸引磁力線的特性，能夠改變永磁體22產生的磁場的磁力 線分布。具體地，磁力線被吸引至凸部211，減小了兩個凸部211之間平行於晶片11的感應 面的磁場分量，從而減小了永磁體22對晶片11的影響。
[0045] 本實施例在導磁體21上設有兩個凸部211。實際上，在導磁體21上可以設置三個 或更多個凸部，只要將凸部對稱地設置。或者，在導磁體21上設置整體結構的凸部211，即 在導磁體21上形成一個凸環，晶片設置在凸環內。
[0046] 需要說明的是，在凸部211之間和略高於凸部211的區域，平行於晶片11的感應 面的磁場分量最小，因此優選將晶片11設於凸部211之間或略高於凸部211的區域。如果 將晶片11設於距離凸部211相對較遠的位置，將增加永磁體22對晶片11的影響。因此， 在實際應用時，優選晶片11的感應面與導磁體21的上表面齊平，或略高於導磁體21的上 表面。為此，在線路板12上設有與凸部211位置對應且尺寸匹配的通孔122,導磁體21的 凸部211自線路板12的下方穿過通孔122伸向線路板12的上方，這樣可以方便地控制芯 片11的感應面與導磁體21的上表面的高度差。
[0047] 在上述實施例中，電流在晶片11內水平方向流動。在再一實施例中，電流在晶片 11內垂直方向流動。具體地，如圖5a和圖5b所示，晶片51包括基體511、底電極514、磁感 應膜512和晶片焊盤513,底電極514設於基體511的表面，磁感應膜512設於底電極514 的表面。在基體511的表面設有凹部515a、515b，第一晶片焊盤513a和第二導電焊盤513b 分別對應地設於凹部515a、515b，並分別通過導電通路516a、516b與磁感應膜512電連接。 在導電通路516a與底電極514之間設有絕緣層517。基體511採用矽或陶瓷材料製作，底 電極514採用諸如銅、鋁等導電材料製作，磁感應膜512為採用導電金屬形成的巨磁阻膜 (GMR)、隧穿效應磁阻膜（TMR)或巨磁阻抗效應膜（GMI)。
[0048] 第一晶片焊盤513a與磁感應膜512的頂端電連接，第二晶片焊盤513b與底電 極514電連接，這樣電流自磁感應膜512流向底電極514,或者自底電極514流向磁感應膜 512,即電流在晶片51內垂直方向流動。導電通路516a、516b通過濺射等沉積工藝獲得。通 過導電通路516a、516b將磁感應膜512與設置在凹部515a、515b的晶片焊盤513a、513b電 連接，焊線16在凹部515a、515b通過晶片焊盤513a、513b與晶片51電連接，使得焊點尾部 的凸起以及線彎不影響磁間隙，使晶片51更靠近被檢測物體，從而提高晶片磁傳感器的靈 敏度。
[0049] 本實施例通過導電通路516a將電連接晶片51的第一晶片焊盤513移至位置較低 的凹部513a，降低了焊點的凸部和線彎的高度，使得焊點的凸部和線彎不再影響晶片感應 面和殼體之間的距離。另外，由於通過導電通路516a的厚度約為0.2微米，甚至更薄，因此， 導電通路516a對晶片感應面和殼體之間的距離基本無影響。
[0050] 本實施例提供的晶片磁傳感器，在所述晶片感應面設有凹部，所述晶片焊盤對應 地設於所述凹部，並且所述晶片焊盤的上表面不高於所述磁感應膜的上表面，從而降低了 焊點尾部凸起和線彎的高度，減小了晶片與被測物體之間的磁間隙，從而提高了晶片磁傳 感器的靈敏度。
[0051] 本實施例還提供一種晶片磁傳感器的製造方法，如圖6所示，包括以下步驟：
[0052] 步驟S1，提供晶片。
[0053] 晶片包括基體、磁感應膜以及晶片焊盤，磁感應膜設於基體的表面，用於感應設於 被檢測物體內的磁標識的磁場，磁感應膜和晶片焊盤電連接，基體形成有磁感應膜的面為 晶片感應面。在晶片感應面形成凹部，凹部的上表面低於晶片感應面，晶片焊盤對應地設於 凹部，從而使晶片焊盤的上表面低於晶片感應面。
[0054] 下面以兩條磁感應膜(第一磁感應膜和第二磁感應膜）為例，介紹晶片的製作流 程。晶片的製作流程包括：提供基體，第一次掩模，用濺射等工藝製作第一磁感應膜，第二次 掩模，用濺射等工藝製作第二磁感應膜，刻蝕晶片感應面形成凹部，在凹部鍍銅層及導電通 道，再鍍過渡層和金層形成晶片焊盤，之後依次進行切粒、測試、清洗和包裝。
[0055] 步驟S2,提供線路板，在線路板上設有線路板焊盤。
[0056] 將晶片固定於線路板。
[0057] 步驟S3,提供焊線，焊線的一端與線路板焊盤焊接，另一端與晶片焊盤焊接，從而 將線路板焊盤和對應地晶片焊盤電連接。
[0058] 通過導電膠焊接、導電膜焊接或金屬熔焊焊接方式將焊線的一端與晶片焊盤焊 接，另一端與線路板焊盤焊接。
[0059] 步驟S4,提供永磁體和導磁體，將永磁體和導磁體疊置，再將導磁體嵌入線路板的 通孔內，並將晶片設於導磁體的凸部之間。
[0060] 步驟S5,提供焊針，將焊針的一端與對應的線路板焊盤電連接。
[0061] 步驟S6,提供殼體，將晶片、線路板、導磁體和永磁體設於殼體內，然後向殼體內灌 入樹脂，並使樹脂凝固。
[0062] 優選地，在步驟S1中，凹部通過刻蝕、濺射或切削方式獲得。凹部的底面與晶片感 應面之間的高度差滿足：晶片焊盤與焊線焊接時形成的焊點的尾部不高於磁感應膜的上表 面，從而避免焊點的尾部對晶片與被測物體之間的磁間隙的影響。
[0063] 本實施例提供的晶片磁傳感器的製造方法在所述晶片感應面設有凹部，所述晶片 焊盤對應地設於所述凹部，並且所述晶片焊盤的上表面不高於所述磁感應膜的上表面，從 而降低了焊點尾部凸起和線彎的高度，減小了晶片與被測物體之間的磁間隙，從而提高了 晶片磁傳感器的靈敏度。
[0064] 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. 一種晶片磁傳感器，包括： 晶片，其包括基體、磁感應膜以及晶片焊盤，所述磁感應膜設於所述基體的表面，用於 感應設於被檢測物體內的磁標識的磁場，所述磁感應膜和所述晶片焊盤通過導電通路電連 接，所述基體形成有所述磁感應膜的面為晶片感應面； 線路板，用於固定所述晶片，其上設有線路板焊盤； 焊線，用於對應地電連接所述線路板焊盤與所述晶片焊盤； 其特徵在於，在所述晶片感應面設有凹部，所述晶片焊盤對應地設於所述凹部，並且所 述晶片焊盤的上表面不高於所述磁感應膜的上表面。
2. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述焊線與所述晶片焊盤電連 接時形成焊點和線彎，所述凹部的底面與所述晶片感應面之間的高度差滿足：所述焊點的 尾部的凸起和線彎不高於所述磁感應膜的上表面。
3. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述晶片焊盤自所述基體由下 至上依次包括銅層、過渡層和鍍金層；或者由下至上依次包括銀層、過渡層和鍍金層。
4. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述基體採用矽或氧化矽或氧 化鎂製作。
5. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，還包括疊置地導磁體和永磁體， 而且，所述導磁體靠近所述被檢測物體一側設置； 所述導磁體靠近所述被檢測物體一側設有位置對稱的凸部，所述晶片設於所述凸部之 間； 所述線路板上設有與所述凸部匹配的通孔，所述凸部嵌入所述通孔。
6. 根據權利要求5所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述導磁體採用矽鋼片材料、坡 莫合金或鐵氧體製作。
7. 根據權利要求5所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，還包括殼體，所述晶片、所述永 磁體、所述導磁體和所述線路板設於所述殼體內，所述晶片位於所述被檢測物體一側。
8. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，還包括焊針，所述焊針的一端通 過所述線路板與對應地所述晶片焊盤電連接，另一端自所述殼體內伸出。
9. 根據權利要求7所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述焊線為金線、銀線、銅線或 錫線。
10. 根據權利要求1所述的晶片磁傳感器，其特徵在於，所述磁感應膜為霍爾效應薄 膜、各向異性磁電阻薄膜、巨磁電阻薄膜、隧道磁電阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍爾效應薄 膜。
【文檔編號】G07D7/04GK104143232SQ201310167279
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2013年5月8日
【發明者】劉樂傑, 時啟猛, 曲炳郡 申請人:北京嘉嶽同樂極電子有限公司