一种具有补偿线圈的磁电阻传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，包括硅基片、以及设置在硅基片上的MR传感器单元串、矩形软铁磁磁通集中器、蛇形补偿线圈、连接电路和焊盘，MR传感器单元串互连接成推挽式传感器电桥，MR传感器单元串设置在相邻两个软铁磁磁通集中器之间间隙的下方，蛇形补偿线圈具有正极电流带和负极电流带，焊盘将传感器桥臂和蛇形补偿线圈连接到封装结构。该传感器还包括螺旋初始化线圈，该线圈放置在封装衬底上，传感器芯片放置在初始化线圈上，用于减少磁滞。本实用新型磁电阻传感器尺寸更小，成本更低，提高了传感器动态范围、线性度，减少磁滞，使得在闭环模式下运行磁场传感器变得更加容易。
【专利说明】
一种具有补偿线圈的磁电阻传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及磁场传感器，尤其涉及一种具有补偿线圈的磁电阻传感器。
【背景技术】
[0002]磁传感器的许多应用需要闭环操作，这样可以提高传感器动态范围和线性度，并能够减少磁滞。晶圆级补偿线圈的应用使得在闭环模式下运行磁传感器变得更加容易。
[0003]典型的补偿线圈(霍尼韦尔公司称为偏置条)通过是把一个大的蛇形线圈放置在传感器切片的上方。这样，空间利用率低下，使传感器实际尺寸远大于所需要的尺寸。霍尼韦尔公司的AMR传感器芯片，利用偏置条和复位线圈产生正交磁场，可以提高灵敏度和线性度(置位/复位线圈)，并提供闭环操作(偏置条)的能力。但AMR传感器元件面积较大，并且成本较高。
[0004]现有技术中，申请号为201620296367.7、实用新型名称为“一种具有初始化线圈封装的磁电阻传感器”的实用新型专利使用了一种螺旋初始化线圈，初始化线圈设置在所述的基板上，减少了传感器的磁滞和漂移。
[0005]本实用新型提出了一种在磁电阻传感器中高效利用空间的晶圆级补偿线圈，该补偿线圈使用蛇形盘绕图案，直接在晶圆上沉积刻蚀形成，用于在闭环模式下驱动传感器。本实用新型的磁电阻传感器以LGA形式封装于衬底上，包含有用于磁滞的控制的蛇形初始化线圈。因为LGA衬底的尺寸没有因为初始化线圈而增加，并且如果使用蛇形补偿线圈，传感器切片的尺寸比预期的要小，使得传感器空间利用率提高，结构紧凑，从而有效降低成本。
【实用新型内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有补偿线圈的磁电阻传感器。
[0007]本实用新型是根据以下的技术方案实现的:
[0008]—种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:包括硅基片，以及设置在硅基片上的MR传感器单元串、矩形软铁磁磁通集中器、蛇形补偿线圈、连接电路和焊盘;所述的MR传感器单元串互连接成推挽式传感器电桥，所述的MR传感器单元串设置在相邻两个所述的软铁磁磁通集中器之间的间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈设置在所述的MR传感器单元串的上方、且在所述的软铁磁磁通集中器之间间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈具有通过所述的MR传感器单元串的正极电流带和通过矩形软铁磁磁通集中器的负极电流带，所述的焊盘将传感器桥臂和蛇形补偿线圈连接到封装结构。
[0009]优选地，所述的磁电阻传感器放置在一个PCB衬底上形成传感器芯片，所述的PCB衬底包含螺旋初始化线圈，所述的传感器芯片设置在所述的螺旋初始化线圈的顶部，通过螺旋初始化线圈所述的传感器桥臂的电流的方向平行于传感器芯片的敏感轴方向。
[0010]所述的PCB衬底还包括引线焊盘和导电迹线，所述的引线焊盘和导电迹线用于将传感器互连成一个推挽式传感器电桥，引线焊盘设置在PCB衬底的底部，传感器芯片和引线焊盘采用塑料或者树脂封装在PCB衬底的顶端。[0011 ]优选地，所述的MR传感器单元串互连接成推挽式全桥电路。
[0012]优选地，所述的磁电阻传感器采用LGA封装结构。
[0013]优选地，所述磁电阻传感器包括ASIC专用集成电路，所述ASIC专用集成电路和所述传感器电桥之间电连接。
[0014]优选地，使用一个引线框，所述磁电阻传感器设置在所述的引线框上。
[0015]优选地，所述的引线框封装在塑料中。
[0016]优选地，还包括第一绝缘层、第二绝缘层、钝化层，所述的第一绝缘层覆盖所述的MR磁电阻元件串，所述的第二绝缘层覆盖所述的蛇形补偿线圈，所述的钝化层沉积在整个传感器芯片上。
[0017]本实用新型的磁电阻传感器的尺寸更小，成本更低，提高了磁电阻传感器动态范围、线性度，并能够减少滞后，使得在闭环模式下运行磁场传感器变得更加容易。
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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它附图。
[0019]图1为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器分布示意图；
[0020]图2为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器分布俯视示意图；
[0021]图3为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器的通量线的模拟示意图；
[0022]图4为本实用新型没有矩形软铁磁磁通集中器的磁力线的示意图；
[0023]图5为本实用新型蛇形补偿线圈的磁场增益比较示意图；
[0024]图6为本实用新型实施例一的LGA封装的示意图；
[0025]图7为本实用新型实施例一的LGA封装的电路不意图；
[0026]图8为本实用新型实施例二的LGA封装使用初始化线圈的示意图；
[0027]图9为本实用新型实施例二的LGA封装使用初始化线圈的电路示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]图1为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器分布示意图，包括硅基片I，矩形软铁磁磁通集中器4，第一绝缘层2，第二绝缘层3，MR传感器单元串6，蛇形补偿线圈7，钝化层5，所述的MR传感器单元串6互连接成推挽式传感器电桥，所述的MR传感器单元串6设置在相邻两个软铁磁磁通集中器4之间间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈7设置在所述的MR传感器单元串6的上方、且在相邻两个所述的软铁磁磁通集中器4之间间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈7具有通过MR传感器单元串6的正极电流带和通过矩形软铁磁磁通集中器的负极电流带，焊盘将传感器桥臂和蛇形补偿线圈连接到封装结构。第一绝缘层2覆盖所述的MR传感器单元串6，第二绝缘层3覆盖所述的蛇形补偿线圈7。所述的钝化层5沉积在整个传感器芯片上。
[0030]图2为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器分布俯视示意图，其中，10为连接MR传感器单元串的连接线，11表示反馈线圈接触电极，12为传感器桥臂的负接触电极，13为传感器桥臂的正接触电极，14为另一个传感器桥臂的正接触电极，15为另一个传感器桥臂的负接触电极，所述的MR传感器单元串设置在矩形软铁磁磁通集中器之间的间隙，MR传感器单元串之间电连接。所述的焊盘将传感器桥臂和蛇形补偿线圈连接到封装结构。
[0031]图3为本实用新型的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器的磁力线的模拟示意图，其中21表示MR传感器单元位于蛇形补偿线圈产生正电流位置的下方，其中，所述MR传感器单元由MR传感器单元串组成，22表示磁力线。根据附图3所示，矩形软铁磁磁通集中器设置在蛇形补偿线圈的上端，随着电流流进如图所示的方向，在矩形软铁磁磁通集中器产生的磁场方向是向右的。同样地，MR传感器单元设置在矩形软铁磁磁通集中器的下方并在蛇形补偿线圈的间隙处，有个相反的电流极性。通过这样的设置，来自蛇形补偿线圈的MR传感器单元的磁场也是朝右的。当矩形软铁磁磁通集中器的间隙足够小时，矩形软铁磁磁通集中器上方向朝右的磁场聚集在处于间隙中的MR传感器单元，增加在MR传感器单元的蛇形补偿线圈的磁场。这种设置方式增强了蛇形补偿线圈的磁场，并提高了蛇形补偿线圈的效率。
[0032]图4为没有矩形软铁磁磁通集中器的磁力线的示意图，如附图所示，当没有矩形软铁磁磁通集中器时，磁场的分布是不同的，在MR传感器单元串之间的蛇形补偿线圈的磁场没有增加到MR传感器单元串的磁场，磁场增益比MR磁电阻元件所处位置的磁场要小。因此，效率是很低的。
[0033]图5为本实用新型蛇形补偿线圈的磁场增益比较示意图，其中深色表示为设置有矩形软铁磁磁通集中器时的蛇形补偿线圈磁场的增益示意图，在磁电阻传感器中间的磁场增益大于lG/mA，浅色表示未设置有矩形软铁磁磁通集中器时的蛇形补偿线圈磁场的增益示意图，在MR磁电阻传感器中间的磁场增益大约为0.8G/mA，因此，从图中可以看出，矩形软铁磁磁通集中器对于蛇形补偿线圈磁场增益是很大的影响，蛇形补偿线圈产生的磁场效率通过矩形软铁磁磁通集中器而增加。
[0034]图6为本实用新型实施例一的LGA封装的示意图，16表示为衬底背面的焊盘，磁电阻传感器的背面，17表示芯片A，18表示芯片B，所述的芯片B为芯片A翻转180度得到的，PCB采用LGA封装的形式。从图中可以看出，芯片A的参考层钉扎方向是从左到右，而芯片B的参考层钉扎方向与芯片A的参考层钉扎方向相反。芯片A和芯片B由多个MR传感器单元串构成的传感器电桥，以及矩形软铁磁磁通集中器等构成，其中MR传感器单元串互连接成推挽式传感器电桥，MR传感器单元串设置在相邻两个所述的矩形软铁磁磁通集中器之间间隙的下方。
[0035]图7为本实用新型实施例一的LGA封装的电路示意图，从图中可以看出，芯片A和芯片B构成全桥电路，而设置在芯片A上方的补偿线圈A的电流方向与芯片A的电流方向一致，设置在芯片B上方的补偿线圈的电流方向与芯片B的电流方向一致。
[0036]图8为本实用新型实施例二的LGA封装使用螺旋初始化线圈的示意图，实施例二在实施例一的基础上，增加了螺旋初始化线圈，螺旋初始化线圈在芯片A和芯片B上产生的磁场方向相反，螺旋初始化线圈产生的磁场方向与蛇形补偿线圈的磁场方向相互垂直。磁电阻传感器放置在一个PCB衬底上形成传感器芯片，所述的PCB衬底包含螺旋初始化线圈，所述的传感器芯片设置在所述的螺旋初始化线圈的顶部，通过螺旋初始化线圈传感器桥臂的电流的方向平行于传感器芯片的敏感轴方向。
[0037]所述的PCB衬底还包括引线焊盘和导电迹线，所述的引线焊盘和导电迹线用于将MR传感器单元串互连成一个推挽式传感器电桥，引线焊盘设置在PCB衬底的底部，传感器芯片和引线焊盘采用塑料或者树脂封装在PCB衬底的顶端。
[0038]图9为本实用新型实施例二的LGA封装使用螺旋初始化线圈的电路示意图，如图所示，芯片A和芯片B构成了全桥电路，而设置在芯片A上方的补偿线圈A的电流方向与芯片A的电流方向一致，设置在芯片B上方的补偿线圈的电流方向与芯片B的电流方向一致，所述的初始化线圈与补偿线圈所产生的磁场方向是相互垂直的。
[0039]基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。尽管本实用新型就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本实用新型的权利要求所限定的范围，可以对本实用新型进行各种变化和修改。
【主权项】
1.一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:包括硅基片，以及设置在硅基片上的MR传感器单元串、矩形软铁磁磁通集中器、蛇形补偿线圈、连接电路和焊盘;所述的MR传感器单元串互连接成推挽式传感器电桥，所述的MR传感器单元串设置在相邻两个所述的软铁磁磁通集中器之间间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈设置在所述的MR传感器单元串的上方、且在相邻两个所述的软铁磁磁通集中器之间间隙的下方，所述的蛇形补偿线圈具有通过所述的MR传感器单元串的正极电流带和通过矩形软铁磁磁通集中器的负极电流带，所述的焊盘将传感器桥臂和蛇形补偿线圈连接到封装结构。2.根据权利要求1所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:所述的磁电阻传感器放置在一个PCB衬底上形成传感器芯片，所述的PCB衬底包含螺旋初始化线圈，所述的传感器芯片设置在所述的螺旋初始化线圈的顶部，通过螺旋初始化线圈所述的传感器桥臂的电流的方向平行于传感器芯片的敏感轴方向。3.根据权利要求2所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:所述的PCB衬底还包括引线焊盘和导电迹线，所述的引线焊盘和导电迹线用于将MR传感器单元串互连成一个推挽式传感器电桥，引线焊盘设置在PCB衬底的底部，传感器芯片和引线焊盘采用塑料或者树脂封装在PCB衬底的顶端。4.根据权利要求1所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:所述的MR传感器单元串互连接成推挽式全桥电路。5.根据权利要求1所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:所述的磁电阻传感器采用LGA封装结构。6.根据权利要求1或2所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:包括ASIC专用集成电路，所述ASIC专用集成电路和所述传感器电桥之间电连接。7.根据权利要求1所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:使用一个引线框，所述磁电阻传感器设置在所述的引线框上。8.根据权利要求7所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:所述的引线框封装在塑料中。9.根据权利要求1所述的一种具有补偿线圈的磁电阻传感器，其特征在于:还包括第一绝缘层、第二绝缘层、钝化层，所述的第一绝缘层覆盖所述的MR传感器单元串，所述的第二绝缘层覆盖所述的蛇形补偿线圈，所述的钝化层沉积在整个传感器芯片上。
【文档编号】G01R33/09GK205720615SQ201620545495
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】詹姆斯·G·迪克
【申请人】江苏多维科技有限公司