一种微型磁通门传感器的制作方法

本实用新型涉及微型磁通门传感器技术领域，具体涉及一种基于微机械电子系统(MEMS)技术的微型磁通门传感器

背景技术：

传统的磁通门传感器是通过在软磁薄膜磁芯上绕制三维螺线管线圈的方式制作的。此种类型的磁通门传感器存在体积大、重量大、功耗高、灵敏度低和长期稳定性差等缺点，难以满足电子元器件微型化的发展需求。MEMS技术是近几十年发展起来的微机械加工技术。通过MEMS技术可以实现芯片尺寸的磁通门传感器的制作，不仅可以大大减小传统磁通门传感器的体积和重量，而且还可以有效降低功耗并提高其长期稳定性。本发明就是一项基于MEMS技术的磁通门传感器制作方法。

微型磁通门传感器的制作主要包括三维螺线管线圈和软磁薄膜磁芯两个关键部分。要制作出具备优异性能的微型磁通门传感器，需要在充分满足整体性能的前提下，考虑工艺的兼容性和制造成本问题。经过现有技术的文献检索发现，Chun-Lei Kang等在《Microsystem Technologies》(Vol.15，Issue.3，pp413-419，2009)上发表了“Electroplating a magnetic core for micro fluxgate sensor”(用于微型磁通门传感器的电镀磁芯)一文，该文提及了利用微电镀技术来分别制备三维螺线管线圈和软磁薄膜磁芯的加工工艺。其中三维螺线管线圈的加工工艺如下：首先利用微电镀工艺制备出用于连接顶层和底层线圈的通孔柱子，然后利用离子蚀刻工艺制备出底层线圈，最后再利用微电镀工艺制备出顶层线圈，至此完成整个三维螺线管线圈的制备。软磁薄膜磁芯是利用微电镀工艺来制备Fe₂₀Ni₈₀坡莫合金。由于在制作过程中要分三步工艺才能完成整个三维螺线管线圈的制作，不仅工艺步骤复杂，成本高，有毒害作用，而且成功率难以保证。而利用微电镀工艺制备的软磁薄膜磁芯，它的软磁性能包括磁导率和矫顽力等软磁性能与带材磁芯相比有较大的差距，难以保证磁通门传感器的整体性能，而且为了给顶层线圈制作支撑层，所用的聚酰亚胺材料等支撑材料在固化过程中要经受200℃以上的高温，持续若干小时，会在一定程度上降低软磁薄膜磁芯的软磁性能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够一次填充生成三维螺线管线圈以及外部插入软磁薄膜带材磁芯，并且能够减小微型磁通门传感器厚度的微型磁通门传感器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种微型磁通门传感器，包括相互键合的第一高阻硅片和第二高阻硅片，所述第一高阻硅片和第二高阻硅片的对合面之间具有铁芯腔，所述铁芯腔的外周围绕设置有多个填充有线圈材料的螺线管腔，其特征在于：所述铁芯腔的一端开口设置，所述铁芯腔内插设有带材磁芯，自所述铁芯腔的开口通过填充材料将所述带材磁芯密封固定在所述铁芯腔内，所述第一高阻硅片、第二高阻硅片的外表面上分别蚀刻有与所述螺线管腔相联通的电极窗口。

优选地，所述铁芯腔的内壁上沉积有绝缘层，所述螺线管腔的内壁上沉积有绝缘层。

简单地，所述第一高阻硅片或第二高阻硅片的内表面上蚀刻有磁芯槽，使得第一高阻硅片和第二高阻硅片键合后，所述磁芯槽构成所述铁芯腔。

优选地，所述第一高阻硅片、第二高阻硅片的内表面上分别对应蚀刻有磁芯槽，使得第一高阻硅片和第二高阻硅片键合后，所述第一高阻硅片和第二高阻硅片上的磁芯槽对合形成所述铁芯腔。

简单地，所述第一高阻硅片、第二高阻硅片的外表面上分别对应蚀刻有多条横跨所述铁芯腔的线圈槽；

沿第一高阻硅片、第二高阻硅片的厚度方向，分别自第一高阻硅片、第二高阻硅片外表面上的每个线圈槽的两端分别蚀刻有通孔，使得第一高阻硅片和第二高阻硅片键合后，所述第一高阻硅片上的线圈槽、通孔与第二高阻硅片上的线圈槽、通孔对接形成螺线管腔。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的微型磁通门传感器，可以采用一次成型填充工艺制作螺线管线圈，避免了使用微电镀工艺，不仅有效简化了工艺流程，提高了连接通孔的成功率，而且降低了对环境的污染，缩减了环保成本。此外采用外部插入磁芯并进行固定的方法，不仅能够避免采用聚酰亚胺等支撑材料在固化过程中对磁芯软磁性能的损害作用，提高磁芯的抗震性能，而且采用的带材磁芯能够解决电镀型磁芯存在的磁导率低、矫顽力大、一致性较差等问题，充分保证微型磁通门传感器的整体性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例中微型磁通门传感器的正面视图。

图2为本实用新型实施例中微型磁通门传感器的侧面视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本实施例中的微型磁通门传感器包括相互键合的第一高阻硅片1和第二高阻硅片2。

第一高阻硅片1、第二高阻硅片2中的至少一个的内表面上蚀刻有磁芯槽4，使得键合的第一高阻硅片1和第二高阻硅片2之间形成有铁芯腔100。本实施例中，在第一高阻硅片1、第二高阻硅片2的内表面上分别对应蚀刻有磁芯槽4，使得第一高阻硅片1和第二高阻硅片2键合后，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2上的磁芯槽4对合形成所述铁芯腔100。铁芯腔100的内表面上沉积有绝缘层。并且该铁芯腔100一端开口，铁芯腔100内插设有带材磁芯101，自铁芯腔100的开口通过填充材料将带材磁芯101密封固定在铁芯腔100内。

第一高阻硅片1、第二高阻硅片2的外表面上分别对应蚀刻有多条横跨铁芯腔100的线圈槽5。沿第一高阻硅片1、第二高阻硅片2的厚度方向，自第一高阻硅片1、第二高阻硅片2外表面上的每个线圈槽5的两端分别蚀刻有通孔6，使得第一高阻硅片1和第二高阻硅片2键合后，第一高阻硅片1上的线圈槽5、通孔6与第二高阻硅片2上的线圈槽5、通孔6对接形成螺线管腔，进而构成多个围绕在铁芯腔100外周的螺线管腔200，螺线管腔200的内表面上沉积有绝缘层，螺线管腔200内填充有线圈材料以构成螺线管线圈3。

第一高阻硅片1、第二高阻硅片2的外表面上还分别蚀刻有与螺线管腔200相联通的电极窗口300，电极窗口300内填充电极以与螺线管线圈3电连接。

本实施例中微型磁通门传感器具体通过以下的制备方法制成：

步骤一、选择两个高阻硅片分别作为第一高阻硅片1和第二高阻硅片2，对两个高阻硅片分别进行氧化处理，并对高阻硅片进行以下处理；

高阻硅片的处理过程为；

步骤1.1、在高阻硅片的第一表面刻蚀磁芯槽4，并在磁芯槽4的内表面沉积绝缘层；

步骤1.2、在高阻硅片的第二表面上刻蚀多条横跨磁芯槽4的线圈槽5；

步骤1.3、沿高阻硅片的厚度方向，自每个线圈槽5两端分别蚀刻与各线圈槽5相连通的通孔6；

步骤1.4、在高阻硅片的第二表面上刻蚀与线圈槽5或通孔6相连通的电极窗口300；

步骤1.5、分别在线圈槽5的内表面以及通孔6的内壁面上沉积绝缘层；

步骤二、将两个经过处理的高阻硅片的第一表面铺上干聚合膜并相对设置，并通过聚合膜对两个高阻硅片进行键合，其中聚合膜根据需要可采用BCB或者PI材料；

两个高阻硅片键合后，即将第一高阻硅片1和第二高阻硅片2键合后，第一高阻硅片1和第二高阻硅片2上的磁芯槽4对合形成磁芯腔100，两个高阻硅片上的各线圈槽5和通孔6连通形成多个围绕在磁芯腔100外周的螺线管腔200；

步骤三、在螺线管腔200内填充线圈材料以形成螺线管线圈3；

步骤四、自磁芯腔100中部的位置切割键合后的两个高阻硅片，使得磁芯腔100一侧开口；

步骤五、自开口处将带材磁芯101插入磁芯腔100内，使用环氧树脂密封固定开口；

步骤六、完成微型磁通门传感器的制备。

以上步骤中，根据需要，氧化处理和绝缘层沉积处理均可以采用热氧化的方式或者PECVD(Plasma-enhanced chemical-vapor deposition，即等离子体增强化学气相沉积法)的方法，沉积形成二氧化硅绝缘层。根据需要，使用(即氢氧化钾)或者TMAH(即四甲基氢氧化铵)材料进行刻蚀处理，或者使用DRIE(Deep reactive ion etching，即深反应离子刻蚀)的方法进行刻蚀处理。

根据需要，相互键合的两个高阻硅片上，其中第一个高阻硅片上也可以不刻蚀磁芯槽，在第二个高阻硅片上刻蚀的磁芯槽满足厚度需要即可。如此在进行沉积绝缘层处理时，在磁芯槽4对应在第一个高阻硅片上的位置沉积绝缘层，从而使得两个高阻硅片相对键合后，形成的磁芯腔100的内表面上均有绝缘层。

此外，根据需要，也可以在两个高阻硅片键合后再进行步骤1.2至步骤1.5。