0030] 图2为本发明提供的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器中顶层线圈的示意图；长 边为L，宽边为W，绕线宽度采用不同的尺寸，其中图2中区域I中导线宽度设置为dw2,区域 I以外区域导线宽度设置为dwl，一般情况下dwl>dw2,而线间距采用相同的尺寸dg。
[0031]图3为本发明提供的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器中底层线圈的示意图；长 边为L，宽边为W，绕线宽度采用不同的尺寸，其中图3中区域II中导线宽度设置为dw2,区域II以外区域导线宽度设置为dwl，一般情况下dwl>dw2,而线间距采用相同的尺寸dg。
[0032] 本发明提供的一种基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器的制备方法，具体包括以 下步骤：
[0033] 步骤1 :选用非磁性的LTCC微波介质材料作为流延基板材料，采用LTCC技术，制 作n层生瓷料带膜片，作为衬底；
[0034] 步骤2 :采用银浆在步骤1得到的衬底上用丝网印刷的方法制备底层线圈，然后在 底层线圈上再制备一层生瓷料带膜片，作为第一生瓷料带层；
[0035] 步骤3:在步骤2得到的第一生瓷料带层上采用银浆丝网印刷顶层线圈，并通过线 圈中央的金属通孔将顶层线圈与顶层线圈连通（采用银浆），形成双层耦合的置位/复位线 圈层，如图1所示；
[0036] 步骤4:在步骤3得到的顶层线圈上采用LTCC技术制备1~2层生瓷料带膜片， 作为第二生瓷料带层；然后在第二生瓷料带层上再用银浆丝网印刷四端惠斯通电桥式各向 异性磁阻传感单元层的电桥引出导线部分，留出四端惠斯通电桥桥臂上磁性传感单元镀制 位置并预设光刻对准标志，如图4所示；
[0037] 步骤5:在900°C下实现生瓷料带膜片与金属导体的共烧，然后采用光刻工艺在 LTCC模块顶层曝光四端惠斯通电桥桥臂上磁性传感单元图形，采用真空镀膜工艺沉积具有 大各向异性磁阻变化率的磁性材料，完成该磁阻传感器的制备。
[0038] 进一步地，所述底层线圈和顶层线圈如图3和图2所示，其中为使双层耦合置位/ 复位线圈的两层线圈的总体尺寸限制在长边L< 3000ym及宽边3000ym的范围内 (参照目前Honeywell公司HMC102X系列产品置位/复位线圈层尺寸），绕线宽度采用不同 的尺寸，图2中区域I和图3中区域II的导线宽度设置为dw2,其他区域导线宽度为dwl，一 般情况下dwl>dw2,而线间距采用相同的尺寸dg。
[0039] 实施例
[0040] 一种基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0041] 步骤1:选用A1203和玻璃复合的LTCC材料作为流延基板材料，采用LTCC技术，先 叠约400ym的生瓷料带膜片，得到衬底；
[0042] 步骤2:在步骤1得到的衬底上采用银浆丝网印刷得到底层线圈，然后在底层线圈 上再叠一层厚度约为10ym的生瓷料带膜片，作为第一生瓷料带层；
[0043] 步骤3:在步骤2得到的第一生瓷料带层上，采用银浆丝网印刷顶层线圈，并通过 线圈中央的金属通孔将顶层线圈与顶层线圈连通（采用银浆），形成双层耦合的置位/复位 线圈层，其中，顶层及底层线圈尺寸为：dwl= 60ym，dw2 = 20ym，阻数N= 18,线间距dg =20um；
[0044] 步骤4:在步骤3得到的顶层线圈上采用LTCC技术制备一层生瓷料带膜片，作为 第二生瓷料带层；然后在第二生瓷料带层上再用银浆丝网印刷四端惠斯通电桥式各向异性 磁阻传感单元层的电桥引出导线部分，并留出四端惠斯通电桥桥臂上磁性传感单元镀制位 置并预设光刻对准标志，如图4所示；
[0045] 步骤5:在900°C下实现生瓷料带膜片与金属导体的共烧，然后采用光刻工艺 在LTCC模块顶层曝光四端惠斯通电桥桥臂上磁性传感单元图形，采用真空镀膜工艺沉积 20nm的NiFe薄膜作为四端惠斯通单桥四桥臂上的传感单元，完成该磁阻传感器的制备。
[0046] 在置位/复位电路作用前后测试本发明实施例制备得到的磁阻传感器的输出曲 线，其中置位/复位电路驱动电流设置为〇. 2A，且在置位/复位电路作用前先沿传感单元 短轴方向施加一l〇〇〇e的干扰磁场，测试得到的曲线如图5所示。由图5可知，当用一干 扰磁场作用后，没有经过置位/复位电路操作的传感器，随外磁场的变化其输出电压不随 外磁场的变化而变化，不能实现对磁场传感的目的；而当采用了置位或复位脉冲电流作用 2ys后，无论从负磁场测试到正磁场还是正磁场测试到负磁场，传感器的输出曲线均随外 磁场的变化而改变，呈现线性关系，可实现对外磁场的探测；表明本发明采用LTCC工艺制 备的双层线圈组成的置位/复位线圈层有很好的置位、复位功能。另外，经测试，该样品双 层耦合型置位/复位线圈层电阻为10. 5Q，其置位/复位线圈的瞬时功率仅为〇. 42W，与 Honeywell同类型传感器的置位/复位线圈1. 75W的瞬时功率相对比，有大约400 %的下 降，有效降低了功耗。
[0047] 表1为本发明磁阻传感器在不同的线圈尺寸及匝数下的测试数据，其中：dwl、dw2 为底层线圈和顶层线圈导线线宽，单位为ym;t为置位/复位线圈层距四端惠斯通电桥式 各向异性磁阻传感单元层距离，单位为ym;N为线圈匝数；R为双层耦合线圈电阻，单位为 Q;1为置位/复位线圈层驱动电流，单位为A;P为置位/复位线圈层瞬时功率，单位为W。 由表1可知，本发明提供的磁阻传感器可有效降低置位/复位操作所带来的能耗。
[0048] 表1不同的线圈尺寸及匝数下的测试数据 [00491
[0050] 本发明采用底层线圈和顶层线圈组成的双层线圈作为置位/复位线圈层，可大 大提高磁场，使得在不附加任何磁性辅助层的基础上，提供满足应用需求的磁场并降低功 耗。本发明采用LTCC技术和真空镀膜技术相结合来制备各向异性磁阻传感器，其中，除四 端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感单元层中的磁性传感单元采用真空镀膜技术制备外，传 感器的其余部分均采用LTCC技术实现，可方便实现双层线圈的制备，简化了制备工艺，易 于大规模实现；同时，由于LTCC技术中的生瓷料带膜片具有很好的绝缘性能，其同时就能 实现置位/复位线圈层与四端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感单元层之间的绝缘，作为绝 缘层，不用另外镀制绝缘层，大大简化了磁阻传感器的制备工艺难度和工艺步骤，降低了成 本。
【主权项】
1. 一种基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器，包括衬底、依次位于衬底之上的底层线 圈、第一生瓷料带层、顶层线圈、第二生瓷料带层、四端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感单 元层；所述底层线圈与顶层线圈通过金属通孔连接，且底层线圈与顶层线圈中电流流动方 向一致，可增强磁场。2. 根据权利要求1所述的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器，其特征在于，所述衬底、 底层线圈、第一生瓷料带层、顶层线圈、第二生瓷料带层、四端惠斯通电桥式各向异性磁阻 传感单元层的电桥引出导线部分采用LTCC技术制备，所述四端惠斯通电桥式各向异性磁 阻传感单元层中的磁性传感单元采用真空镀膜技术制备。3. 根据权利要求1所述的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器，其特征在于，所述底层 线圈和顶层线圈的厚度为1~5 y m，所述第一生瓷料带层和第二生瓷料带层的厚度为10~ 50 u m〇4. 根据权利要求1所述的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器，其特征在于，所述底层 线圈和顶层线圈中的线间距相同，线宽相对应。5. -种基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器的制备方法，包括以下步骤： 步骤1 :选用非磁性的LTCC介质材料作为流延基板材料，采用LTCC技术制作衬底； 步骤2 :在步骤1得到的衬底上制备底层线圈；然后在底层线圈上制备一层生瓷料带膜 片，得到第一生瓷料带层； 步骤3 :在步骤2得到的第一生瓷料带层上制备顶层线圈，然后在顶层线圈上制备一 层或两层生瓷料带膜片，作为第二生瓷料带层；所述顶层线圈与底层线圈通过金属通孔连 接； 步骤4 :在步骤3得到的第二生瓷料带层上制备四端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感 单元层的电桥引出导线部分，然后进行生瓷料带膜片与金属导体的共烧；最后采用真空蒸 镀法沉积磁性材料，得到四端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感单元层中的磁性传感单元， 从而完成本发明所述磁阻传感器的制备。6. 根据权利要求5所述的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器的制备方法，其特征在 于，步骤2所述底层线圈的制备使用银浆，采用丝网印刷的方法制备得到；步骤3所述顶层 线圈的制备使用银浆，采用丝网印刷的方法制备得到；所述金属通孔中采用银浆填孔，实现 底层线圈和顶层线圈的连通。7. 根据权利要求5所述的基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器的制备方法，其特征在 于，步骤4中所述电桥引出导线部分使用银浆制备，采用丝网印刷方法。
【专利摘要】本发明提供了一种基于LTCC技术的低功耗磁阻传感器及其制备方法，属于磁性材料与元器件技术领域。包括衬底、依次位于衬底之上的底层线圈、第一生瓷料带层、顶层线圈、第二生瓷料带层、四端惠斯通电桥式各向异性磁阻传感单元层；所述底层线圈与顶层线圈通过金属通孔连接，且底层线圈与顶层线圈中电流流动方向一致，可增强磁场。本发明磁阻传感器采用优化结构的置位/复位线圈层且采用LTCC技术制备，使得在不附加任何磁性辅助层的基础上，提供满足应用需求的磁场，并同时降低置位/复位操作所带来的能耗，且工艺简单，易于实现。
【IPC分类】G01R3/00, G01R33/09
【公开号】CN105005010
【申请号】CN201510390973
【发明人】唐晓莉, 邹志理, 苏桦, 张怀武, 钟智勇
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月6日