一种二维磁场传感器的制作方法

本发明属于磁传感器领域，涉及一种二维磁场传感器。

背景技术：

早先的磁场传感器，是伴随测磁仪器的进步而逐步发展的，随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和电子计算机应用的普及，磁场传感器的需求不断增大，随着微电子技术的发展，磁场传感器朝着小型化、集成化和智能化的方向发展，进而对磁场传感器的性能要求也不断提高。

现有的可进行二维磁场测量的传感器主要是通过在测量平面上安装两个正交的磁传感器来分别获取两个维度的磁场强度；专利号为02147304.8的专利中描述了一种二维磁性传感器，它包括用于检测外部磁场的第一坐标轴向成分而配设的第一mi元件、用于检测外部磁场的第二坐标轴向成分而配设的第二mi元件和集成电路；这种磁场传感器会给测量系统带来误差，且占据较大空间，同时，这种结构需要将两个芯片通过封装来实现，不利于集成。还有一种测量二维磁场的方法是通过两个磁隧道结传感器来测量，其中第一磁隧道结传感器包括第一被钉扎层和在第一被钉扎层上形成的第一感测元件，第二磁隧道结传感器包括第二被钉扎层和在第二被钉扎层上形成的并且与第一感测元件正交的第二感测元件；这种设计存在工艺复杂、实现较困难等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种二维磁场传感器。

本发明包括磁通引导器。磁通引导器设置在衬底上，磁通引导器外部框架为方环形或圆环形结构，两条对角线或两条垂直的对称轴将磁通引导器分为四个区域；每个区域均开有磁敏电阻放置间隙。每个区域设置有一对磁敏电阻，磁敏电阻均设置在衬底上，一个磁敏电阻被磁通引导器覆盖，另一磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙内。

对角两个区域的两对磁敏电阻分别连成两组惠斯通电桥结构。

本发明中磁通引导器外部框架还可以为水平方向或垂直方向对称的半环形结构，对称轴将磁通引导器分为两个区域；每个区域均开有磁敏电阻放置间隙。每个区域设置有一对磁敏电阻，磁敏电阻均设置在衬底上，一个磁敏电阻被磁通引导器覆盖，另一磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙内。同一区域的一对磁敏电阻连成惠斯通电桥半桥结构。

所述的磁敏电阻放置间隙的两边与切边呈大于0°小于90°的倾斜角；

所述的磁通引导器诱导平面磁场通过磁通引导器的两个间隙或四个间隙，间隙中的磁敏电阻感受到通过间隙的磁场分量，磁电阻随外场发生改变，而被磁通引导器覆盖的磁敏电阻由于被软磁屏蔽，故磁电阻不随外场改变，磁通引导器的间隙中的磁敏电阻以及被磁通引导器覆盖的磁敏电阻组成两对惠斯通电桥形成差分输出，从而实现对二维磁场的测量。

所述的磁敏电阻由同种材料组成，为各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁隧道结电阻。

同一区域内，所述的磁敏电阻的倾斜角度与磁敏电阻放置间隙的倾斜角度相同，磁敏电阻的两边与间隙的切边平行。

所述的磁通引导器选用软磁材料。

本发明是在硅片层次上的一种设计，在制备工艺上通过结构设计即可实现，为单芯集成，可集成度高。利用磁通引导器间隙中的磁敏电阻以及被磁通引导器覆盖的磁敏电阻构成两组惠斯通电桥结构形成差分输出，相对比以往的二维磁场传感器具有更高的精度、抗干扰能力强、更易于小型化、集成化，同时由于两组电桥结构使得该设计可以有效的抑制温漂。

附图说明

图1为本发明的一种整体结构示意图；

图2为本发明的另一种整体结构示意图；

图3为本发明实施例1的整体结构示意图；

图4为本发明实施例2的整体结构示意图；

图5为本发明实施例的电桥连接图；

图6为本发明实施例1的磁场分解仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述。

如图1和2所示，一种二维磁场传感器，包括磁通引导器1。磁通引导器1设置在衬底上，磁通引导器1外部框架为方环形或圆环形结构，两条对角线或两条垂直的对称轴将磁通引导器分为四个区域；每个区域均开有相同的磁敏电阻放置间隙2。每个区域设置有一对磁敏电阻3，磁敏电阻均设置在衬底上，一个磁敏电阻被磁通引导器覆盖，另一磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙内。

其中四个区域上的磁敏电阻放置间隙2的两边与切边呈大于0°小于90°的倾斜角，四个磁敏电阻放置间隙2相互对称配置或不对称配置；磁通引导器上磁敏电阻放置间隙2两边切边为大于0°小于90°的倾斜角。当四个磁敏电阻放置间隙2关于磁通引导器1两条对角线或两条垂直的对称轴对称，且倾斜角为45°时，二维磁场传感器性能达到最优；在磁通引导器1的每个间隙中放置的磁敏电阻与间隙的切边平行或者有夹角。

如图3所示，实施例一中磁通引导器1为正方环形，每条边上均开有两边与切边呈为45°倾斜角的磁敏电阻放置间隙2，四个磁敏电阻放置间隙2关于磁通引导器1两条对角线均对称。

在磁敏电阻放置间隙2中放置的磁敏电阻与间隙切边平行，被磁通引导器1覆盖的磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙2中放置的磁敏电阻旁边；磁通引导器采用具有高磁导率特性的软磁材料，如镍铁、铁硅合金(硅钢片)等。

如图4所示，实施例二中磁通引导器1为正方环形的两条互相垂直的边。每条边的结构与实施例1中相同。

实施例1中磁通引导器1两组对边的四个磁阻分别组成两个惠斯通电桥。两个惠斯通电桥结构相同，一边上磁敏电阻放置间隙内的电阻为第一磁阻电阻r1、另一电阻为第二磁阻电阻r2；另一边上磁敏电阻放置间隙内的电阻为第三磁阻电阻r3、另一电阻为第四磁阻电阻r4。

如图5所示，第一磁阻电阻r1的一端与第二磁阻电阻r2的一端连接后接vcc输入电源；第三磁阻电阻r3的一端与第四磁阻电阻r4的一端连接后接地；第一磁阻电阻r1的另一端与第四磁阻电阻r4的另一端连接后作为第一输出端，第三磁阻电阻r3的另一端与第二磁阻电阻r2的另一端连接后作为第二输出端；每个惠斯通电桥的两个输出端分别形成差分输出vout1与vout2。

如图6所示，传感器所测量的面内磁场会被磁通引导器分解为x轴和y轴两个方向的磁通分量。

工作原理如下，由于磁通引导器的高导磁率特性被诱导沿着磁通引导器内部通过间隙，间隙中的磁敏电阻可以感受到通过间隙的磁场分量，磁电阻随外场发生改变，而被磁通引导器覆盖的磁敏电阻由于被软磁屏蔽，故磁电阻不随外场改变，故由两组电桥分别得到两个差分输出，从而实现对二维磁场的磁场强度的测量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种二维磁场传感器。本发明包括磁通引导器。磁通引导器设置在衬底上，磁通引导器外部框架为环形或半环形结构，根据对称轴将磁通引导器分为两个或四个区域；每个区域均开有磁敏电阻放置间隙。每个区域设置有一对磁敏电阻，磁敏电阻均设置在衬底上，一个磁敏电阻被磁通引导器覆盖，另一磁敏电阻设置在磁敏电阻放置间隙内。对角两个区域的两对磁敏电阻分别连成两组惠斯通电桥结构。本发明为单芯集成，可集成度高。利用磁通引导器间隙中的磁敏电阻以及被磁通引导器覆盖的磁敏电阻构成两组惠斯通电桥结构形成差分输出，相对比以往的二维磁场传感器具有更高的精度、抗干扰能力强、更易于小型化、集成化，同时双电桥可有效的抑制温漂。

技术研发人员：钱正洪;白茹;康洁;胡亮
受保护的技术使用者：钱正洪;白茹
技术研发日：2018.06.22
技术公布日：2018.10.30