一种基于磁阻效应的双轴弱磁传感器敏感芯片的制作方法

1.本发明涉及一种敏感芯片，具体涉及一种基于磁阻效应的双轴弱磁传感器敏感芯片。属于磁传感器领域。


背景技术：

2.磁场是自然界的基本物理场之一，在磁现象认知与应用过程中，磁探测的作用巨大，在反潜、地磁导航、生物磁标等领域中都起着独特的作用。由磁学理论可知，当铁磁性物体处于磁场中时会对原磁场造成扰动，引起磁场异常，通过探测这种异常，能够对磁性目标进行定位。这种目标探测方式具有适用范围广、隐蔽性好、抗干扰能力强等优势，具有巨大的军事和工业应用价值。从磁场感应范围的角度出发，磁场传感器可以分为三类：低强度磁场传感器、中强度磁场传感器和高强度磁场传感器。低强度磁场传感器又称弱磁测量传感器，通常被用探测0.1nt以下的磁场。
3.国内因线圈设计和加工问题，基于磁阻效应的敏感芯片仍处于实验室阶段，且测量精度较低，没有成熟的产品。而对目标探测、定位需要三个坐标，采用单轴的磁敏感芯片则需要3个才能实现，本发明在单轴磁阻效应弱磁敏感芯片的基础上，提出一种双轴弱磁传感器敏感芯片，用以解决测量精度低、且能够精确探测和定位的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有的弱磁传感器存在测量精度差、测量方向单一的问题。进而提供一种基于磁阻效应的双轴弱磁传感器敏感芯片。
5.本发明的技术方案是：一种基于磁阻效应的双轴弱磁传感器敏感芯片由两片单轴弱磁传感器敏感芯片组成，二者相同，上下堆叠、呈90度，每片单轴弱磁传感器敏感芯片均由电极引线层、四端惠斯通桥式磁阻、置位/复位电流带和偏置磁场带，电极引线层、四端惠斯通桥式磁阻、置位/复位电流带和偏置磁场带由上至下依次封装，且电极引线层与四端惠斯通桥式磁阻之间，四端惠斯通桥式磁阻与置位/复位电流带之间，置位/复位电流带与偏置磁场带之间均设置有绝缘层；其中，四端惠斯通桥式磁阻包括四端惠斯通电阻桥层和磁阻层，四端惠斯通电阻桥层封装在磁阻层上。
6.进一步地，电极引线层上开设有第一供电电极孔、输出正电极孔、接地电极孔、置位/复位负电极孔、输出负电极孔、第二供电电极孔、偏置负电极孔、置位/复位正电极孔和偏置正电极孔；第一供电电极孔、输出正电极孔、接地电极孔、输出负电极孔和第二供电电极孔由左至右依次开设在电极引线层上的上侧，偏置负电极孔和偏置正电极孔开设在输出负电极孔和第二供电电极孔的下方，在电极引线层上的右侧，偏置负电极孔在上，置位 /复位负电极孔和置位/复位正电极孔由右至左开设在电极引线层上的下方，在偏置正电极孔的左侧。
7.进一步地，磁阻层包括19个平行设置的双尖头左磁阻条和19个平行设置的双尖头右磁阻条，左磁阻条和双尖头右磁阻条水平放置，方向相同，所述双尖头左磁阻条和双尖头
右磁阻条的材料为铁镍合金。
8.进一步地，四端惠斯通电阻桥层包括电阻桥层本体、上供电电极、输出正极、接地电极、输出负电极和下供电电极，上供电电极、输出正极、接地电极、输出负电极和下供电电极分别安装在电阻桥层本体上，其中，上供电电极、输出正极、接地电极、输出负电极和下供电电极的安装位置分别与第一供电电极孔、输出正电极孔、接地电极孔、输出负电极孔和第二供电电极孔对应。
9.进一步地，四端惠斯通电阻桥层还包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂由上至下依次安装在电阻桥层本体上，其中，上供电电极与第一桥臂连接，输出正极与第二桥臂和第一桥臂连接，接地电极与第三桥臂和第二桥臂连接，输出负电极与第四桥臂和第三桥臂连接。
10.进一步地，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂上均包含一个蛇形短接条，所述蛇形短接条的材质为金属铝或金。
11.进一步地，第一桥臂的蛇形短接条为6行平行的且向左下倾斜45
°
的独立短接块，独立短接块的竖直宽度大于左双尖头磁阻条的宽度；第二桥臂的蛇形短接条为6行平行的且向右下倾斜45
°
的独立短接块，并与第一桥臂的独立短接块垂直，且独立短接块的竖直宽度大于左双尖头磁阻条的宽度；第三桥臂的蛇形短接条为6行平行的且向左下倾斜 45
°
的独立短接块，并与第二桥臂的独立短接块垂直，且独立短接块的竖直宽度大于右双尖头磁阻条的宽度；第四桥臂的蛇形短接条为6行平行的且向右下倾斜45
°
的独立短接块，独立短接块的竖直宽度大于右双尖头磁阻条的宽度。
12.进一步地，置位/复位电流带采用上、下双螺旋环状结构，上螺旋环状结构从里到外的顺时针螺旋型环状结构，下螺旋环状结构从里到外的逆时针螺旋型环状结构，中间为连接处，两端缺口与置位/复位负电极孔和置位/复位正电极孔相连接。
13.进一步地，置位/复位电流带的材质为金属铝。
14.进一步地，偏置磁场带的材质为金属铝。
15.本发明与现有技术相比具有以下效果：
16.双尖头的磁阻条可以有效对被检测的弱磁磁场形成磁阻效应，多个磁阻条的对称布置，极大降低了电路产生自热和外界温度产生的影响，并且在置位/复位电流带通过强电流，形成强磁场，对磁敏元件进行强制复位，消除之前测量过程引起的失调，并且，在偏置磁场带中可以通过施加直流电流的方式，抵消外界环境的磁场，使得磁敏元件仅在被测磁场的封闭环境下进行测量，大大提高了弱磁信号的提取精度，避免了外界噪声的影响，使得弱磁信号的测量精度得到显著提升。两个弱磁敏感芯片上下堆叠，呈90度放置，用以测量两个方向的弱磁信号。
附图说明
17.图1是本发明的主视图。图2是电极孔引线层的结构示意图。图3是四端惠斯通电阻桥层的结构示意图。图4是磁阻层的结构示意图。图5是置位/复位电流带层的结构示意图。图6是偏置磁场带层的结构示意图。
具体实施方式
18.具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式的一种基于磁阻效应的双轴弱磁传感器敏感芯片包括电极引线层10、四端惠斯通桥式磁阻20、置位/复位电流带31和偏置磁场带41，电极引线层10、四端惠斯通桥式磁阻20、置位/复位电流带31 和偏置磁场带41由上至下依次封装，且电极引线层10与四端惠斯通桥式磁阻20之间，四端惠斯通桥式磁阻20与置位/复位电流带31之间，置位/复位电流带31与偏置磁场带 41之间均设置有绝缘层；其中，四端惠斯通桥式磁阻20包括四端惠斯通电阻桥层21和磁阻层22，四端惠斯通电阻桥层21封装在磁阻层22上。
19.本实施方式的四层金属层均为1.205mm
×
1.205mm的方形形状。
20.具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的电极引线层10上开设有第一供电电极孔101、输出正电极孔102、接地电极孔103、置位/复位负电极孔104、输出负电极孔105、第二供电电极孔106、偏置负电极孔107、置位/复位正电极孔108和偏置正电极孔109；第一供电电极孔101、输出正电极孔102、接地电极孔103、输出负电极孔105和第二供电电极孔106由左至右依次开设在电极引线层10上的上侧，偏置负电极孔107和偏置正电极孔109开设在输出负电极孔105和第二供电电极孔106的下方，在电极引线层10上的右侧，偏置负电极孔107在上，置位/复位负电极孔104和置位/复位正电极孔108由右至左开设在电极引线层10上的下方，在偏置正电极孔109的左侧。如此设置，便于芯片封装时的引脚的区分和引出。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
21.本实施方式的电极孔引线层10置于敏感芯片最上面，一般采用的材料为金属铝或铜。
22.具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，磁阻层22包括19个平行设置的双尖头左磁阻条2201和19个平行设置的双尖头右磁阻条2202，左磁阻条2201和双尖头右磁阻条2202水平放置，方向相同，所述双尖头左磁阻条2201和双尖头右磁阻条2202的材料为铁镍合金。如此设置，结构紧凑，体积小，便于加工且对测量的磁场具有明显的阻抗作用。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
23.具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的四端惠斯通电阻桥层21 包括电阻桥层本体、上供电电极2101、输出正极2102、接地电极2103、输出负电极2104 和下供电电极2105，上供电电极2101、输出正极2102、接地电极2103、输出负电极2104 和下供电电极2105分别安装在电阻桥层本体上，其中，上供电电极2101、输出正极2102、接地电极2103、输出负电极2104和下供电电极2105的安装位置分别与第一供电电极孔 101、输出正电极孔102、接地电极孔103、输出负电极孔105和第二供电电极孔106对应。如此设置，便于与具体实施方式一中的电极孔一一对应。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
24.具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式中的四端惠斯通电阻桥层 21还包括第一桥臂2109、第二桥臂2108、第三桥臂2107和第四桥臂2106，第一桥臂2109、第二桥臂2108、第三桥臂2107和第四桥臂2106由上至下依次安装在电阻桥层本体上，其中，上供电电极2101与第一桥臂2109连接，输出正极2102与第二桥臂2108和第一桥臂2109连接，接地电极2103与第三桥臂2107和第二桥臂2108连接，输出负电极2104 与第四桥臂2106和第三桥臂2107连接。形成惠斯通电桥，将变化的磁信号转化为电信号，便于提取。其它组成
和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
25.具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的第一桥臂2109、第二桥臂2108、第三桥臂2107和第四桥臂2106上均包含一个蛇形短接条，所述蛇形短接条的材质为金属铝或金。如此设置，由桥臂形成的四端惠斯通电桥层21充分布置在磁阻层22 中，便于提取信号。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
26.具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的第一桥臂2109的蛇形短接条为6行平行的且向左下倾斜45
°
的独立短接块，独立短接块的竖直宽度大于左双尖头磁阻条2201的宽度；
27.第二桥臂2108的蛇形短接条为6行平行的且向右下倾斜45
°
的独立短接块，并与第一桥臂2109的独立短接块垂直，且独立短接块的竖直宽度大于左双尖头磁阻条2201的宽度；
28.第三桥臂2107的蛇形短接条为6行平行的且向左下倾斜45
°
的独立短接块，并与第二桥臂2108的独立短接块垂直，且独立短接块的竖直宽度大于右双尖头磁阻条2202的宽度；
29.第四桥臂2106的蛇形短接条为6行平行的且向右下倾斜45
°
的独立短接块，独立短接块的竖直宽度大于右双尖头磁阻条2202的宽度。
30.如此设置，使得四端惠斯通电桥结构紧凑，便于加工，且使得各个桥臂的连接点便于与电极孔一一对应。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
31.具体实施方式八：结合图5说明本实施方式，置位/复位电流带31采用上、下双螺旋环状结构，上螺旋环状结构从里到外的顺时针螺旋型环状结构，下螺旋环状结构从里到外的逆时针螺旋型环状结构，两端缺口与置位/复位负电极孔104和置位/复位正电极孔108 相连接。如此设置，便于与手柄进行连接，连接方便，便于拆卸检修。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。
32.具体实施方式九：结合图5说明本实施方式，本实施方式的置位/复位电流带31的材质为金属铝。如此设置，流经置位/复位电流带31的电流形成强磁场，将磁敏元件进行重置，且不会影响磁敏元件的测量。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
33.具体实施方式十：结合图6说明本实施方式，本实施方式的偏置磁场带41的材质为金属铝。如此设置，用以抵消外界环境对磁敏元件的影响，或提供反馈信号，并且不会影响磁敏元件的测量。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
34.结合图1至图6来说明本发明的工作原理：
35.本发明在进行封装时，最上的电极孔引线层10将外连接的端口通过金属引线引到合适的位置，形成压焊区；四端惠斯通电阻桥层21与磁阻层22相连接，之间不设置绝缘层，磁阻条对称分布，消除电路和温度等对磁阻特性产生的影响，也消除了在单个磁阻设计中可能存在的缺陷对桥式磁阻电路输出特性造成的影响；置位/复位电流带层31使弱磁传感器不需要外部线圈，通过集成在芯片内部的置位/复位电流带，既可以重新校准或反置传感器内部的磁敏元件，又可以消除电子电路和温度引起的失调；偏置磁场带层41可进行多种模式的操作，一是电流带上通过额定的电流，相当于在与敏感轴交叉的方向上提供固定的磁场，这样便可在电流带上通过直流电流，来抵消不想要的外环境磁场。二是在电流带片上
提供反馈信号电流，使弱磁传感器工作在闭环模式下。