一种含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微型传感器领域，尤其涉及一种含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器。
【背景技术】
[0002]磁通门传感器是一种具有非常优良综合性能的矢量磁场测量器件。无线圈磁通门采用Cu导线上电镀磁层的线-芯结构，没有激励线圈和感应线圈。无线圈磁通门是基于铁磁性磁通门铁芯的螺旋各向异性原理，如何使电镀的铁芯具有螺旋各向异性是线-芯结构无线圈磁通门能否工作的关键。
[0003]文南犬 I “Fluxgate effect in twisted magnetic wire.Journal of Magnetismand Magnetic Materials，2008，320:e974 e978”公开了一种应力感生螺旋各向异性无线圈磁通门。对电镀的双金属线，里层是铜导线，通激励电流；外层是电镀NiFe层。机械扭转装置反向旋转所产生的扭矩施加到双金属线上，使NiFe层因机械扭转产生螺旋各向异性。文南犬 2“Magnetic Microwires With Field-1nduced Helical Anisotropy for Coil-LessFluxgate.1EEE Transact1ns on Magnetic, 2010,43 (7):2562-2565，，公开了一种磁场感生螺旋各向异性无线圈磁通门。在电镀的过程中，利用赫姆霍兹线圈产生的长轴磁场和流过Cu导线的直流电流产生的圆周磁场的叠加来产生螺旋场，使电镀NiFe层产生螺旋各向异性。
[0004]然而，文献I施加到NiFe层的扭矩并非一个常量，因为NiFe层内温度的变化会改变由扭矩所产生的NiFe层内的结构，从而导致灵敏度和输出电压的改变，即此种方法对无线圈磁通门的输出稳定性影响大。而且文献I和文献2中NiFe层螺旋各向异性旋转角度不易控制与调整。
【实用新型内容】
[0005]为了克服现有技术对螺旋各向异性旋转角度控制与调整的不足的问题。
[0006]本实用新型的技术解决方案如下:
[0007]本实用新型提供一种含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器，包括NiFe线、NiFe线引线焊盘、Cu导线15和Cu导线引线焊盘16 ;所述附？6线由上层NiFe线12和下层NiFe线13两部分构成；所述上层NiFe线12和下层NiFel3线采用电镀Ni81Fel9合金，宽度均为50 μπι，厚度均为Iym ;所述NiFe线引线焊盘包括上层NiFe线引线焊盘121和下层NiFe线引线焊盘131 ;上层NiFe线12和下层NiFe线13分别位于Cu导线15的上面或下面；上层NiFe线12和下层NiFe线13为不同的排布方向；上层NiFe线12和下层NiFe线13在首尾处依次交替相连；上层NiFe线12由上层NiFe线引线焊盘121引出；下层NiFe线13由下层NiFe线引线焊盘131引出；上层NiFe线12与下层NiFe线13将Cu导线15包围在中间，Cu导线15由两端的Cu导线引线焊盘16引出。
[0008]优选的，NiFe线(即上层NiFe线12和下层NiFe线13)与Cu导线15之间没有绝缘层和保护层。
[0009]NiFe线与Cu导线15之间没有绝缘层和保护层，可以使传感器的信号性能更强。
[0010]优选的，上层NiFe线12为逆时针方向旋转；下层NiFe线13为顺时针方向旋转，它们具有相同的旋转角度。
[0011]这样做的好处是上层和下层NiFe线由形状感生螺旋各向异性，NiFe层内的结构受温度影响小。
[0012]进一步优选的，上层NiFe线沿逆时针旋转角度为15°、30°、45°或60°四种方式；下层NiFe线沿顺时针旋转角度为-15°、-30°、-45°或-60°四种方式。
[0013]所述上层NiFe线沿逆时针旋转角度为15°、30°、45°或60°四种方式时分别对应的上层NiFe线长度为580 μπι、302 μπι、221 μπι或260 μπι ;所述四种旋转角度分别对应的上层NiFe线间距为760 μπι、373 μπι、240 μπι或173 μπι ;所述四种旋转角度分别对应的上层NiFe线匝数为7匝、13匝、21匝或29匝。
[0014]所述下层NiFe线沿顺时针旋转角度为-15°、-30°、-45°或-60°四种方式时分别对应的下层NiFe线长度为580 μπι、302 μπι、221 μπι或260 μπι ;所述四种旋转角度分别对应的下层NiFe线间距为760 μπι、373 μπι、240 μπι或173 μπι ;所述四种旋转角度分别对应的下层NiFe线匝数为7匝、13匝、21匝或29匝。
[0015]进一步优选的，含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器位于衬底11上，衬底11是带有Si02绝缘层的Si衬底。
[0016]这样做的好处是Si衬底为整个结构提供支撑，Si衬底上的Si02绝缘层用于绝缘。
[0017]本实用新型与现有技术相比，具有以下有益的效果:
[0018](I)本实用新型采用上层NiFe线和下层NiFe线的铁芯结构以及标准MEMS工艺，所以NiFe线由形状感生螺旋各向异性，故NiFe线内的结构受温度影响小；同时微加工工艺能很好控制与调整NiFe线螺旋各向异性旋转角度。
[0019](2)本实用新型的微加工工艺制备流程简单，可提高产品良品率。
[0020](3)本实用新型大量采用如紫外光刻、电镀、湿法刻蚀等低成本MEMS工艺，在保证与集成电路很好集成的前提下降低成本。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器的俯视示意图。
[0022]图2为本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器制备方法示意图。
[0023]附图标记说明:
[0024]11:衬底、12:上层NiFe线、13:下层NiFe线、121:上层NiFe线引线焊盘、131:下层NiFe线引线焊盘、15:Cu导线、16:Cu导线引线焊盘。
[0025]20:Si 衬底、21:Si02 绝缘层、22:Cu 种子层、23:下层 NiFe 层、24:Cu 层、25:上层NiFe层、26:焊盘。
[0026]图2中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对应含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器制备的不同步骤。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细、完整地说明。
[0028]如图1所示为本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器的俯视示意图。由图1可知:本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器包括NiFe线、NiFe线引线焊盘、Cu导线15和Cu导线引线焊盘16。
[0029]NiFe线由两部分构成分别为上层NiFe线12和下层NiFe线13。NiFe线引线焊盘包括上层NiFe线引线焊盘121和下层NiFe线引线焊盘131。上层NiFe线12和下层NiFe线13分别位于Cu导线15的上面或下面；上层NiFe线12和下层NiFe线13为不同的排布方向；例如上层NiFe线12为逆时针方向旋转，下层NiFe线13为顺时针方向旋转，但是它们具有相同的旋转角度；这样做的好处是上层和下层NiFe线由形状感生螺旋各向异性，NiFe层内的结构受温度影响小。
[0030]上层NiFe线12和下层NiFe线13在首尾处依次交替相连。NiFe线由两端的NiFe线引线焊盘引出，即上层NiFe线12由上层NiFe线引线焊盘121引出，下层NiFe线13由下层NiFe线引线焊盘131引出；上层NiFe线12与下层NiFe线13将Cu导线15包围在中间，NiFe线与Cu导线15两者之间没有绝缘层和保护层，Cu导线15由两端的Cu导线引线焊盘16引出。
[0031]整个含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器位于衬底11上，衬底11是带有Si02绝缘层的Si衬底。Si衬底为整个结构提供支撑，Si衬底上的Si02绝缘层用于绝缘。下层NiFe线13、Cu导线15和上层NiFe线12依次生长在Si02绝缘层上。
[0032]本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器完全采用标准MEMS(Micrc)Electro Mechanical System)工艺。主要工艺包括:采用磁控派射工艺制备电镀种子层，采用紫外光刻工艺(在制备NiFe线和Cu导线时，对各自的掩膜版用紫外光照射才能出现需要的图形)和电镀工艺制备NiFe线、Cu导线，采用湿法刻蚀工艺去除种子层。
[0033]如图2所示为本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器的制备方法示意图。由图2可知:本实用新型含有镍铁线的微型无线圈磁通门传感器的制备方法主要包括以下步骤:
[0034]步骤1:Si衬底20上生长Si02绝缘层21。
[0035]上述步骤I具体为通过热氧化在Si衬底20上生长Si02绝缘层21，如图2 (a)所示。所生长的S