一种磁电阻磁性图像识别传感器的制造方法
【专利摘要】一种磁电阻磁性图像识别传感器，包括PCB、多个磁电阻传感器芯片，所述多个磁电阻传感器芯片位于所述PCB上，所述PCB垂直/平行于磁性图像检测面，分为侧面检测模式/正面检测模式，所述侧面检测模式中多个磁电阻传感器芯片侧面与PCB侧面平行或共面，且平行于磁性图像检测面，所述多个磁电阻传感器芯片具有相同磁场敏感方向，在侧面检测模式中采用相邻磁电阻传感器芯片堆叠排列的方式，在正面检测模式中采用相邻磁电阻传感器芯片错位排列的方式实现磁性图像检测面上的检测区域的连续，所述磁电阻磁性图像识别传感器还可以包括永磁组合体和外壳。该发明具有识别区连续、信号完整、灵敏度高、低功耗的优点。
【专利说明】一种磁电阻磁性图像识别传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁性传感器领域，特别涉及一种磁电阻磁性图像识别传感器。
【背景技术】
[0002]磁性图像识别传感器主要用于金融领域，例如用于P0S、ATM、验钞、清钞机等。信用卡的磁条为硬磁材料，可以直接对其磁场进行测量，钞票表面图像由包含软磁磁性粒子的油墨印刷而成，在施加偏置磁场的条件下，使得磁性粒子磁化，从而可以被磁性图像识别传感器检测到，实现对信用卡信息或钞票图像的识别。磁性图像识别传感器一般采用音频磁头技术或磁阻磁头技术。音频磁头采用线圈缠绕带缝隙的环状结构，其利用电磁感应原理，当缝隙快速通过磁性颗粒时产生磁通量的变化，从而在线圈内感应出感应电流，通过对电流的变化建立磁性图像分布信号，该技术存在的主要问题在于，I磁场灵敏度低，需要增加匝数的方法才能得到有效信号，2尺寸较大，尺寸分辨率较低，需要快速的移动，对于静止的磁场信号无反应，3功耗大。磁阻类磁头，如Hall效应传感器，其主要存在如下的问题，I) Hall效应传感器磁场灵敏度低，因此，对于磁性粒子检测需要足够大偏置磁场才能产生足够的磁化强度以被磁性传感器检测到，因此增加了金融磁头的体积；2) Hall效应传感器磁场灵敏度低，而且产生的磁场输出信号也较低，而且功耗也高。此外，无论是音频磁头技术还是磁阻磁头技术，当采用多个磁性传感器实现对大范围磁性图像的检测时，一般采用排列成行列的形式，导致相邻磁性传感器之间存在漏检区域，所得图像识别出现漏检区域。
【发明内容】
[0003]为了解决以上存在的问题，本发明提出了一种磁电阻磁性识别传感器，采用磁电阻传感器，如TMR磁传感器来实现对钞票磁性纳米粒子图像的检测，由于TMR传感器具有高的磁场灵敏度，小尺寸，并且具有低功耗的特点，并可以通过芯片之间错位排列或者堆叠排列，从而克服了上述问题。
[0004]本发明所提出的一种磁电阻磁性图像识别传感器，用于检测磁性图像，所述磁性图像所在的平面为磁性图像检测面，其包括侧面/正面检测模式图像识别传感器；所述侧面/正面检测模式图像识别传感器分别包括位于PCB上的多个磁电阻传感器芯片；所述侧面检测模式图像识别传感器的多个所述磁电阻传感器芯片的侧面平行于所述磁性图像检测面；所述正面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的正面平行于所述磁性图像检测面；相邻所述磁电阻传感器芯片在所述磁性图像检测面上沿扫描方向的扫描检测区互补或有交集。
[0005]所述正面检测模式图像识别传感器所对应的相邻的所述磁电阻传感器芯片在所述PCB的正面沿所述磁电阻传感器芯片边缘相互错位方式排列。
[0006]所述侧面检测模式图像识别传感器所对应的在所述PCB上的所述多个磁电阻传感器芯片一边翘起离开所述PCB正面，另一边与相邻所述磁电阻传感器芯片的一边倾斜堆叠。[0007]所述侧面检测模式图像识别传感器所对应的在所述PCB上的所述多个磁电阻传感器芯片中相邻的所述磁电阻传感器芯片片上交错堆叠。
[0008]包括永磁组合体，并且所述正面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为平行于扫描方向，而所述侧面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为垂直于所述磁性图像检测面。
[0009]所述永磁组合体包括两块磁化方向相同的永磁体,分别沿扫描方向对称地位于所述PCB两侧，其磁化方向垂直于所述PCB正面。
[0010]对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体包括两块永磁体，并在所述PCB正面两侧对称放置，其磁化方向均垂直于磁性图像检测面，但是所述两块永磁体的磁化方向相反。
[0011]对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和一块软磁体，分别位于所述PCB正面两侧,所述永磁体的磁化方向垂直于所述PCB正面方向，所述软磁体平行于所述PCB正面。
[0012]对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和一块L型软磁体形成的开口朝向所述磁性图像检测面的结构，其位于所述PCB的同一侧，且所述L型软磁体位于所述永磁体和所述PCB之间，所述永磁体位于所述L型软磁体底部之上，其磁化方向垂直于所述磁性图像检测面，所述L型软磁体侧面平行于所述PCB。
[0013]对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和两块软磁体形成的开口朝向所述磁性图像检测面的结构，所述永磁体磁化方向垂直于所述PCB的正面，并且所述永磁体位于所述PCB底部，所述两块软磁体对称位于所述PCB正面两侧和所述永磁体两端上，且平行于所述PCB。
[0014]对于所述正面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体为凹形永磁体，所述凹形永磁体的开有凹槽的面正对所述PCB背面，开槽方向平行于所述磁性图像检测面，且垂直于磁场敏感方向，所述凹形永磁体的磁化方向为垂直于PCB方向。
[0015]对于所述正面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体包括一块位于所述PCB背面的背面永磁体和两块沿扫描方向对称地放置于所述PCB两侧的侧面永磁体，所述背面永磁体和所述两块侧面永磁体的磁化方向均垂直于所述磁性图像检测面，且所述背面永磁体和所述两块侧面永磁体磁化方向相反。
[0016]所述正面检测模式图像识别传感器的所述多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为平行于或垂直于所述磁性图像检测面方向，且当所述多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向平行于所述磁性图像检测面时，所述磁场敏感方向平行或垂直于扫描方向。
[0017]所述磁电阻传感器芯片为半桥结构，包含两个、三个或四个磁敏感单元并分别排列成两行一列、三行一列或两行两列，且各所述磁敏感单元的磁场敏感方向一致；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含两个磁敏感单元时，所述两个磁敏感单元具有相同电阻，直接构成一个半桥；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含三个磁敏感单元时，位于中间行的所述敏感单元电阻为位于两边行的两个所述敏感单元电阻的一半，且所述位于两边行的两个敏感单元并联后与所述位于中间行的敏感元件形成半桥结构；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含四个磁敏感单元时，所述四个敏感单元电阻相同，且同一行的两个磁敏感单元并联，而后两行之间串联形成半桥结构；在所述侧面检测模式图像识别传感器中，其列方向垂直于所述磁性图像检测面，且封装时所述磁敏感单元位于芯片中靠近所述磁性图像检测面的一侧；在所述正面检测模式图像识别传感器中，其列方向平行于扫描方向。
[0018]所述磁电阻传感器芯片为全桥结构，包含四个磁敏感单元，且各所述磁敏感单元的磁场敏感方向一致，四个所述磁敏感单元排列成两行两列，构成全桥的两个半桥所包含的两个敏感元件分别位于两行中且不同列的位置，在侧面检测模式图像识别传感器中，其列方向垂直于磁性图像检测面，且封装时敏感单元位于芯片中靠近磁性图像检测面的一侦牝在正面检测模式图像识别传感器中，其列方向平行于扫描方向。
[0019]所述半桥结构的磁电阻传感器芯片为集成多个敏感单元的单个磁电阻传感器芯片，或者为多个集成一个或多个敏感单元的磁电阻传感器芯片分立元件的互联组合。
[0020]所述全桥结构的磁电阻传感器芯片为集成多个敏感单元的单个磁电阻传感器芯片，或者为多个集成一个或多个敏感单元的磁电阻传感器芯片分立元件的互联组合。
[0021]所述磁电阻传感器芯片采用正面焊盘wirebonding或者TSV通孔到所述磁电阻传感器芯片背面焊盘的封装结构。
[0022]还可以包括一个外壳，所述PCB和所述多个磁电阻传感器芯片放置于所述外壳内；所述永磁组合体部分或全部放置于所述外壳内，或者全部位于所述外壳外。
[0023]所述磁电阻磁性传感器芯片中的磁敏感单元为AMR，Hall, GMR或者TMR类型的磁电阻传感器中的一种。
[0024]所述侧面检测模式图像识别传感器对应的所述磁电阻传感器芯片的侧面与所述PCB侧面共面或平行于所述磁性图像检测面。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为侧面检测模式图像识别传感器简图。
[0026]图2为侧面检测模式图像识别传感器采用的第一种永磁组合体的示意图。
[0027]图3为侧面检测模式图像识别传感器采用的第二种永磁组合体的示意图。
[0028]图4为侧面检测模式图像识别传感器采用的第三种永磁组合体的示意图。
[0029]图5为侧面检测模式图像识别传感器采用的第四种永磁组合体的示意图。
[0030]图6为侧面检测模式图像识别传感器采用的第五种永磁组合体的示意图。
[0031]图7为侧面检测模式中PCB上磁电阻磁性传感器芯片间隔排布图。
[0032]图8为侧面检测模式中PCB上磁电阻磁性传感器芯片片上堆叠排布图一。
[0033]图9为侧面检测模式中PCB上磁电阻磁性传感器芯片片上堆叠排布图二。
[0034]图10为侧面检测模式中PCB上磁电阻磁性传感器芯片片上堆叠排布图三。
[0035]图11为正面检测模式的图像识别传感器简图。
[0036]图12为正面检测模式图像识别传感器采用的第一种永磁组合体的示意图。
[0037]图13为正面检测模式图像识别传感器采用的第二种永磁组合体的示意图。
[0038]图14为正面检测模式图像识别传感器采用的第三种永磁组合体的示意图。
[0039]图15为正面检测模式中PCB上磁电阻磁性传感器芯片的间隔排布图。
[0040]图16为正面检测模式中基板上磁电阻传感器芯片错位排布图一。
[0041]图17为正面检测模式中基板上磁电阻传感器芯片错位排布图二。
[0042]图18为磁电阻传感器芯片切片正视图。[0043]图19为磁电阻传感器芯片切片侧视图。
[0044]图20为磁电阻传感器芯片切片背视图。
[0045]图21为磁电阻磁性传感器结构示意图:a)半桥结构；b)全桥结构；c)双半桥结构；d)三元件半桥结构。
[0046]图22为侧面检测模式中磁电阻传感器芯片上敏感单元排布图:a)半桥结构；b)全桥或双半桥结构；c )三元件半桥结构。
[0047]图23为正面检测模式中磁电阻传感器芯片敏感单元排布图:al)半桥结构侧视图；bl)半桥结构正视图；a2)全桥结构或双半桥结构侧视图:b2)全桥结构或双半桥结构正视图；a3)三元件半桥结构侧视图；b3)三元件半桥结构正视图。
【具体实施方式】
[0048]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0049]实施例一
图1为侧面检测模式图像识别传感器结构图，包括PCB 1、多个磁电阻传感器芯片2。PCBl上面积较大的一个面为其正面I (2)，而与该正面I (2)相邻的面为其侧面I (1)，一般称PCBl的正面1(2)的方向为该PCBl的方向。相类似的，磁电阻传感器芯片2上也具有其正面和侧面2 (I)。其中，多个磁电阻传感器芯片2位于PCB I的正面I (2)，且所在的PCB I正面I (2)垂直于磁性图像检测面3。磁性图像检测面3是所要扫描检测的图像所在的平面。多个磁电阻传感器芯片2的侧面2 (I)与PCB I的靠近磁性图像检测面3的侧面I (I)既可以共面也可以不共面，但其平行于并尽量靠近磁性图像检测面3，且多个磁电阻传感器芯片2的磁场敏感方向7垂直于磁性图像检测面3，图1中4为扫描方向。该结构的侧面检测模式磁电阻图像识别传感器可以直接用于由永磁材料构成的磁性图像的阅读，例如可以用于POS机中的磁头来对信用卡上永磁磁条的阅读。
[0050]实施例二
图2-6为侧面检测模式图像识别传感器应用于软磁材料形成的磁性图像阅读时的结构不意图，它还包括永磁组合体5,外壳6。其中外壳6覆盖在PCB 1、多个磁电阻磁性传感器芯片2外面,且永磁组合体5可以完全位于外壳6之内，也可以部分位于外壳6之内或者完全位于外壳6之外，图2-6为了说明，仅画出了永磁组合体5完全位于外壳6之内的情况。永磁组合体5的作用在于产生磁场来磁化软磁材料构成的磁性图像检测面3中的软磁材料，使之能够被多个磁电阻磁性传感器芯片2探测到。外壳6的作用在于保护磁电阻传感器芯片2以及PCB I。永磁组合体5完全或部分位于外壳6之外可以减小图像识别传感器的体积。
[0051 ] 图2所示的侧面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体5包括两块永磁体5( I)和5 (2), 二者对称位于PCB I的正面I (2)的两侧,且具有相同磁化方向，该磁化方向垂直于PCB I的正面I (2)。
[0052]图3所示的侧面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体5包括两块永磁体5( 3)和5 (4)，二者对称位于PCB I的正面I (2)的两侧，且具有反平行的磁化方向，二者的磁化方向平行于多个磁电阻传感器芯片2的磁场敏感方向7，即垂直于磁性图像检测面3。
[0053]图4所示的侧面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体5包括永磁体5 (5)和软磁体5 (6), 二者分别位于PCB I的两侧,其中永磁体5 (5)的磁化方向垂直于PCB I的正面I (2)，而软磁体5 (6)则平行于PCB I的正面I (2)。
[0054]图5所示的侧面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体5包括永磁体5 (7)以及L型软磁体5 (8)。永磁体5 (7)以及L型软磁体5 (8)位于PCB I的同一侧，且永磁体5 (7)和L型软磁体5 (8)间形成朝向磁性图像检测面3的间隙。L型软磁体5 (8)位于靠近PCB I的一侧，其具有相垂直的侧部和底部。L型软磁体5 (8)的侧部平行于永磁体5
(7)，L型软磁体5 (8)的底部垂直于PCB I的正面I (2)。其中永磁体5 (7)磁化方向平行于磁场敏感方向7，该永磁体5 (7)位于L型软磁体5 (8)的底部之上从而形成了朝向磁性图像检测面3的间隙。
[0055]图6所示的侧面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体5包括永磁体5 (9)、软磁体5 (10)和5 (11)。软磁体5 (10)和5 (11)位于永磁体5 (9)的两端,对称分布于PCB I正面I (2)的两侧，并平行于PCB I，永磁体5 (9)位于PCB I的底部。软磁体5
(10)和5 (11)形成的间隙开口朝向磁性图像检测面3，且永磁体5 (9)的磁化方向垂直于PCB I的正面I (2)。
[0056]实施例三
图7-10为侧面模式图像识别传感器中的多个磁电阻传感器芯片2在PCB I上的排布图。
[0057]图7中所有磁电阻传感器芯片2在PCB I上排成一行，图7(a)为侧视图，图7(b)为正视图，磁电阻传感器芯片2的侧面2 (I)沿着PCB I的侧面I (I)依次排列，其相互之间具有一定间隙或者该间隙为O。这种排列方式的缺点在于，即使在间隙为O的情况下，由于封装材料的存在，相邻磁电阻传感器芯片2在磁性图像检测面3上沿扫描方向4形成的扫描检测区2 (30)和2 (31)没有交集，故不可能在扫描方向上形成连续的检测区，因此对于磁性图像的检测存在漏检区域。
[0058]图8-10针对图7存在的磁性图像的漏检区域的问题，提出了磁电阻传感器芯片2在PCB I上的新的排布方式，即磁电阻传感器芯片2其采用了能够使相邻磁电阻传感器芯片2在磁性图像检测面3上沿扫描方向形成的扫描检测区互补或有交集的方式排列设置于PCBl上，具体如下。
[0059]第一种可以米用的磁电阻传感器芯片2的排布方式为:相邻的磁电阻传感器芯片2片上交错堆叠。如图8和图9，在图7中的一层磁电阻传感器芯片2的侧面2 (I)沿着PCB I的侧面I (I)依次排列的基础上，增加了第二层磁电阻传感器芯片2，其位于第一层磁电阻传感器芯片2之上，且每个磁电阻传感器芯片2并位于第一层中相邻的两个磁电阻传感器芯片2之间的区域，从而形成交错堆叠的结构，使得相邻两个磁电阻传感器芯片2在扫描方向4形成的扫描检测区2 (32)和2 (33)互补或具有重叠的区域，从而确保了扫描过程中磁性图像的检测不存在漏检区域。
[0060]第二种可以采用的磁电阻传感器芯片2的排布方式为:相邻的磁电阻传感器芯片2片上倾斜堆叠。图10中每个磁电阻传感器芯片2的一侧翘起而离开PCB I的正面1(1)，另一侧则在PCB I上，即每个磁电阻传感器芯片2均倾斜设置，使得相邻的磁电阻传感器芯片2中，一个磁电阻传感器芯片2的未翅起的一侧与另一个磁电阻传感器芯片2中翅起的一侧在边缘相互倾斜堆叠，从而保证了相邻磁电阻传感器芯片2在扫描方向4形成的扫描检测区2 (34)和2 (35)具有重叠的区域，确保了扫描过程中磁性图像的检测不存在漏检区域。
[0061]实施例四
图11为正面检测模式图像识别传感器结构，包括PCB 11、多个磁电阻传感器芯片21，其中多个磁电阻传感器芯片21位于PCB 11的正面11 (2)，且其正面21 (2)平行于磁性图像检测面3。如果正面检测模式图像识别传感器应用于硬磁体的检测时，其磁场敏感方向可以平行或者垂直于磁性图像检测面3，而磁场敏感方向当平行于磁性图像检测面3时，该方向可以平行或垂直于扫描方向4。当磁性图像由硬磁体组成时，其所产生的磁场将作用于磁电阻传感器芯片21，并且将其沿扫描方向4的磁场分布特征转变成电信号，从而实现对磁性图像的阅读。
[0062]实施例五
图12-14为正面检测模式图像识别传感器在软磁材料构成的磁性图像检测中的应用。
[0063]图12-14所示的正面检测模式图像识别传感器还包括永磁组合体51，外壳6。其中PCB 11和多个磁电阻传感器芯片21位于外壳6之内，其永磁组合体51可以位于外壳6之内，也可以部分或者全部位于外壳6之外，后者可以有利于图像识别传感器尺寸的减小。在有永磁组合体51存在时,磁电阻传感器芯片21的磁场敏感方向71与扫描方向4 一致，并平行于磁性图像检测面3。
[0064]图12所示的正面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体51为凹形永磁体，其几何结构为方块的上表面开有一个矩形的凹槽。该正面检测模式图像识别传感器的PCBll上与其正面11 (2)相对的那个面积较大的面为其背面。凹形永磁体的上表面正对PCB 11的背面且直接与PCB 11的背面接触，凹形永磁体的磁化方向垂直于PCB 11正面11(2)，矩形凹槽的贯穿方向，即开槽方向垂直于扫描方向4，平行于磁性图像检测面3。
[0065]图13所示的正面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体51包含两块永磁体51
(I)和51 (2), 二者分别沿扫描方向4对称位于磁电阻传感器芯片21的两侧,其磁化方向垂直于磁性图像检测面3和PCBll的正面11 (2)，且磁化方向相同。
[0066]图14所示的正面检测模式图像识别传感器中的永磁组合体51包括三块永磁体51
(3)、51 (4)和51 (5),其中的两块永磁体51 (3)和51 (4)沿扫描方向4对称分布于磁电阻传感器芯片21的两侧，称作侧面永磁体，二者的磁化方向相同，为垂直于磁性图像检测面3，另一块永磁体51 (5)位于PCB 11的正下方，即背面，称作背面永磁体，其磁化方向反平行于永磁体51 (3)和51 (4)。
[0067]实施例六
图15-17为正面检测模式图像识别传感器中的多个磁电阻传感器芯片21在PCB 11上的排布图。
[0068]图15 (a)和(b)分别侧视图和正视图，其中的磁电阻传感器芯片21在PCB 11上排列成一行，且行的方向垂直于扫描方向4或者磁场敏感方向71。由于磁电阻传感器芯片21中封装材料的存在，因此即使相邻磁电阻传感器芯片21间隙为0，相邻磁电阻传感器芯片21在磁性图像检测面3上沿扫描方向4形成的扫描检测区21 (30)和21 (31)没有交集，因此导致磁性图像检测面3上存在漏检区域。
[0069]为了弥补漏检区域的问题，图16和图17对磁电阻传感器芯片21在PCB 11上的排列方式进行了改进。
[0070]可以采用的磁电阻传感器芯片21的排布方式为:相邻的磁电阻传感器芯片21在PCBll的正面11 (2)以边缘相互错位的方式排列。图16 (a)和(b)分别为一种排列方式的侧视图和正视图，其扫描方向4和磁电阻传感器芯片21的磁场敏感方向为71方向一致，磁电阻传感器芯片21在PCB 11正面11 (2)采用倾斜放置，相邻磁电阻传感器芯片21错位排列，磁电阻传感器芯片21的边缘相互交错，从而使得相邻磁电阻传感器芯片21沿扫描方向4在磁性图像检测面3上形成的扫描检测区21 (32)和21 (33)能够重叠，解决了漏检的问题。
[0071]图17 (a)和(b)分别为另一种排列方式的侧视图和正视图，通过在相邻两个磁电阻传感器芯片21的行方向中间位置插入第三个磁电阻传感器芯片21，并与相邻两个磁电阻传感器芯片21在边缘重叠，从而使得相邻磁电阻传感器芯片21的扫描检测区21 (34)和21 (35)重叠，解决了漏检的问题。
[0072]图18-20为以上各实施例中磁电阻传感器芯片的晶圆切片的正视图、侧视图和背视图。可以看出，磁电阻传感器芯片包含磁敏感单元42，磁电阻敏感单元42在Si切片41的正面，且信号及电源引脚43可以位于Si切片41的正面,通过wirebonding引出，也可以通过TSV通孔44穿过Si切片41，在Si切片41的背面形成引脚45。即磁电阻传感器芯片采用正面焊盘wirebonding或者TSV通孔到磁电阻传感器芯片背面焊盘的封装结构。图9中上下两层之间磁电阻传感器芯片2的连接,可以通过wirebonding连接到PCB I上,也可以通过正面和背面之间的引脚直接连接。采用TSV背面引脚相对于正面的wirebonding,在正面检测模式图像识别传感器中，可以减小磁电阻传感器21和磁性图像检测面3之间的探测距离，增加磁场强度。
[0073]图21为磁电阻传感器芯片2或21中的磁敏感单元42的组成结构图，图21 (a)中为半桥结构，包含Rl和R2两个敏感单元。这两个敏感单元Rl和R2排列成两行一列，且两个磁敏感单元Rl和R2具有相同电阻，直接构成一个半桥。图21 (b)为全桥结构，包含尺1，1?2，1?3和1?4四个敏感单元，有两路输出Vout+和Vout-。四个磁敏感单元Rl，R2，R3和R4排列成两行两列。构成全桥的两个半桥所包含的两个敏感元件分别位于两行中且不同列的位置。在侧面检测模式图像识别传感器中，其列方向垂直于磁性图像检测面3，且封装时敏感单元位于芯片中靠近磁性图像检测面3的一侧。在正面检测模式图像识别传感器中，其列方向平行于扫描方向4。图21 (c)为包含两行两列排列的Rl, R3, R2, R4四个敏感单元的半桥结构，且同一行的两个磁敏感单元并联，而后两行之间串联形成半桥结构，两个半桥R1，R2以及R3，R4分别共享电源和接地，但共有一个输出端。图21 (d)为排列为三行一列的三敏感元件半桥结构，包含Rl，R2，R3三个敏感单元，其中位于两边行的两个敏感单元R1，R3电阻相同，其阻值是位于中间行的敏感单元R2电阻的两倍，敏感单元Rl和R3并联，而后和R2串联形成半桥，输出信号电压从Rl，R2，R3的中间公共端输出。所述磁电阻敏感单元可以为TMR、Hal1、AMR、GMR单元中的一种。各磁敏感单元的磁场敏感方向一致。
[0074]图22为侧面检测模式图像识别传感器的磁电阻传感器芯片2中敏感单元排布图。
[0075]图22 Ca)为半桥结构，其中敏感单元Rl和R2形成两行一列排布，Rl位于靠近磁性图像检测面3的一行，平行于磁性图像检测面3，R2位于另一行，其磁场敏感方向相同，都为71方向，列方向垂直于磁性图像检测面3，其中4为扫描方向。[0076]图22 (b)为全桥结构或者两个半桥结构，敏感单元R1-R4排列成两行两列，其中Rl和R3位于靠近磁性图像检测面3的一行,R2和R4位于另一行,Rl和R2构成一个半桥，R3和R4构成一个半桥。
[0077]图22 (C)为三电阻半桥结构，包含R1、R2和R3三个敏感单元，排列成三行一列结构，其中Rl位于靠近磁性图像检测面3的一行，R2介于Rl和R3之间，Rl, R2和R3的磁场敏感方向为71方向，并垂直于磁性图像检测面3，其中4为扫描方向。
[0078]图22所对应的TMR磁性传感器芯片2或21中，封装时，敏感元件R1，R2、R1_R4或R1-R3位于靠近磁性图像检测面3的一侧。
[0079]图23为正面检测模式图像识别传感器的磁电阻传感器芯片21敏感单元排布图，其中图 23 (al)、23 (a2)和 23 (a3)为侧视图，图 23 (bl)、23 (b2)和 23 (b3)为芯片 21正视图，扫描方向4。图23 (bl)为半桥结构，包括的两个敏感单元Rl和R2，其排布方向平行于敏感方向71，并与扫描方向4 一致。图23 (b2)为全桥结构,Rl和R2对应其中一个桥臂，R3和R4对应另一个桥臂，且Rl，R2和R3，R4沿敏感方向71排列，图23 (b3)为三元件半桥结构，敏感单元Rl、R2、R3沿扫描方向4排列成行，且R2介于Rl和R3之间，R1-R3的磁场敏感方向为71。其中图23中芯片21的外形相对于敏感元件为平行排列结构，在倾斜叠加排列时，芯片的形状可以相对于敏感元件的排列转动一定角度。
[0080]需要指出的是，上述的全桥或半桥结构磁电阻传感器芯片可以为集成多个敏感单元的单个磁电阻传感器芯片，也可以采用多个磁电阻传感器芯片分立元件来代替。对于后一种情况，分立的磁电阻传感器芯片为集成一个或多个敏感单元，且分立磁电阻传感器芯片之间通过互联形成半桥或全桥结构。
[0081]此外，图23中在探测硬磁体构成的图像时，其磁电阻传感器21的敏感元件磁场敏感方向可以平行或垂直于磁性图像检测面3，当平行时，其方向可以平行于或者垂直于扫描方向4。
【权利要求】
1.一种磁电阻磁性图像识别传感器，用于检测磁性图像，所述磁性图像所在的平面为磁性图像检测面，其包括侧面/正面检测模式图像识别传感器；所述侧面/正面检测模式图像识别传感器分别包括位于PCB上的多个磁电阻传感器芯片；所述侧面检测模式图像识别传感器的多个所述磁电阻传感器芯片的侧面平行于所述磁性图像检测面；所述正面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的正面平行于所述磁性图像检测面；其特征在于，相邻所述磁电阻传感器芯片在所述磁性图像检测面上沿扫描方向的扫描检测区互补或有交集。
2.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述正面检测模式图像识别传感器所对应的相邻的所述磁电阻传感器芯片在所述PCB的正面沿所述磁电阻传感器芯片边缘相互错位方式排列。
3.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述侧面检测模式图像识别传感器所对应的在所述PCB上的所述多个磁电阻传感器芯片一边翘起离开所述PCB正面，另一边与相邻所述磁电阻传感器芯片的一边倾斜堆叠。
4.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述侧面检测模式图像识别传感器所对应的在所述PCB上的所述多个磁电阻传感器芯片中相邻的所述磁电阻传感器芯片片上交错堆叠。
5.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，包括永磁组合体，并且所述正面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为平行于扫描方向，而所述侧面检测模式图像识别传感器的多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为垂直于所述磁性图像检测面。
6.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述永磁组合体包括两块磁化方向相同的永磁体，分别沿扫描方向对称地位于所述PCB两侧,其磁化方向垂直于所述PCB正面。
7.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体包括两块永磁体，并在所述PCB正面两侧对称放置，其磁化方向均垂直于磁性图像检测面，但是所述两块永磁体的磁化方向相反。
8.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和一块软磁体，分别位于所述PCB正面两侧，所述永磁体的磁化方向垂直于所述PCB正面方向，所述软磁体平行于所述PCB正面。
9.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述侧面检测模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和一块L型软磁体形成的开口朝向所述磁性图像检测面的结构，其位于所述PCB的同一侧，且所述L型软磁体位于所述永磁体和所述PCB之间，所述永磁体位于所述L型软磁体底部之上，其磁化方向垂直于所述磁性图像检测面，所述L型软磁体侧面平行于所述PCB。
10.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述侧面检测 模式图像识别传感器，所述的永磁组合体包括一块永磁体和两块软磁体形成的开口朝向所述磁性图像检测面的结构，所述永磁体磁化方向垂直于所述PCB的正面，并且所述永磁体位于所述PCB底部，所述两块软磁体对称位于所述PCB正面两侧和所述永磁体两端上，且平行于所述PCB。
11.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述正面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体为凹形永磁体，所述凹形永磁体的开有凹槽的面正对所述PCB背面，开槽方向平行于所述磁性图像检测面，且垂直于磁场敏感方向，所述凹形永磁体的磁化方向为垂直于所述PCB方向。
12.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，对于所述正面检测模式图像识别传感器，所述永磁组合体包括一块位于所述PCB背面的背面永磁体和两块沿扫描方向对称地放置于所述PCB两侧的侧面永磁体，所述背面永磁体和所述两块侧面永磁体的磁化方向均垂直于所述磁性图像检测面，且所述背面永磁体和所述两块侧面永磁体磁化方向相反。
13.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述正面检测模式图像识别传感器的所述多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向为平行于或垂直于所述磁性图像检测面方向，且当所述多个磁电阻传感器芯片的磁场敏感方向平行于所述磁性图像检测面时，所述磁场敏感方向平行或垂直于扫描方向。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述磁电阻传感器芯片为半桥结构，包含两个、三个或四个磁敏感单元并分别排列成两行一列、三行一列或两行两列，且各所述磁敏感单元的磁场敏感方向一致；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含两个磁敏感单元时，所述两个磁敏感单元具有相同电阻，直接构成一个半桥；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含三个磁敏感单元时，位于中间行的所述敏感单元电阻为位于两边行的两个所述敏感单元电阻的一半，且所述位于两边行的两个敏感单元并联后与所述位于中间行的敏感元件形成半桥结构；当所述磁电阻磁性传感器芯片包含四个磁敏感单元时，所述四个敏感单元电阻相同，且同一行的两个磁敏感单元并联，而后两行之间串联形成半桥结构；在所述侧面检测模式图像识别传感器中，其列方向垂直于所述磁性图像检测面，且封装时所述磁敏感单元位于芯片中靠近所述磁性图像检测面的一侧；在所述正面检测模式图像识别传感器中，其列方向平行于扫描方向。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述磁电阻传感器芯片为全桥结构，包含四个磁敏感单元，且各所述磁敏感单元的磁场敏感方向一致，四个所述磁敏感单元排列成两行两列，构成全桥的两个半桥所包含的两个敏感元件分别位于两行中且不同列的位置，在侧面检测模式图像识别传感器中，其列方向垂直于磁性图像检测面，且封装时敏感单元位于芯片中靠近磁性图像检测面的一侧，在正面检测模式图像识别传感器中，其列方向平行于扫描方向。
16.根据权利要求14所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述半桥结构的磁电阻传感器芯片为集成多个敏感单元的单个磁电阻传感器芯片，或者为多个集成一个或多个敏感单元的磁电阻传感器芯片分立元件的互联组合。
17.根据权利要求15所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述全桥结构的磁电阻传感器芯片为集成多个敏感单元的单个磁电阻传感器芯片，或者为多个集成一个或多个敏感单元的磁电阻传感器芯片分立元件的互联组合。
18.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述磁电阻传感器芯片采用正面焊盘wirebonding或者TSV通孔到所述磁电阻传感器芯片背面焊盘的封装结构。
19.根据权利要求5所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，还可以包括一个外壳，所述PCB和所述多个磁电阻传感器芯片放置于所述外壳内；所述永磁组合体部分或全部放置于所述外壳内，或者全部位于所述外壳外。
20.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述磁电阻磁性传感器芯片中的磁敏感单元为AMR，Hal I，GMR或者TMR类型的磁电阻传感器中的一种。
21.根据权利要求1所述的一种磁电阻磁性图像识别传感器，其特征在于，所述侧面检测模式图像识别传感器对应的所述磁电阻传感器芯片的侧面与所述PCB侧面共面或平行于所述磁性图像检测面。
【文档编号】G07D7/04GK103927811SQ201410113778
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】薛松生, 雷啸峰, 张小军, 詹姆斯·G·迪克, 周志敏 申请人:江苏多维科技有限公司