磁傳感裝置及其制備方法制造方法及圖紙

本發明專利技術揭示了一種磁傳感裝置及其制備方法，所述磁傳感裝置包括基底、導磁單元、感應單元、隔離單元；基底表面開有溝槽；導磁單元的主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；感應單元用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號后能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；感應單元包括第一磁材料層、電極層，導磁單元的磁材料與第一磁材料層部分斷開（由隔離單元分隔），部分連接在一起。本發明專利技術可降低從感應單元流向導磁單元電流的比例，降低OFF-SET，同時導磁單元采集的Z軸磁信號能高效地送入感應單元進行測試，綜合性能具有競爭力。

【技術實現步驟摘要】
磁傳感裝置及其制備方法
本專利技術屬于磁傳感
，涉及一種傳感器，尤其涉及一種三軸磁傳感裝置；同時，本專利技術還涉及一種三軸磁傳感裝置的制備方法。
技術介紹
電子羅盤是磁傳感器的重要應用領域之一，隨著近年來消費電子的迅猛發展，除了導航系統之外，還有越來越多的智能手機和平板電腦也開始標配電子羅盤，給用戶帶來很大的應用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發展。兩軸的磁傳感器，即平面磁傳感器，可以用來測量平面上的磁場強度和方向，可以用X和Y軸兩個方向來表示。AMR磁傳感器采用各向異性磁致電阻（AnisotropicMagneto-Resistance）材料來檢測空間中磁感應強度的大小。為了使測量結果以線性的方式變化，AMR陣列上的金屬導線呈45°角傾斜排列，電流從AMR材料上流過經金屬導線后電流的流向與AMR線的角度旋轉45°，如圖1所示即在沒有外加磁場的情況下AMR線自極化方向與電流呈現45°的夾角。當存在外界磁場Ha時，AMR單元上的極化方向就會發生變化而不再是初始的方向，那么磁場方向M和電流I的夾角θ也會發生變化，如圖2所示,從而引起AMR自身阻值的變化。通過對AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場的強度和方向。在實際的應用中，為了提高器件的靈敏度等，磁傳感器可利用惠斯通電橋或半電橋檢測AMR阻值的變化，如圖3所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態相同的AMR電阻R0，當檢測到外界磁場的時候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4減少ΔR(或相反)。這樣在沒有外界磁場的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場時，電橋的輸出為一個微小的電壓ΔV。目前的三軸傳感器是將一個平面（Ｘ、Ｙ兩軸）傳感部件與Ｚ方向的磁傳感部件（將X/Y方向豎在基板上）進行系統級封裝組合在一起，以實現三軸傳感的功能；也就是說需要將平面傳感部件及Ｚ方向磁傳感部件分別設置于兩個圓晶或芯片上，最后通過封裝與外圍電路連接在一起，一個傳感器器件里面可能包含三個分立的芯片。這樣的方法的優點是具有較好Z軸性能（與X、Y軸的性能基本一樣），技術門檻較低，但是對封裝要求很高，引入較高封裝成本（封裝的成本占據整個芯片成本的很大部分），另一方面，這種方法得到的器件的可靠性較差，器件的尺寸也難以進一步縮小。因此，實現同一芯片上的三軸磁傳感器芯片的制造是未來發展的方向，為了實現這個目標，本申請人于2012年12月24日申請了一件專利技術專利，名稱為《一種磁傳感裝置的制備工藝》，專利號為201210563952.5；該器件結構和工藝中，將導磁單元設置于溝槽中，導磁單元用于感應Z軸方向的磁場送入感應單元進行測量；感應單元則靠近溝槽設置，能接收導磁單元的信號，并根據該信號測量出Z軸方向的磁場。如此，實現了單芯片的三軸磁傳感器。基于Z軸方向的磁場獲取方式，有些方案導磁單元（溝槽部分）與感應單元之間不設縫隙，有些則設置縫隙，如圖4、圖6所示。這兩者的差別在于導磁單元與感應單元完全隔開或者是完全連接。此外，如上所述，在磁傳感器采用的惠斯通電橋中，在理想的情況下，R1/R2/R3/R4是初始狀態相同的AMR電阻R0，因為電橋出于平衡的狀態，在輸出端的輸出電壓為0；但是在實際的應用中，因為各種原因，R1/R2/R3/R4的電阻并不嚴格相等（例如等于R0），因此電橋的平衡就會被打破，一旦平衡打破，在輸出端就有電壓輸出，這種在沒有外界磁場狀態下因為電橋不平衡而有電壓的輸出就稱為零點偏移（OFF-SET），這個參數與靈敏度成為磁傳感器最重要的兩個參數。較大的OFF-SET，代表著電橋嚴重的不平衡，如圖8所示，正向和反向掃描的兩條曲線相交不在原點，即在沒有任何外場的情況下電橋也是有數值的輸出，如果該OFF-SET值太大，給ASIC外圍電路的信號處理帶來挑戰，ASIC其中一個重要的功能就是進行OFF-SET的補償，OFF-SET值太大補償則會失敗。回到上述的Z軸磁傳感器的方案中，沒有縫隙的方案，磁感應靈敏度較好是其特點，但缺點是具有較大的OFF-SET，對磁傳感器的影響顯而易見。之所以產生較大的OFF-SET，是因為沒有縫隙的時候，磁材料上方的金屬電極對之間的電流會通過溝槽側壁的磁導電材料進行分流，加上側壁的磁材料的厚度因為工藝的原因往往有較大差異（溝槽一側的磁材料厚度往往與另一側不同，來源于磁控濺射存在一定的方向性），電橋的四個橋臂的電阻可能有差異，即會導致較大的OFF-SET值（四個橋臂之間的電阻相差1%是很容易的，但是1%的差值導致的OFF-SET是完全不能接受的）。同時，在溝槽側壁磁導電材料上的分流也會影響器件的靈敏度和其他性能。而上述本申請人之前申請的《一種磁傳感裝置的制備工藝》的方案中，將導磁單元（溝槽部分）與感應單元之間設置縫隙。設置縫隙的方案中，因為縫隙的存在，感應單元與導磁單元之間電學絕緣，感應單元上的電流不會流到溝槽的導磁單元里去，因此，OFF-SET就得到很好的控制，但是因為縫隙的存在，有可能降低器件的信號，磁信號通過導磁單元與感應單元中間設置的介質材料的時候會有損耗，感應單元最后接受到的磁信號相對較弱，從而影響靈敏度，我們的研究發現Z軸傳感器器件的靈敏度與縫隙的尺寸相關。有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感裝置，以便克服現有磁傳感器的上述缺陷，實現綜合能力更強的器件結構，并降低對配對ASIC電路的要求。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：本專利技術提供一種磁傳感裝置，可有效地降低從感應單元流向導磁單元電流的比例，降低OFF-SET，同時導磁單元獲得的Z軸磁信號能夠在較少損耗的前提下送入感應單元進行檢測，綜合性能具有競爭力。此外，本專利技術還提供一種磁傳感裝置的制備方法，制得的磁傳感裝置可有效地降低從感應單元流向導磁單元電流的比例，同時抱著導磁單元獲得的Z軸磁信號能夠在較少損耗的前提下送入感應單元進行測試，綜合性能具有競爭力。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：一種磁傳感裝置，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括：-基底，其表面開有溝槽；-導磁單元，其主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；-感應單元，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應單元包括第一磁材料層、電極層，所述導磁單元、第一磁材料層部分由隔離單元斷開，部分連接在一起；所述電極層包括平行設置的若干電極，所述導磁單元靠近各電極的一側設有若干隔離通孔，隔離通孔貼近對應的電極設置，隔離通孔恰好將電極與導磁單元部分或者全部分隔開；所述磁傳感裝置還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，分別用以感應與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號；第一方向、第二方向相互垂直。優選地，感應單元的第一磁材料層、電極層之間有絕緣介質材料層。一種磁傳感裝置，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括：基底，其表面開有溝槽；導磁單元，其主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；感應單元，用以測量第一方向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括：?基底，其表面開有溝槽；?導磁單元，其主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；?感應單元，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應單元包括第一磁材料層、電極層，所述導磁單元、第一磁材料層部分由隔離單元斷開，部分連接在一起；所述電極層包括平行設置的若干電極，所述導磁單元靠近各電極的一側設有若干隔離通孔，隔離通孔貼近對應的電極設置，隔離通孔恰好將電極與導磁單元部分或者完全分隔開；所述磁傳感裝置還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，分別用以感應與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號；第一方向、第二方向相互垂直。

【技術特征摘要】
1.一種磁傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括：-基底，其表面開有溝槽；-導磁單元，其主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；-感應單元，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應單元包括第一磁材料層、電極層，所述導磁單元、第一磁材料層部分由隔離單元斷開，部分連接在一起；所述電極層包括平行設置的若干電極，所述導磁單元靠近各電極的一側設有若干隔離通孔，隔離通孔貼近對應的電極設置，隔離通孔恰好將電極與導磁單元部分或者完全分隔開；所述磁傳感裝置還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，分別用以感應與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號；第一方向、第二方向相互垂直。2.根據權利要求1所述的磁傳感裝置，其特征在于：感應單元的第一磁材料層、電極層之間有絕緣介質材料層。3.一種磁傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括：基底，其表面開有溝槽；導磁單元，其主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；感應單元，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應單元包括第一磁材料層、電極層，所述導磁單元、第一磁材料層部分由隔離單元斷開，部分連接在一起。4.根據權利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于：所述磁傳感裝置還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，分別用以感應與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號；第一方向、第二方向相互垂直。5.根據權利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于：所述導磁單元包括四個導磁子單元，分別為第一導磁子單元、第二導磁子單元、第三導磁子單元、第四導磁子單元；所述感應單元包括四個感應子單元，分別為第一感應子單元、第二感應子單元、第三感應子單元、第四感應子單元；所述第一導磁子單元與第一感應子單元配合，作為第三方向磁傳感部件的第一感應模塊；所述第二導磁子單元與第二感應子單元配合，作為第三方向磁傳感部件的第二感應模塊；所述第三導磁子單元與第三感應子單元配合，作為第三方向磁傳感部件的第三感應模塊；所述第四導磁子單元與第四感應子單元配合；作為第三方向磁傳感部件的第四感應模塊；第一感應子單元、第二感應子單元、第三感應子單元、第四感應子單元均包括磁材料層，該磁材料層的磁材料的電阻隨著磁場強度的方向變化；所述基底設有一列或若干列溝槽，一列溝槽由一個長溝槽構成，或者一列溝槽包括若干子溝槽；各導磁子單元包括若干磁性構件，各磁性構件的主體部分設置于對應的溝槽內，并有部分露出于溝槽外。6.根據權利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于：所述導磁單元包括分別設置于溝槽的兩側的第一導磁部分、第二導磁部分；第一導磁部分、第二導磁部分的主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面；第一導磁部分及第二導磁部分用以收集垂直方向的磁場信號，并...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張挺，張開明，萬虹，王宇翔，
申請(專利權)人：上海矽睿科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31