一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器制造技術

本實用新型專利技術提出了一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，一種為由襯底，磁電阻，焊盤，次級線圈以及鍵合引線構成的開環結構的電流傳感器，另一種為由襯底，磁電阻，焊盤，次級線圈、鍵合引線以及初級線圈構成的閉環結構的電流傳感器。其中磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁電阻單元串構成，磁電阻單元串包括一個磁電阻單元或者多個串聯的磁電阻單元；一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串與另一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串交替排列。本新型用磁電阻元件代替霍爾元件，可以提高磁感應器件的工作穩定性，提高信噪比，減小電流測量誤差。且不同橋臂的磁電阻交替排列，可以減小不同磁電阻的失配問題，提高電流傳感器的線性度。

【技術實現步驟摘要】
一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器
本技術涉及磁性傳感器領域，特別涉及一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器。
技術介紹
電流傳感器廣泛應用于能量監測、漏電流保護、電流測量等工業、民用領域。起初，人們用低阻值高精度電阻與電流主線串聯，通過測量電阻兩端的電壓來計算電流主線上的電流。這種方法需要高精度的電阻，否則無法控制電流測量的精度；而且在測量大電流時，電阻上的電壓降會非常高，帶來的結果是電阻功耗加大，浪費了大量的能源；而且電阻發熱進而會導致電阻值的變化，導致電阻電壓降的誤差，限制了電流測量的精度。目前的電流傳感器主要是用霍爾元件電流傳感器，根據有無反饋電路，分為開環型電流傳感器和閉環型電流傳感器。由于霍爾元件的溫度穩定性比較差，即在同一磁場條件下，輸出信號隨外界溫度的變化較大。特別是在測量大電流時，由于大電流的存在，會導致器件溫度升高，于是會傳感器輸出信號產生誤差，影響電流測量的精度。其次，霍爾元件的噪聲比較大，在測量微弱電流時，噪聲信號也會對電流測量的精度產生影響。在實際應用中，被測電流導線和霍爾元件是兩個部件，在安裝時，如果位置控制不好，會直接導致霍爾元件輸出和電流大小之間關系的誤差。
技術實現思路
技術目的：本技術提出了一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，用磁電阻元件代替霍爾元件，可以提高磁感應器件的工作穩定性，提高信噪比，減小電流測量誤差。利用微細加工的方法，將被測電流導線與磁電阻元件集成在一起，可以顯著提高被測電流和磁電阻元件的空間關系，進而提高電流傳感器的測量精度。不同橋臂的磁電阻交替排列，可以減小不同磁電阻的失配問題，提高電流傳感器的線性度。技術方案：本申請提供了一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，包括襯底、磁電阻、焊盤、次級線圈、鍵合引線，磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁電阻單元串構成，所述的磁電阻單元串包括一個磁電阻單元或者多個串聯的磁電阻單元；其中一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串與另一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串交替排列；所述次級線圈集成在所述襯底上，所述次級線圈與所述磁電阻構成開環結構的電流傳感器。本申請還提供了另一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，包括襯底、磁電阻、焊盤、次級線圈、鍵合引線以及初級線圈，磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁電阻單元串構成，所述的磁電阻單元串包括一個磁電阻單元或者由多個串聯的磁電阻單元；其中一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串與另一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串交替排列；所述次級線圈集成在所述襯底上，所述初級線圈和所述次級線圈以及所述磁電阻構成閉環結構的電流傳感器。優選的，所述磁電阻單元包括依次沉積的底部電極層、種子層、釘扎層、被釘扎層、隔離層、自由層、偏置層以及頂部電極層。優選的，所述隔離層為非磁性導體或者非磁性絕緣體，所述自由層為高磁導率材料層。優選的，所述偏置層在所述自由層產生的偏置磁場的方向垂直于所述被釘扎層的磁化方向。優選的，所述磁電阻的電路形式是推挽半橋、參考半橋、梯度半橋、準半橋、推挽全橋、參考全橋、梯度全橋或者準全橋。優選的，所述次級線圈位于所述磁電阻單元的正上方或者正下方。優選的，所述次級線圈具有兩個端子，每個端子具有一個或多個并聯連接的焊盤。優選的，所述次級線圈是導電線圈。優選的，所述磁電阻位于所述初級線圈和所述次級線圈之間。優選的，所述初級線圈和所述的次級線圈分別在同一個磁電阻單元處產生的磁場分量方向相反。針對上述電流傳感器，其工藝為在晶圓上采用真空鍍膜的方法，沉積磁電阻薄膜，再將磁電阻薄膜刻蝕成磁電阻單元，并將多個磁電阻單元串并聯連接，構成半橋、全橋的橋式磁電阻。在橋式磁電阻上方加工電流導線，即構成了具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器。有益效果：由磁電阻傳感器構成的電流傳感器，溫度穩定性好，精度高。不同橋臂的磁電阻單元串交替排列，提高了橋式磁電阻的匹配度，提高電流傳感器的線性度。被測電流導線與磁電阻集成在一起，輸出特性一致性好，應用簡單。附圖說明圖1為磁電阻單元立體圖；圖2為全橋結構磁電阻傳感器電路結構圖；圖3為全橋結構磁電阻傳感器輸出隨外加磁場的變化關系圖；圖4為多根平行通電線圈周圍的磁場分布圖；圖5為一種全橋結構開環電流傳感器的磁電阻分布圖；圖6為第二種全橋結構開環電流傳感器的磁電阻分布圖；圖7為第三種全橋結構開環電流傳感器的磁電阻分布圖；圖8是橋式結構電流傳感器的兩個橋臂示意圖；圖9是兩個切片構成的推挽全橋結構開環電流傳感器示意圖；圖10是閉環電流傳感器電路原理圖；圖11是閉環電流傳感器側視圖；圖12是兩個切片以及初級線圈構成的推挽全橋結構閉環電流傳感器示意圖；圖13是兩個切片以及初級線圈構成的梯度全橋結構閉環電流傳感器示意圖；圖14是初次級線圈電流方向不平行的結構示意圖。附圖標記：101-磁電阻單元；102-種子層；103-釘扎層；104-被釘扎層；105-被釘扎層磁化方向；106-隔離層；107-自由層；108-自由層磁化方向；109-交換偏置層；201、202、203、204-磁電阻橋臂；301-推挽全橋傳感器的輸出曲線；401、402、403、404-導線；405、406、407、408-磁電阻橋臂；502-導線；501-導線502的電流方向；505、506、507、508-磁電阻橋臂；503、504-磁電阻橋臂處的磁場方向；602-導線；601-導線602的電流方向；606、607、608、609-磁電阻橋臂；603-磁電阻橋臂606-609處的磁場方向；604、605-磁電阻橋臂的靈敏方向；702-導線；701-導線702的電流方向；705、706、707、708-磁電阻橋臂；703、704-磁電阻橋臂處的磁場方向；801、802-磁電阻橋臂；803-導線；806-磁電阻單元：807-磁電阻單元806的磁場方向；821、822、823、824-導線端子1；825、826、827、828-導線端子2；810、811、812、813、814、815、816、817-磁電阻橋臂的端子；901、902-切片；903、907-鍵合引線；904-磁場方向；905、906-切片901、902上的磁電阻靈敏方向；1001-初級線圈電流；1002-初級線圈電流的方向；1003-初級線圈的磁場方向；1004-磁電阻傳感器；1005-輸出端；1006-放大器；1007-驅動電路；1008-次級線圈；1010-次級線圈的磁場方向；1011-采樣電阻；1105-磁電阻；1103-初級線圈；1101-次級線圈；1104-初級線圈的電流方向；1201-初級線圈；1202-初級線圈的電流方向；1203-次級線圈的電流方向；1204、1206-切片；1205、1207-切片1204、1206上的磁電阻橋臂的靈敏方向；1301-初級線圈；1302、1303-切片；1305、1307-次級線圈的電流方向；1306、1308-初級線圈上、下半部分的電流方向；1304-磁電阻橋臂的靈敏方向；1309-鍵合引線；1310-初級線圈兩個邊的中心距；1401-磁電阻單元；1402-磁電阻單元靈敏方向；1403-初級線圈的磁場方向；1405-次級線圈的磁場方向；1404、1406-磁場分量。具體實施方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，包括襯底、磁電阻、焊盤、次級線圈、鍵合引線，其特征在于，磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁電阻單元串構成，所述的磁電阻單元串包括一個磁電阻單元或者多個串聯的磁電阻單元；其中一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串與另一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串交替排列；所述次級線圈集成在所述襯底上，所述次級線圈與所述磁電阻構成開環結構的電流傳感器。

【技術特征摘要】
1.一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，包括襯底、磁電阻、焊盤、次級線圈、鍵合引線，其特征在于，磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁電阻單元串構成，所述的磁電阻單元串包括一個磁電阻單元或者多個串聯的磁電阻單元；其中一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串與另一個磁電阻橋臂的磁電阻單元串交替排列；所述次級線圈集成在所述襯底上，所述次級線圈與所述磁電阻構成開環結構的電流傳感器。2.根據權利要求1所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述磁電阻單元包括依次沉積的底部電極層、種子層、釘扎層、被釘扎層、隔離層、自由層、偏置層以及頂部電極層。3.根據權利要求2所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述隔離層為非磁性導體或者非磁性絕緣體，所述自由層為高磁導率材料層。4.根據權利要求3所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述偏置層在所述自由層產生的偏置磁場的方向垂直于所述被釘扎層的磁化方向。5.根據權利要求1所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述磁電阻的電路形式是推挽半橋、參考半橋、梯度半橋、準半橋、推挽全橋、參考全橋、梯度全橋或者準全橋。6.根據權利要求1所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述次級線圈位于所述磁電阻單元的正上方或者正下方。7.根據權利要求1所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述次級線圈具有兩個端子，每個端子具有一個或多個并聯連接的焊盤。8.根據權利要求7所述的一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，其特征在于，所述次級線圈是導電線圈。9.一種具有集成電流線圈的磁電阻電流傳感器，包括襯底、磁電阻、焊盤、次級線圈、鍵合引線以及初級線圈，其特征在于，磁電阻由至少兩個磁電阻橋臂構成，每個磁電阻橋臂由磁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈衛鋒，郭海平，薛松生，
申請(專利權)人：江蘇多維科技有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇,32