[go: up one dir, main page]

CN118655356B - 一种柔性磁通门电流传感芯片 - Google Patents

一种柔性磁通门电流传感芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN118655356B
CN118655356B CN202411118327.9A CN202411118327A CN118655356B CN 118655356 B CN118655356 B CN 118655356B CN 202411118327 A CN202411118327 A CN 202411118327A CN 118655356 B CN118655356 B CN 118655356B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyimide
coil
copper
magnetic core
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202411118327.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN118655356A (zh
Inventor
雷冲
马权坤
陈磊
徐建涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Rockerstone Electronics Co ltd
Shanghai Jiao Tong University
Original Assignee
Zhejiang Rockerstone Electronics Co ltd
Shanghai Jiao Tong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Rockerstone Electronics Co ltd, Shanghai Jiao Tong University filed Critical Zhejiang Rockerstone Electronics Co ltd
Priority to CN202411118327.9A priority Critical patent/CN118655356B/zh
Publication of CN118655356A publication Critical patent/CN118655356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN118655356B publication Critical patent/CN118655356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • G01R15/185Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/303Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups H01B3/38 or H01B3/302
    • H01B3/306Polyimides or polyesterimides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本申请涉及微机电系统领域,尤其涉及一种柔性磁通门电流传感芯片,其包括聚酰亚胺底衬底以及聚酰亚胺顶衬底表面分布微槽阵列,激励线圈以及检测线圈的底层线圈位于聚酰亚胺底衬底的微槽阵列内,激励线圈以及检测线圈的顶层线圈位于聚酰亚胺顶衬底的微槽阵列内,且底层线圈内设有底层导线,顶层线圈内设有顶层导线;聚酰亚胺磁芯由聚酰亚胺膜包覆磁芯形成,第一导电端与顶层导线采用低温热压铜‑铜键合连接,第二导电端与底层导线采用低温热压铜‑铜键合连接,以形成完整的三维螺线线圈。本申请具有体积小,重量轻,耐高温和震动冲击的特定的效果。

Description

一种柔性磁通门电流传感芯片
技术领域
本申请涉及微机电系统的技术领域,尤其是涉及一种柔性磁通门电流传感芯片。
背景技术
磁通门传感器作为一种传统的弱磁场检测器件,一直有着其独特的优势而无法为其他磁场传感器所取代,近年来更是不断在新的领域发现其应用潜力,例如电流检测、室内地磁定位、导弹惯性制导、小卫星姿态控制、虚拟现实动作检测、智能交通等。近年来,由于经常需要在空间有限的环境内对电缆电流实施检测,如新能源车辆电池包内,往往要求磁通门电流传感器传感器具有一定弯曲性。
传统磁通门传感器使用一个坚固的骨架作为基座,将软磁带状磁芯固定于骨架上,然后在其上缠绕一个通过电流产生磁场的激励线圈,和一个在激励线圈诱发磁场基础上检测外部磁场效应的磁场感应线圈。
但是传统磁通门传感器的工作温度范围有限,而且尺寸大、重量高、灵敏度低以及长期稳定性差。
发明内容
为了使磁通门传感器具有体积小,重量轻,耐高温和震动冲击的特定,本申请提供一种柔性磁通门电流传感芯片。
本申请提供一种柔性磁通门电流传感芯片,采用如下的技术方案:
一种柔性磁通门电流传感芯片,基于微机电系统MEMS技术制造,包括磁芯、激励线圈和检测线圈,其特征在于,包括聚酰亚胺底衬底、聚酰亚胺顶衬底以及聚酰亚胺磁芯,所述聚酰亚胺磁芯设于所述聚酰亚胺底衬底以及所述聚酰亚胺顶衬底之间,所述聚酰亚胺磁芯由聚酰亚胺膜包覆磁芯形成,且所述聚酰亚胺底衬底、所述聚酰亚胺膜以及所述聚酰亚胺顶衬底直接贴合;
其中,所述聚酰亚胺底衬底以及所述聚酰亚胺顶衬底表面分布微槽阵列,所述激励线圈以及所述检测线圈的底层线圈位于所述聚酰亚胺底衬底的微槽阵列内,所述激励线圈以及所述检测线圈的顶层线圈位于所述聚酰亚胺顶衬底的微槽阵列内,且所述底层线圈内设有底层导线,所述顶层线圈内设有顶层导线;
所述聚酰亚胺磁芯包括铜连接导体阵列,所述铜连接导体阵列位于所述磁芯的两侧,且所述聚酰亚胺磁芯设有第一导电端和第二导电端,所述第一导电端设于所述铜连接导体阵列的上表面且未被聚酰亚胺膜包覆,所述第二导电端设于所述铜连接导体阵列的下表面且未被聚酰亚胺膜包覆;
其中,所述第一导电端与所述顶层导线采用低温热压铜-铜键合连接,所述第二导电端与所述底层导线采用低温热压铜-铜键合连接,以形成完整的三维螺线线圈。
通过采用上述技术方案,采用聚酰亚胺材料代替现有传感器芯片中常用的硬质绝缘包覆厚膜材料和硬质衬底,不仅非常轻巧和薄,对于需要重量和空间敏感的应用尤其有用,比如可穿戴设备和移动设备,而且可以弯曲或拉伸,能够贴合或集成到非平面或动态变化的表面,如通电电缆、人体皮肤或软组织,对于监测微小变化和快速响应环境变化非常关键,有效解决了现有磁通门传感器芯片无法承受重复的机械应力和变形,这在应对日常穿戴和使用中的物理冲击时尤其重要,此外,采用聚酰亚胺材料作为基底以及绝缘、支撑、包覆材料,提高了柔性磁通门电流传感芯片的柔韧性,可适应各种特殊环境应用需求,如可穿戴设备和移动设备等,拓展了柔性磁通门电流传感芯片的应用范围,增强了柔性磁通门电流传感芯片的竞争力;
采用聚酰亚胺底衬底、聚酰亚胺顶衬底以及聚酰亚胺磁芯三层聚酰亚胺膜直接贴合,且聚酰亚胺底衬底、聚酰亚胺顶衬底以及聚酰亚胺磁芯三层聚酰亚胺膜可同步制造,具有更高的制造效率和更低的成本,各层之间通过低温热压铜-铜键合工艺连接通电导线形成完整的柔性磁通门电流传感器芯片,通过封装方法二次集成芯片,结构紧凑,制造方法快速简易,制造周期短,大幅降低生产成本,有效促进柔性磁通门电流传感器的大规模广泛应用。
在其中的一个实施例中,所述铜连接导体阵列在厚度方向对称高出所述磁芯上下表面各10μm,所述铜连接导体阵列相邻两列间距与所述底层线圈和所述顶层线圈的导线长度相等,所述铜连接导体阵列与所述磁芯之间间距为100μm,其中,所述铜连接导体阵列的铜连接导体的高度为40μm,所述铜连接导体的宽度及间隙均为50μm。
在其中的一个实施例中,所述磁芯为纳米晶软磁薄带。
在其中的一个实施例中,所述聚酰亚胺磁芯整体厚度为40μm,所述磁芯厚度为20μm,且所述磁芯位于所述聚酰亚胺膜中间部位。
在其中的一个实施例中,所述聚酰亚胺膜包覆矩形磁芯在磁芯上下表面的聚酰亚胺绝缘薄膜厚度为10μm。
在其中的一个实施例中,所述微槽阵列采用干法刻蚀工艺在所述聚酰亚胺底衬底以及所述聚酰亚胺顶衬底表面刻蚀形成,所述微槽阵列宽度、深度和长度均与所述底层线圈和所述顶层线圈对应的导线宽度、厚度和长度相等。
通过采用上述技术方案,采用聚酰亚胺材料作为基底以及绝缘、支撑、包覆材料,提高了柔性磁通门电流传感芯片的柔韧性,可适应各种特殊环境应用需求,如可穿戴设备和移动设备等,拓展了柔性磁通门电流传感芯片的应用范围,增强了柔性磁通门电流传感芯片的竞争力。
在其中的一个实施例中,所述干法刻蚀工艺为微波等离子体干法刻蚀工艺。
在其中的一个实施例中,所述铜-铜直接键合连接工艺采用在150°下的低温热压键合工艺。
通过采用上述技术方案,铜-铜直接键合连接工艺采用在150°下的低温热压键合工艺,简化了集成三维螺线管线圈的层间连接工艺,且150度低温不会对传感器性能产生影响。
在其中的一个实施例中,还包括导电通孔以及位于所述导电通孔内的导电电极,所述导电通孔设于所述激励线圈以及所述检测线圈两端。
在其中的一个实施例中,且所述激励线圈、所述检测线圈、所述铜连接导体以及导电电极的材料为电镀铜。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
采用聚酰亚胺材料代替现有传感器芯片中常用的硬质绝缘包覆厚膜材料和硬质衬底,不仅非常轻巧和薄,对于需要重量和空间敏感的应用尤其有用,比如可穿戴设备和移动设备,而且可以弯曲或拉伸,能够贴合或集成到非平面或动态变化的表面,如通电电缆、人体皮肤或软组织,对于监测微小变化和快速响应环境变化非常关键,有效解决了现有磁通门传感器芯片无法承受重复的机械应力和变形,这在应对日常穿戴和使用中的物理冲击时尤其重要;
采用聚酰亚胺材料作为基底以及绝缘、支撑、包覆材料,提高了柔性磁通门电流传感芯片的柔韧性,可适应各种特殊环境应用需求,如可穿戴设备和移动设备等,拓展了柔性磁通门电流传感芯片的应用范围,增强了柔性磁通门电流传感芯片的竞争力;
采用聚酰亚胺底衬底、聚酰亚胺顶衬底以及聚酰亚胺磁芯三层聚酰亚胺膜直接贴合,且聚酰亚胺底衬底、聚酰亚胺顶衬底以及聚酰亚胺磁芯三层聚酰亚胺膜可同步制造,具有更高的制造效率和更低的成本,各层之间通过低温热压铜-铜键合工艺连接通电导线形成完整的柔性磁通门电流传感器芯片,通过封装方法二次集成芯片,结构紧凑,制造方法快速简易,制造周期短,大幅降低生产成本,有效促进柔性磁通门电流传感器的大规模广泛应用;
可直接在本发明基础上实现二轴微型磁通门传感器以及磁通门传感器阵列,同时工艺过程与大规模集成电路工艺完全兼容,可直接与接口电路集成制造,从而提供更多磁测量功能适应不同应用领域需求,例如室内地磁定位、导弹惯性制导、小卫星姿态控制、虚拟现实动作检测、智能交通等;
铜-铜直接键合连接工艺采用在150°下的低温热压键合工艺,简化了集成三维螺线管线圈的层间连接工艺,且150度低温不会对传感器性能产生影响。
附图说明
图1是本申请实施例提供的柔性磁通门电流传感芯片的结构示意图;
图2是图1中A处的剖视图;
图3是本申请实施例提供的聚酰亚胺底衬底的上表面结构示意图;
图4是本申请实施例提供的聚酰亚胺磁芯与的结构示意图。
附图标记说明:1、聚酰亚胺衬底;11、聚酰亚胺底衬底;12、聚酰亚胺顶衬底;13、聚酰亚胺膜;2、微槽阵列;3、底层线圈;4、顶层线圈;5、磁芯;6、铜连接导体阵列;7、激励线圈;8、检测线圈;9、导电电极。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点,下面结合附图和实施例,对本申请进行了描述和说明。然而,本领域的普通技术人员应该明白,可以在没有这些细节的情况下实施本申请。在一些情形下,为了避免不必要的描述使本申请的各方面变得晦涩难懂,对已经在较高的层次上描述了众所周知的方法、过程、系统、组件和/或电路将不作过多赘述。对于本领域的普通技术人员来说,显然可以对本申请所公开的实施例作出各种改变,并且在不偏离本申请的原则和范围的情况下,本申请中所定义的普遍原则可以适用于其他实施例和应用场景。因此,本申请不限于所示的实施例,而是符合与本申请所要求保护的范围一致的最广泛范围。
参照图1,本申请实施例公开一种柔性磁通门电流传感芯片,基于微机电系统MEMS技术制造,MEMS技术的发展为微型化磁通门传感器的研制提供了一条有效可靠的途径。与传统磁通门传感器探头相比较,MEMS磁通门传感器探头结构紧凑,体积、质量小,安装调试简单,不怕震动撞击,受环境温度变化影响小。传感器包括激励线圈7和检测线圈8,激励线圈7通电产生交变磁场,这个磁场会穿过被测物体的表面,是表面产生涡流。检测线圈8则用于检测并测量由涡流产生的磁场。当被检测物体表面有缺陷或参数发生变化时,涡流的强度和分布就会发生变化,进而影响到探测线圈中感应的磁场信号。通过对探测线圈感应信号的分析,可以确定物体表面的缺陷情况或参数数值。
结合图2,图2为图1中A处的剖视图,本申请公开的柔性磁通门电流传感芯片采用聚酰亚胺衬底1作为芯片的衬底,且聚酰亚胺衬底1包括聚酰亚胺底衬底11、聚酰亚胺顶衬底12以及聚酰亚胺膜13,聚酰亚胺膜13包裹磁芯5形成聚酰亚胺磁芯。该芯片采用聚酰亚胺底衬底11、聚酰亚胺顶衬底12以及聚酰亚胺磁芯三层聚酰亚胺膜直接贴合,聚酰亚胺磁芯设于聚酰亚胺底衬底11以及聚酰亚胺顶衬底12之间。
聚酰亚胺顶衬底12与聚酰亚胺底衬底11是对称结构,且聚酰亚胺顶衬底12的下表面与聚酰亚胺底衬底11的上表面是相同或相似的,这里就不过多展示,因此本实施例以聚酰亚胺底衬底11的上表面作为展示,具体如图3所示,图3是本申请实施例提供的聚酰亚胺底衬底的上表面结构示意图。
结合图2和图3,聚酰亚胺底衬底11以及聚酰亚胺顶衬底12表面分布微槽阵列2,激励线圈7以及检测线圈8的底层线圈3位于聚酰亚胺底衬底11的微槽阵列2内,激励线圈7以及检测线圈8的顶层线圈4位于聚酰亚胺顶衬底12的微槽阵列2内,且底层线圈3内设有底层导线,顶层线圈4内设有顶层导线。
具体来说,顶层导线采用的是铜通电导线,铜通电导线之间通过微槽阵列2间隙的聚酰亚胺顶衬底12绝缘,且顶层线圈4的上表面与聚酰亚胺顶衬底12的上表面平齐。底层导线采用的是铜通电导线,铜通电导线之间通过微槽阵列2间隙的聚酰亚胺底衬底11绝缘,且底层线圈3的上表面与聚酰亚胺底衬底11的上表面平齐。
这里需要说明的是,本实施例激励线圈7和检测线圈8均为微机电三维螺线管线圈结构,该三维螺线管线圈结构由顶层线圈4与底层线圈3通过碳化硅衬底表面的通孔直接在通电导线两端端头连通形成。
示例性的,三维螺线管线圈的材料为电铸铜,且三维螺线管线圈中每匝导体的线宽为50μm,厚度为20μm,各匝导体之间的间隙为50μm。激励线圈7匝数为60匝,检测线圈8匝数为60匝。
这里需要说明的是,电铸铜是用电结晶方法在金属或非金属物件基体的表面上沉积薄层金属或合金层的作业。电镀目的在于改变镀件的表面特性,即以镀层的特性代替镀件原来的表面特性。具体如何实现是采用现有技术,这里就不做过多赘述。
这里需要说明的是,在另一个实施例中,微槽阵列2采用干法刻蚀工艺在聚酰亚胺底衬底11以及聚酰亚胺顶衬底12表面刻蚀形成,微槽阵列2宽度、深度和长度均与底层线圈3和顶层线圈4对应的导线宽度、厚度和长度相等。本实施例的干法刻蚀工艺为微波等离子体干法刻蚀工艺。
这里需要说明的是,等离子体干法刻蚀工艺是当前采用等离子体进行薄膜刻蚀的技术,具体当气体以等离子体形式存在时,它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多,根据被刻蚀材料的不同,选择合适的气体,就可以更快地与材料进行反应,实现刻蚀去除的目的;另一方面,还可以利用电场对等离子体进行引导和加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将被刻蚀物材料的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。
参照图2和图4,柔性磁通门电流传感芯片在聚酰亚胺底衬底11以及聚酰亚胺顶衬底12之间设有聚酰亚胺磁芯,聚酰亚胺磁芯由聚酰亚胺膜13包覆磁芯5形成,聚酰亚胺磁芯设有第一导电端和第二导电端,第一导电端位于聚酰亚胺磁芯上表面的两端且未被聚酰亚胺膜13包覆,第一导电端与顶层线圈4的顶层导线连接,第二导电端位于聚酰亚胺磁芯的下表面两端且未被聚酰亚胺膜13包覆,第二导电端与底层线圈3的底层导线连接,磁芯5为纳米晶软磁薄带。结合图1和图4,在另一个实施例中,磁芯5设有两列,且分别设置在聚酰亚胺衬底1的两侧,且聚酰亚胺膜13包覆磁芯5形成聚酰亚胺磁芯。聚酰亚胺磁芯整体厚度为40μm,磁芯5厚度为20μm,且磁芯5位于聚酰亚胺膜中间部位。聚酰亚胺膜包覆矩形磁芯5在磁芯5上下表面的聚酰亚胺绝缘薄膜厚度为10μm。
参照图2和图4,在另一个实施例中,聚酰亚胺磁芯包括铜连接导体阵列6,铜连接导体阵列6位于磁芯5的两侧,第一导电端以及第二导电端设于铜连接导体阵列6处,且第一导电端与顶层导线采用铜-铜键合连接,第二导电端与底层导线采用铜-铜键合连接。
其中,第一导电端以及第二导电端是由聚酰亚胺磁芯的聚酰亚胺膜13的上下表面裸露出铜连接导体阵列6而形成的,第一导电端以及第二导电端分别包括两个端点。顶层线圈4包括两个顶导线端,底层线圈3包括两个底导线端,且顶层导线端用于裸露出顶层导线,底导线端用于裸露出底层导线。
具体来说,所述第一导电端设于所述铜连接导体阵列6的上表面且未被聚酰亚胺膜13包覆,所述第二导电端设于所述铜连接导体阵列6的下表面且未被聚酰亚胺膜13包覆;所述第一导电端与所述顶层导线采用低温热压铜-铜键合连接,所述第二导电端与所述底层导线采用低温热压铜-铜键合连接。
因此,第一导电端的两个端点分别与顶层的两个顶层导线端,第二导电端的两个端点分别与底层的两个底层导线端连接,具体都是采用铜-铜键合连接。铜-铜直接键合连接工艺采用在150°下的低温热压键合工艺,以形成完整的三维螺线线圈。
这里需要说明的是,第一导电端和第二导电端包括一组裸露的铜导电小方块阵列,具体关于铜导电小方块的个数与铜连接导体阵列6匹配。
结合图2和图4,在另一个实施例中,铜连接导体阵列6在厚度方向对称高出磁芯5上下表面各10μm,铜连接导体阵列6相邻两列间距与底层线圈3和顶层线圈4的导线长度相等,铜连接导体阵列6与磁芯5之间间距为100μm,其中,铜连接导体阵列6的铜连接导体的高度为40μm,铜连接导体的宽度及间隙均为50μm,磁芯5为纳米晶软磁薄带。
参照图1,在另一个实施例中,柔性磁通门电流传感芯片还包括导电通孔以及位于导电通孔内的导电电极9,导电通孔设于激励线圈7以及检测线圈8两端,且激励线圈7、检测线圈8、铜连接导体以及导电电极9的材料为电镀铜。
这里需要说明的是,电铸铜是用电结晶方法在金属或非金属物件基体的表面上沉积薄层金属或合金层的作业。电镀目的在于改变镀件的表面特性,即以镀层的特性代替镀件原来的表面特性。具体如何实现是采用现有技术,这里就不做过多赘述。
本实施例的聚酰亚胺基集成微型化磁通门电流传感器,其为基于MEMS技术的柔性平面磁通门传感器,能精确检测电流磁场。本发明采用类跑道型的矩形磁通门结构设计,激励线圈7与检测线圈8均绕制在磁芯5长轴上,磁芯5为纳米晶软磁薄带,传感器具有易于批量制造、成本低、灵敏度高、噪声低以及能耗低的特点。
其中,采用三层聚酰亚胺膜直接贴合,低温热压铜-铜键合工艺连接通电导线形成完整的柔性磁通门电流传感器芯片,结构紧凑,制造方法快速简易,制造周期短,大幅降低生产成本,有效促进柔性磁通门电流传感器的大规模广泛应用,而且使用和聚酰亚胺衬底1同源的聚酰亚胺膜作为传感器的绝缘、支撑和包覆保护材料,有效解决了现有微机电系统磁通门传感器芯片制造使用硬质绝缘包覆材料和硬质衬底使得传感器不可以弯曲或拉伸,不能够贴合或集成到非平面或动态变化的表面,如通电电缆、人体皮肤或软组织,而且与微电子工艺兼容性差,工艺过程污染严重,良品率低且成本昂贵的问题,提高了生产效率,降低了磁通门传感器芯片的噪声和能耗,提高了信号响应速度。
工作原理为:在激励线圈7通正弦交流电使磁芯5处于饱和状态。没有外部磁场时,由于差分效应,检测线圈8没有任何信号输出。当有外部磁场存在时,检测线圈8会有输出信号,信号为偶次谐波,经滤波后可得到二次谐波信号。二次谐波信号大小与外部磁场成正比。因此可测量外部磁场大小和方向。
应该理解的是,虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,其可以以其他的顺序执行。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性磁通门电流传感芯片,基于微机电系统MEMS技术制造,包括磁芯(5)、激励线圈(7)和检测线圈(8),其特征在于,包括聚酰亚胺衬底(1),所述聚酰亚胺衬底(1)包括聚酰亚胺底衬底(11)、聚酰亚胺顶衬底(12)以及聚酰亚胺膜(13),所述聚酰亚胺膜(13)包覆磁芯(5)形成聚酰亚胺磁芯,所述聚酰亚胺磁芯设于所述聚酰亚胺底衬底(11)以及所述聚酰亚胺顶衬底(12)之间,且所述聚酰亚胺底衬底(11)、所述聚酰亚胺膜(13)以及所述聚酰亚胺顶衬底(12)直接贴合;所述聚酰亚胺底衬底(11)以及所述聚酰亚胺顶衬底(12)表面分布微槽阵列,所述激励线圈(7)以及所述检测线圈(8)的底层线圈(3)位于所述聚酰亚胺底衬底(11)的微槽阵列内,所述激励线圈(7)以及所述检测线圈(8)的顶层线圈(4)位于所述聚酰亚胺顶衬底(12)的微槽阵列内,且所述底层线圈(3)内设有底层导线,所述顶层线圈(4)内设有顶层导线;所述聚酰亚胺磁芯包括铜连接导体阵列(6),所述铜连接导体阵列(6)位于所述磁芯(5)的两侧,且所述聚酰亚胺磁芯设有第一导电端和第二导电端;其中,所述第一导电端设于所述铜连接导体阵列(6)的上表面且未被聚酰亚胺膜(13)包覆,所述第二导电端设于所述铜连接导体阵列(6)的下表面且未被聚酰亚胺膜(13)包覆,所述第一导电端与所述顶层导线采用低温热压铜-铜键合连接,所述第二导电端与所述底层导线采用低温热压铜-铜键合连接,以形成完整的三维螺线线圈,
所述微槽阵列采用干法刻蚀工艺在所述聚酰亚胺底衬底(11)以及所述聚酰亚胺顶衬底(12)表面刻蚀形成,所述微槽阵列宽度、深度和长度均与所述底层线圈(3)和所述顶层线圈(4)对应的导线宽度、厚度和长度相等。
2.根据权利要求1所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述铜连接导体阵列(6)在厚度方向对称高出所述磁芯(5)上下表面各10μm,所述铜连接导体阵列(6)相邻两列间距与所述底层线圈(3)和所述顶层线圈(4)的导线长度相等,所述铜连接导体阵列(6)与所述磁芯(5)之间间距为100μm,其中,所述铜连接导体阵列(6)的铜连接导体的高度为40μm,所述铜连接导体的宽度及间隙均为50μm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述磁芯(5)为纳米晶软磁薄带。
4.根据权利要求1所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述聚酰亚胺磁芯整体厚度为40μm,所述磁芯(5)厚度为20μm,且所述磁芯(5)位于所述聚酰亚胺膜(13)中间部位。
5.根据权利要求1所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述聚酰亚胺膜(13)包覆矩形磁芯(5)在磁芯(5)上下表面的聚酰亚胺绝缘薄膜厚度为10μm。
6.根据权利要求5所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述干法刻蚀工艺为微波等离子体干法刻蚀工艺。
7.根据权利要求1所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述铜-铜直接键合连接工艺采用在150°下的低温热压键合工艺。
8.根据权利要求2所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,还包括导电通孔以及位于所述导电通孔内的导电电极(9),所述导电通孔设于所述激励线圈(7)以及所述检测线圈(8)两端。
9.根据权利要求8所述的柔性磁通门电流传感芯片,其特征在于,所述激励线圈(7)、所述检测线圈(8)、所述铜连接导体以及导电电极(9)的材料为电镀铜。
CN202411118327.9A 2024-08-15 2024-08-15 一种柔性磁通门电流传感芯片 Active CN118655356B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202411118327.9A CN118655356B (zh) 2024-08-15 2024-08-15 一种柔性磁通门电流传感芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202411118327.9A CN118655356B (zh) 2024-08-15 2024-08-15 一种柔性磁通门电流传感芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN118655356A CN118655356A (zh) 2024-09-17
CN118655356B true CN118655356B (zh) 2024-12-06

Family

ID=92706369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202411118327.9A Active CN118655356B (zh) 2024-08-15 2024-08-15 一种柔性磁通门电流传感芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118655356B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113460955A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 上海交通大学 一种快速微机电磁通门芯片制造方法
CN217359718U (zh) * 2021-12-08 2022-09-02 中国科学技术大学 一种柔性微针贴片和柔性可穿戴传感器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2931945B1 (fr) * 2008-05-22 2010-06-18 Billanco Capteur de circulation de champ magnetique et capteur de courant mettant en oeuvre un tel capteur
CN101481083A (zh) * 2009-02-12 2009-07-15 上海交通大学 微机电系统的微型化磁通门传感器
JP2011106890A (ja) * 2009-11-14 2011-06-02 Mitsubishi Materials Corp 電流センサ装置
JP6414780B2 (ja) * 2015-02-25 2018-10-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 電流検出装置
CN205427169U (zh) * 2016-03-11 2016-08-03 苏州大学 一种基于mems技术的磁通门探头
CN106772143B (zh) * 2016-11-15 2019-08-06 上海交通大学 一种微型磁通门传感器
CN115248403A (zh) * 2022-06-27 2022-10-28 上海阿芮斯智能科技有限公司 一种基于锥形聚磁器的mems磁通门传感器及其制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113460955A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 上海交通大学 一种快速微机电磁通门芯片制造方法
CN217359718U (zh) * 2021-12-08 2022-09-02 中国科学技术大学 一种柔性微针贴片和柔性可穿戴传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN118655356A (zh) 2024-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5110142B2 (ja) マグネトインピーダンスセンサ素子及びその製造方法
CN102981131B (zh) 基于主辅线圈双重激励的低噪声微型平面磁通门传感器
CN103048680B (zh) 基于mems技术的电化学地震检波器
CN101481083A (zh) 微机电系统的微型化磁通门传感器
CN107014896B (zh) 一种集成式电磁电容平面阵列传感器及其制备方法
CN101408404B (zh) 用于测试曲面间隙的柔顺式双层电涡流传感器的制备方法
CN109724630B (zh) 具有集成螺线管的磁传感器
CN101907690A (zh) 微型化非晶软磁合金磁芯螺线管磁通门传感器
CN101533075A (zh) Mems水平谐振式磁强计
CN106569153A (zh) 一种磁通门传感器芯片
CN106018917A (zh) 一种无源型电流电压集成传感器
CN115248403A (zh) 一种基于锥形聚磁器的mems磁通门传感器及其制造方法
CN106569154A (zh) 一种三轴磁通门传感器
CN106772143B (zh) 一种微型磁通门传感器
CN118655356B (zh) 一种柔性磁通门电流传感芯片
CN101561510B (zh) 三维mems地震检波器芯片及其制备方法
JP2001228173A (ja) プローブカード
CN105203251A (zh) 压力传感芯片及其加工方法
CN105526854A (zh) 基于双线圈的微型电涡流传感器
CN110345972A (zh) 一种传感器及电子设备
JP2009236803A (ja) マグネトインピーダンスセンサ素子
US9689933B2 (en) Magnetic field sensor
CN114296014B (zh) 基于洛伦兹力的三维mems磁场传感器及其制备方法
CN106405453A (zh) 一种三轴磁通门传感器
CN110764032B (zh) 用于光泵磁力仪的射频薄膜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant