專利名稱：使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，特別涉及一種適用于裝在移動通信終端上用于探測地球磁場以獲得位置信息的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法。
為了獲得定位信息，有必要提供一種能夠準(zhǔn)確確定當(dāng)前位置的傳感器。作為提供定位信息的這種裝置，使用了一種旨在探測地球磁場的弱磁場傳感器來獲得定位信息。作為一種在弱磁場傳感器中使用的普遍元件，即地球磁場不均勻性探測儀。
地球磁場不均勻性探測儀使用高導(dǎo)磁性的磁條作為其核心元件。地球磁場不均勻性探測儀包括纏繞在兩個磁芯中的一個上的初級線圈和纏繞在另一個磁芯上的次級線圈，并能夠通過探測由于磁芯中磁場的變化引起的初級線圈產(chǎn)生的電壓和次級線圈產(chǎn)生的電壓之間的差來識別當(dāng)前位置。
這種傳統(tǒng)的地球磁場不均勻性探測儀是用在由高導(dǎo)磁性磁性材料組成的兩個圓柱狀磁芯上按一定方向纏繞銅導(dǎo)線的方法制造的。具體講，作為驅(qū)動線圈(初級線圈)的銅導(dǎo)線被以一定方向在保持恒定間距和壓力的同時纏繞在磁芯上。隨后，將拾取線圈(次級線圈)纏繞在磁芯上，以探測由驅(qū)動線圈引起的磁芯產(chǎn)生的磁場。在具有驅(qū)動線圈繞組的情況下，作為拾取線圈的銅導(dǎo)線以恒定的間隔在恒定的壓力下進行纏繞。
這樣，這種通過纏繞銅導(dǎo)線制造的磁通門包括驅(qū)動線圈和用于探測驅(qū)動線圈產(chǎn)生的磁場的拾取線圈。銅線圈是用一種該技術(shù)中公知的線圈技術(shù)纏繞在磁芯上的。在此，次級線圈必須按X軸和Y軸方向纏繞以便獲得磁場的位置信息。但是，盡管傳統(tǒng)的地球磁場不均勻性探測儀必須保持纏繞線圈的定位精確度，但是這種定位精確度很難保持。因為這種定位精確度很容易受到溫度、由于這種配置引起的光或表面物質(zhì)的影響，導(dǎo)致其分布的精確度被降低了。
此外，由于地球磁場不均勻性探測儀在制造時是直接將線圈纏繞在磁芯上，缺點是線圈會被頻繁地切斷。此外，由于傳感器本身變大了，就不能適應(yīng)電器設(shè)備趨向小型和減輕重量的要求。傳感器加大，要求增加電耗，從而這種傳感器就不能夠成為小型的和減低電耗的電器設(shè)備。
為了克服這種傳統(tǒng)地球磁場不均勻性探測儀的缺點，在美國專利No.5,936,403和No.6,270,686中提出了一種弱磁場傳感器，其制造方法為，將具有圓形蝕刻部分的非晶形板疊放在具有特定電點圖案的玻璃環(huán)氧基底的上下表面以形成非晶形的平板磁芯，并將蝕刻成X線圈和Y線圈的玻璃環(huán)氧基底疊放在非晶形平板磁芯上。但是由于在美國專利No.5,936,403和No.6,270,686中揭示的這種地球磁場不均勻性探測儀需要包括通過蝕刻非晶形板以獲得圓形蝕刻部分、和按照圓形蝕刻部分疊放非晶形板來制備非晶形平板磁芯、以及在非晶形磁芯上疊放有X線圈和Y線圈的環(huán)氧基板的過程，其制造工藝過程非常復(fù)雜并且由于疊放許多的非晶形板而導(dǎo)致了高制造成本。
本發(fā)明考慮到了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，以能夠準(zhǔn)確地探測弱磁場并提供準(zhǔn)確的定位信息。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，以通過一種用于印刷電路板的蝕刻技術(shù)來實現(xiàn)小型化、優(yōu)秀的磁效率和低能耗，從而滿足在諸如移動電話應(yīng)用領(lǐng)域的高密度安裝要求的需要。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，通過簡單的電路結(jié)構(gòu)可以簡化結(jié)構(gòu)、簡便生產(chǎn)和降低制造成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器，包括第一基板-CCL(敷銅層壓板)，基板的上和下表面形成第一驅(qū)動圖案，以便該上和下第一驅(qū)動圖案彼此電連接；第一疊放板-半固化片和處理過的銅箔，疊放在第一基板的上和下表面并形成彼此平行的磁性層，并形成一定形狀的圖案；和第二疊放板--半固化片和銅箔，疊放在第一疊放板的外表面并形成電連接在第一基板的第一驅(qū)動圖案的第二驅(qū)動圖案以圍繞磁性層，并形成拾取圖案以圍繞該第一和第二驅(qū)動圖案。
此外，本發(fā)明提供一種制造使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器的方法，包括如下步驟通過在第一基板上形成第一通孔以使上和下驅(qū)動圖案彼此連接，隨之進行電鍍該通孔、曝光和蝕刻以在第一基板的上和下表面形成驅(qū)動圖案；通過在第一基板的兩側(cè)疊放和壓緊半固化片、處理過的銅箔和磁體(非晶形金屬)、隨后進行曝光、顯影和蝕刻來制備第一疊放板；通過在第一疊放板的兩側(cè)疊放和壓緊半固化片和銅箔來制備第二疊放板；在該第一和第二疊放板上形成第二通孔；和在第一基板和第一以及第二疊放板形成通孔；在第二疊放板上提供通過第二通過孔與第一驅(qū)動圖案電連接并圍繞磁芯的第二驅(qū)動圖案，以及在經(jīng)通孔彼此電連接并通過曝光、顯影和蝕刻該第二疊放板以圍繞該第一驅(qū)動圖案的上和下第二疊放板上提供拾取圖案。


圖1和2是根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器的實施例的分解透視圖和截面圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器包括第一基板10；形成在第一基板10的上和下表面的第一驅(qū)動圖案2；一對第一疊放板20，疊放在第一驅(qū)動圖案2的上和下表面，每一個第一疊放板的外表面都具有磁體1；和一對第二疊放板30，疊放在上面和下面的第一疊放板20上，每一個第二疊放板都具有第二驅(qū)動圖案3和拾取圖案4。
形成于第一基板10的兩側(cè)的每一個驅(qū)動圖案2是由多條圖案線組成的。第一基板10的上面和下面的驅(qū)動圖案2經(jīng)形成在第一基板10的通孔5彼此電連接。該對磁體1被彼此平行地放置在第一驅(qū)動圖案2的上面和下面，以便該磁體1與該第一驅(qū)動圖案2垂直放置。該磁體1形成帶狀圖案。第二驅(qū)動圖案3按照第一驅(qū)動圖案2相同的方向放置。第一和第二疊放板20和30形成第二通孔6以便第一驅(qū)動圖案2和第二驅(qū)動圖案3圍繞磁體1。
因此，該第一驅(qū)動圖案2和第二驅(qū)動圖案3經(jīng)第二通孔6彼此電連接，作為圍繞磁體1纏繞的線圈。
第二驅(qū)動圖案3和拾取圖案4交替地在第二疊放板30的外表面形成，從而該拾取圖案4位于第二驅(qū)動圖案3之間。拾取圖案4的尺寸長于驅(qū)動圖案2和3，以便該拾取圖案4圍繞該驅(qū)動圖案2和3。第一基板10，第一疊放板20和第二疊放板30形成通孔7以使上面和下面的拾取圖案4電連接以便拾取圖案4圍繞該磁體1。
使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器按照從頂?shù)降椎捻樞虬ǖ诙?qū)動圖案和拾取圖案(第一層)，磁體(第二層)，第一驅(qū)動圖案(第三層)，第一驅(qū)動圖案(第四層)，磁體(第五層)和第二驅(qū)動圖案和拾取圖案(第六層)，以便這些層對稱放置。
第一驅(qū)動圖案2和第二驅(qū)動圖案3的連接方式將參照圖3進行說明。第一層的第二驅(qū)動圖案作為起始層經(jīng)通過孔“f”被連接到第三層的電路，并隨后經(jīng)“b”孔連接到第四層的“d”孔的地帶。隨后，該地帶經(jīng)“d”孔被連接到第六層的電路，并且經(jīng)“c”孔、第四層的電路和“b”孔連接到第三層的“a”孔地帶。“a”孔地帶經(jīng)“a”孔連接到第一層的電路，并經(jīng)“f”孔、第三層和“e”孔連接到第四層的電路。第四層的電路經(jīng)“d”孔連接到第六層的電路，并隨后經(jīng)“c”孔、第四層電路、“e”孔、第三層的電路和“a”孔連接到第一層。
上面和下面的第二疊放板30的拾取圖案經(jīng)通孔7以鋸齒形式相互電連接，以便拾取圖案成為纏繞在磁體1和第一和第二驅(qū)動圖案2和3的線圈。
在根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器的操作中，當(dāng)交變電流流過驅(qū)動圖案2和3時，在拾取圖案4中流過感應(yīng)電流，因此產(chǎn)生電壓差。通過探測該電壓差，就可以確定傳感器的位置或方向。
圖4a到4i示出了根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器的制造實施例的工藝過程。
首先，制備第一基板10(圖4a)。最好使用CCL(敷銅層壓板)作為第一基板10。在此，最好在該第一基板上形成參考孔以方便下面的步驟。該第一基板10形成第一內(nèi)通孔5，并且第一內(nèi)通孔5的內(nèi)表面鍍有導(dǎo)電金屬(即，銅) (圖4b)。隨后，在第一基板10的兩面上通過制造印刷電路板工藝中公知的曝光、顯影和蝕刻工藝形成驅(qū)動圖案2(圖4c)。該第一驅(qū)動圖案2連接到后面描述的第二驅(qū)動圖案3以圍繞該磁體1。在此，第一驅(qū)動圖案2上面的驅(qū)動圖案最好是只形成需要向上延伸的電路，并且第一驅(qū)動圖案2下面的驅(qū)動圖案最好是只形成需要向下延伸的電路，由于上面和下面的第一驅(qū)動圖案2經(jīng)通孔5彼此電連接，該第一驅(qū)動圖案2的連接部分形成了地帶8。
隨后，第一驅(qū)動圖案2使用疊放的辦法形成磁性層。在此，為了精確地放置該磁體1，處理過的銅箔21被在放置磁體的部分穿孔。
為了層壓該磁體，第二基層22和處理過的銅箔21被放置在磁芯板上，磁性層1被放置在了該處理過的部分。第二基板22最好是部分固化過的半固化片，和，例如，選自由FR-4，具有高玻璃轉(zhuǎn)換溫度的FR-4(TG)和雙馬來酰亞胺-三嗪(BT)環(huán)氧樹脂，及其他材料組成的組。磁性層1的材料選自包括非晶形金屬，坡莫合金和超坡莫合金的組，但是非晶形金屬是金屬中的優(yōu)選者。銅箔的厚度最好是在12-18μm范圍以內(nèi)，半固化片的厚度在60-100μm范圍內(nèi)。
這樣，第二基層22、處理過的銅箔21和磁性層1按此順序用于初步鋪設(shè)并在高溫高壓(例如，約150-200℃和30-40Kg/cm2)下被壓制成第一疊放板20。
圖5示出了被做成工作尺寸的基層的鋪設(shè)實施例。實際的最終產(chǎn)品通常制成包括傳感器單元的條。參考附圖，那里示出了五個磁帶54的鋪設(shè)步驟。在這種情況下，磁帶54是用于制造包括多個單元的條。因此，磁帶的尺寸依靠條的尺寸確定。但是半固化片52上做成條的地方有必要在接下來的磁性層圖案形成步驟中安放磁帶54，以便多個單元能夠一次全部制成。因此，在該實施例中，放置了準(zhǔn)備安放磁帶的銅箔53以進行初步鋪設(shè)。可以使用兩種方法制造銅箔。即，有一種方法是通過用金屬模子擠壓磁性金屬板去除所希望的尺寸的部分，一種方法是通過使用刳刨工具的旋轉(zhuǎn)式工具處理，這是一種制造基板的通常做法。在這種情況下，處理過的物體必須具有比該磁是帶54大的尺寸。就此而論，考慮到制作差容和覆蓋有磁條的銅箔引起的問題，最好是做成比磁帶54在一個方向上大約0.1-0.2mm的物體?？紤]到由實際產(chǎn)品占據(jù)的條的面積，由于磁帶54具有足夠的尺寸，就可以使磁帶符合條的寬度。但是，由于一磁帶中可能有一個或多個條，磁帶的長度在最初的設(shè)計階段就確定了。
在完成第一次疊放步驟后，第一疊放板20因在基層的兩側(cè)層壓了磁性層13而成為了層壓板。在這一點上，盡管第一基層(半固化片)22以及磁性層1的優(yōu)選厚度在約0.06-0.1mm和約0.02-0.03mm的范圍內(nèi)，但是該厚度可能依據(jù)所希望的最終產(chǎn)品的特征而變化。隨后，第一疊放板20的外表面被形成干膜(或光刻膠)，并且，該干膜層根據(jù)預(yù)先設(shè)計的磁性圖案經(jīng)受曝光和顯影處理。該形成有一定圖案的干膜層作為蝕刻該磁性層1的掩膜(圖4e)。該曝光、顯影和蝕刻技術(shù)在本領(lǐng)域中已廣為人知。結(jié)果，只有形成某種圖案的磁條1保留在了第二基板上，此后，干膜層被剝?nèi)?圖4f)。
在完成了第一疊放板20的磁性層的制圖過程后，第三基層(或半固化片)32和第三導(dǎo)電層(或銅箔)31被臨時地放置在了第一疊放板20上(初步鋪設(shè))，并且疊壓層32和31在高溫高壓(例如，約150-200℃和30-40Kg/cm2)下被壓制成第二疊放板30(圖4g)。隨后，第二疊放板30通過鉆孔形成了將與第一驅(qū)動圖案2接觸的第二通孔6，以便第一驅(qū)動圖案2和第二驅(qū)動圖案3采用了圍繞磁條1的纏繞線圈的形狀。第一基板10、第一疊放板20和第二疊放板30形成孔7以便上面和下面的拾取圖案4彼此電連接。通孔7的內(nèi)表面被鍍上導(dǎo)電金屬(即，銅)(圖4h)。隨后，第二疊放板在眾所周知的印刷電路板制造工藝的步驟下，即，曝光、顯影、蝕刻工藝下，在其外表面形成第二驅(qū)動圖案3以及拾取圖案4(圖4i)。位于上面和下面的磁條1之間的第二驅(qū)動圖案3和第一驅(qū)動圖案2彼此通過第一和第二通孔5和6電連接，以便第一和第二驅(qū)動圖案圍繞磁片1，因此用作地球磁場不均勻性探測儀的驅(qū)動線圈。此外，上面的和下面的拾取圖案4彼此經(jīng)通孔7電連接，以便圍繞第一和第二驅(qū)動圖案2和3，因此用作地球磁場不均勻性探測儀的拾取線圈。
之后，為了避免暴露在外的形成圖案的導(dǎo)電層(即，銅電路)因為例如潮濕而氧化，依次進行焊接掩膜被有選擇性地施加在除了導(dǎo)電層的所有區(qū)域，并且該導(dǎo)電層形成鎳(或鎳-磷)鍍層和金鍍層。這種具體步驟在印刷電路板技術(shù)中已經(jīng)眾所周知。
如前所述，用于第二疊放板30的疊放步驟的導(dǎo)電層31最好由銅箔制成。至于這種銅箔，可以用具有標(biāo)準(zhǔn)厚度為12μm，18μm，35μm等的銅箔。但是使用35μm的銅箔時，需要通過半蝕刻將該銅箔的厚度至少減少到約5-7μm，以便在疊放步驟之后和鉆孔步驟之前形成電路圖案。
由于根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器只被放置在一個軸向上，因此可以找出只與這一個軸相關(guān)的方向。因此，通過放置兩個彼此垂直的印刷電路板就可以找出與兩個軸向相關(guān)的方向。
根據(jù)本發(fā)明的使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器能夠廣泛地應(yīng)用于汽車、航天器、游戲機、以及玩具機器人，也可用于旨在探測地球磁場以確定其定位信息的移動電話和移動終端。
如前所述，本發(fā)明提供了一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，其中在具有磁條的基板上通過蝕刻等方法形成電路，和在其上形成的驅(qū)動和拾取圖案以便探測弱磁場。
根據(jù)本發(fā)明，由于通過蝕刻等在用于探測弱磁場的基板上準(zhǔn)確地形成了電路，就可以獲得準(zhǔn)確的特性，并可以通過保持位置的準(zhǔn)確度而降低由于特性變化產(chǎn)生的影響。
另外，由于本發(fā)明能夠提供一種小型的低電耗的弱磁場傳感器，該傳感器能夠簡便地適用于小型的電氣設(shè)備例如移動電話。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例是以說明為目的進行描述的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的條件下對本發(fā)明進行各種可能的修改、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器，包括第一基板，其上、下表面形成第一驅(qū)動圖案，以便該上面和下面的第一驅(qū)動圖案彼此電連接；一對第一疊放板，被疊放在第一基板的上和下表面并在其上形成彼此平行的磁性層；和一對第二疊放板，被疊放在第一對疊放板的外表面，并形成電連接到第一基板的第一驅(qū)動圖案的第二驅(qū)動圖案以圍繞磁性層，并形成拾取圖案以圍繞該第一和第二驅(qū)動圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中第一基板由敷銅層壓板組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中磁性層的材料選自由非晶形金屬、坡莫合金和超坡莫合金組成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中形成圖案的磁性層選自由一對平行的具有間隔的磁條、單獨磁條和矩形磁條組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中上面和下面的形成圖案的磁性層做成帶狀，并彼此同向平行放置，而且第一和第二驅(qū)動圖案和拾取圖案朝向與磁性層垂直的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中形成在同一表面的第二驅(qū)動圖案以及拾取圖案由多個交替放置的平行的形成圖案的直線組成，并且拾取圖案的尺寸長于驅(qū)動圖案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁場傳感器，其中第一基板形成第一通孔以便形成在第一疊放板兩側(cè)的第一驅(qū)動圖案彼此電連接，第一和第二疊放板形成第二通孔以便第一和第二驅(qū)動圖案彼此電連接，而且，第一基板和第一以及第二疊放板形成通孔以便上面和下面的拾取圖案彼此電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱磁場傳感器，其中上面和下面的拾取圖案的圖案線經(jīng)通孔以鋸齒形式彼此電連接以形成圍繞驅(qū)動圖案纏繞的單線組成的線圈。
9.使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器，被配置為放置兩個彼此垂直的如權(quán)利要求1到8中任何一個所述的弱磁場傳感器并將這兩個弱磁場傳感器彼此固定在一起。
10.一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器的制造方法，包括步驟通過在第一基板上形成第一通孔以使上和下驅(qū)動圖案彼此連接、隨之進行電鍍該通孔、曝光和蝕刻以在第一基板的上和下表面提供第一驅(qū)動圖案；通過在第一基板的兩側(cè)疊放和壓緊第二基層和磁性層，隨后進行曝光、顯影和蝕刻來制備第一疊放板；通過在第一疊放板的兩側(cè)疊放和壓緊第二基層和導(dǎo)電層來制備第二疊放板；在該第一和第二疊放板上形成第二通孔，和在第一基板和第一以及第二疊放板形成通孔；在第二疊放板上提供通過第二通孔與第一驅(qū)動圖案電連接并圍繞磁性層的第二驅(qū)動圖案，以及在經(jīng)通孔彼此電連接的并通過曝光、顯影和蝕刻第二疊放板以圍繞該第一驅(qū)動圖案的上和下第二疊放板上提供拾取圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中磁性層做成帶狀，并且在制備第一疊放板之前，還進一步包括進行初級鋪設(shè)的步驟以使該帶狀磁性層被疊放在第二基板的預(yù)先設(shè)定位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中第一基層和第二基層由半固化片組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中半固化片選自由FR-4，具有高玻璃轉(zhuǎn)換溫度的FR-4，和雙馬來酰亞胺-三嗪環(huán)氧樹脂組成的組。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中提供拾取圖案的步驟包括經(jīng)通孔以鋸齒形式彼此電連接上面和下面的拾取圖案的形成圖案的線，以形成由圍繞驅(qū)動圖案的單線組成的線圈。
15.一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器，按從頂?shù)降椎捻樞虬ǖ诙?qū)動圖案和拾取圖案(第一層)，磁性層(第二層)，第一驅(qū)動圖案(第三層)，和第一驅(qū)動圖案(第四層)，磁性層(第五層)和第二驅(qū)動圖案和拾取圖案(第六層)。
16.使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器，被配置為放置兩個彼此垂直的權(quán)利要求15所述的弱磁場傳感器并將這兩個弱磁場傳感器彼此固定在一起。
全文摘要
揭示了一種使用印刷電路板制造技術(shù)的弱磁場傳感器及其制造方法，它通過探測地球磁場以獲得定位信息。該傳感器包括第一基板，其上和下表面形成第一驅(qū)動圖案，以便該上面和下面的第一驅(qū)動圖案彼此電連接；一對第一疊放板，被疊放在第一基板的上和下表面以及在其上形成彼此平行的磁性層并形成一定形狀的圖案；和一對第二疊放板，被疊放在這對第一疊放板的外表面，并形成電連接到第一基板的第一驅(qū)動圖案的第二驅(qū)動圖案以圍繞磁性層，并形成圍繞第一和第二驅(qū)動圖案的拾取圖案。
文檔編號G01R33/02GK1444050SQ0212214
公開日2003年9月24日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月9日
發(fā)明者姜明杉, 羅敬遠(yuǎn), 崔相彥, 崔源悅, 李政桓, 樸建陽 申請人:三星電機株式會社