專利名稱：磁場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
為了測量磁場已知了磁通門傳感器。在這樣的磁通門傳感器的一種變型方案中，軟磁芯經(jīng)受交變磁場，所述交變磁場以交變的場方向使芯進(jìn)入磁飽和。當(dāng)交變磁場恰好補(bǔ)償外部磁場時總是發(fā)生芯的再磁化。基于與所生成的交變磁場相關(guān)的再磁化的時刻可以確定所述外部磁場。這種傳感器可以作為薄膜技術(shù)在半導(dǎo)體襯底上制造，往往也稱作MEMS傳感器。
背景技術(shù)：
未公開的專利申請DE 102009028815. 5示出MEMS技術(shù)的磁場傳感器，其中，線圈
在方形的芯中產(chǎn)生磁場
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種磁場傳感器，借助于所述磁場傳感器可以更準(zhǔn)確地確定再磁化的時刻。本發(fā)明通過具有權(quán)利要求I的特征的磁場傳感器解決所述問題。從屬權(quán)利要求說明有利的構(gòu)型方案。磁場傳感器包括可磁化的芯、用于磁化芯的磁化裝置和用于確定芯中的磁場的確定裝置，其中，芯具有至少區(qū)段式彎曲的表面。尤其是在微型化的磁場傳感器(MEMS)中，可以通過芯的表面的彎曲避免可差地磁化區(qū)域的出現(xiàn)，從而芯的磁疇不需要明顯不同的場進(jìn)行再磁化。因此，可以降低再磁化時刻的統(tǒng)計學(xué)波動并且由此改善磁場傳感器的測量精度。芯可以具有一個具有正曲率的縱剖面。在此，沿著整個縱剖面的曲率是正的。特別地，沿著縱剖面的曲率不可以超過一個預(yù)先確定的值。由此得出具有倒圓的輪廓的芯，從而可以進(jìn)一步減少可差地磁化的疇。芯可以相對于其縱軸線軸對稱地構(gòu)造。與扁平的實施形式相比，通過所述方式可以避免芯的更多的角和棱邊,從而芯的這些疇的可磁化性更相同。這可以導(dǎo)致進(jìn)一步改善的磁場確定。芯可以具有削尖的或者錐形的端部區(qū)段。通過與此相關(guān)地減少或者避免終止疇，再磁化可以在更窄的時間范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，從而可以進(jìn)一步提高磁場傳感器的測量精度。此外，芯可以非對稱地構(gòu)型，例如其方式是，芯的幾何重心由于芯在端部區(qū)段方向上的外部尺寸的變形而沿著芯的縱軸線轉(zhuǎn)移。這例如可以通過芯的基本上梯形的實施形式來實現(xiàn)。由此可以更好地定義芯的再磁化過程的開始，由此可以進(jìn)一步改善芯的再磁化的時間可再現(xiàn)性。在其他實施形式中，芯可以沿著其縱軸線具有多個具有不同大小的縱剖面面積的區(qū)段，從而確定用于開始再磁化過程的定義的磁化的區(qū)域。


以下參考附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中示出圖I :磁通門磁場傳感器的原理圖；圖2 :圖I的磁場傳感器上的時間變化曲線；圖3 :用于圖I的磁場傳感器的不同的芯的視圖。
具體實施例方式圖I示出磁場傳感器100的原理圖。所述磁場傳感器100包括第一線圈110、第二線圈120和芯130。磁場傳感器100被構(gòu)造為薄膜系統(tǒng)。在此，在微型化的(MEMS)磁場傳感器100的一個實施例中，芯130具有幾百微米至幾毫米的長度并且具有典型20至200 y m的寬度。第一線圈110和第二線圈120可以分別包括一個或多個線匝并且所述線匝中的每一個可以被構(gòu)造在磁場傳感器100的襯底上。在此，線匝可以包圍芯130或者在芯130旁邊延伸。借助于第二線圈120可以確定對芯130中的磁場的指示，例如磁通密度或磁通。在第一線圈110上施加周期性的(例如三角形的)電壓變化，使得在芯130的區(qū)域中產(chǎn)生一個磁場，所述磁場周期性地減小和增大。芯130優(yōu)選由具有較小遲滯的軟磁材料制成。當(dāng)芯130的磁化方向變化時，芯130通過由第一線圈110引起的交變磁場周期性地經(jīng)歷再磁化。在再磁化的時刻，在第二線圈120( “拾取線圈”)中感應(yīng)出電壓U2。基于這樣的電壓脈沖220的時刻可以如以下進(jìn)一步說明的那樣確定外部磁場。為了盡可能準(zhǔn)確地測量脈沖的時刻，所述脈沖相對于三角形電壓Ul的周期必須盡可能窄。為此目的，通常如此選擇芯130的材料，使得芯130的遲滯盡可能小。對于微型化的磁通門磁場傳感器，芯130的更小遲滯的優(yōu)化受材料的相應(yīng)選擇以及微型化系統(tǒng)的制造過程范疇內(nèi)的芯130的制造過程限制。此外，脈沖220的強(qiáng)度隨著線圈110、120和芯130的不斷微型化而降低，使得信號電壓U2的分析處理變得困難。圖2示出在圖I中的磁場傳感器100上的電壓Ul和U2的時間變化曲線的圖200。在圖200的上部中示出的變化曲線210代表圖I中的第一線圈110上的電壓Ul的變化曲線。在圖200的下部中示出的脈沖220相應(yīng)于圖I中的第二線圈120上的U2的電壓脈沖。變化曲線210是對稱的三角形信號。芯130的磁化與變化曲線210成比例。在時刻tl、t4、t5和t8，變化曲線210的電壓Ul具有值O。如果沒有施加外部磁場，則在這些時刻進(jìn)行圖I中的芯130的再磁化，這可由在相同時刻圖I中的線圈120的電壓U2的脈沖220檢測。如果芯130通過外部磁場預(yù)磁化，則分別在外部磁場通過借助于第一線圈110引起的磁場補(bǔ)償?shù)臅r刻進(jìn)行芯130的再磁化。在圖2的示圖中，在第一變化曲線210相應(yīng)于外部磁化230 (即在時刻t2、t3、t6和t7)時總是這樣的情形。由脈沖220彼此間或者相對于變化曲線210的相對位置可以確定外部磁場的強(qiáng)度或者方向。為了可以盡可能準(zhǔn)確地實施脈沖220或者時刻tl至t8的測量，必需的是，電壓U2的脈沖220達(dá)到預(yù)先確定的電壓并且在此盡可能窄。鐵磁材料(如芯130)通常具有晶體結(jié)構(gòu)，其具有磁化的疇。這些疇稱作外斯疇(Weiss-Bezirke)并且具有約10_8至10_4m的范圍內(nèi)的延展。外斯疇之間的界限稱作布洛赫壁。通常，外斯疇磁化直到飽和，其中，不同的外斯疇的磁化具有不同的方向。在增大的、磁場中，布洛赫壁發(fā)生位移，有利于在外部場的方向上定向的那些外斯疇。在外部場進(jìn)一步增大時，最終越來越多的外斯疇改變其磁定向。鐵磁材料的晶體中的晶格缺陷、晶界或磁材料本身在其運動方面的限制可以阻礙布洛赫壁的位移運動。這種效應(yīng)稱作“釘扎(Pinning) ”。鐵磁材料的磁化因此沒有跟隨外部
持續(xù)增大的磁場而有效增大，而是存在小的差-巴克豪森跳躍(Barkhausen-Spriingen)。
由此,阻礙了鐵磁材料的均勻的 再磁化,使得在圖I中的芯130的情形中圖2中的脈沖220在時間(水平)方向上擴(kuò)寬。本發(fā)明的核心在于，如此構(gòu)型芯130，使得能夠?qū)崿F(xiàn)微型化的磁傳感器100中的芯130的盡可能均勻并且快速的再磁化。為此目的，芯130的邊界被如此構(gòu)造，使得釘扎效應(yīng)減弱。此外，芯130可以被如此構(gòu)型，使得再磁化過程受芯130的形狀影響。圖3示出圖I中的磁場傳感器100的不同的芯130的縱剖面。示出的縱剖面310至370可以分別涉及基本上扁平的芯130，使得縱剖面310至370相應(yīng)于芯130的俯視圖。這樣的芯優(yōu)選可以通過薄膜技術(shù)制造。在本發(fā)明的一個變型方案中，芯130例如關(guān)于芯130的縱軸線L軸對稱地實施，從而可以分別通過縱剖面310至370繞其縱軸線的旋轉(zhuǎn)來定義芯130的三維形狀，并且所涉及的芯僅僅具有圓形的橫截面。扁平的構(gòu)型與圓形的構(gòu)型之間的中間形狀(例如具有削平的或者橢圓形的橫截面)同樣是可能的。為了制造這樣的芯可能需要與借助薄膜技術(shù)不同的制造方式?？v剖面310至370分別具有一些區(qū)段，在這些區(qū)段上芯130的表面0是彎曲的。在這些區(qū)段中布洛赫壁的遷移在減小的程度上受到芯130的邊界阻礙。在所有的縱剖面310至370中，如此選擇相應(yīng)的縱剖面的長度與寬度之間的比例，使得盡可能少地干擾布洛赫壁的運動。如此成形的芯130在文獻(xiàn)中稱作“窄芯(schmaler Kern)”。第一縱剖面310具有矩形形狀，具有倒圓的端部區(qū)段E。端部區(qū)段E的倒圓可以分別成對地彼此過渡，使得這些端部區(qū)段E具有半圓或橢圓區(qū)區(qū)段的形狀。第二縱剖面320相應(yīng)于第一縱剖面310，但附加地在端部之間的中間區(qū)段M中變細(xì)。端部區(qū)段E與變細(xì)的區(qū)段M之間的過渡優(yōu)選倒圓地延伸。通過變細(xì)的區(qū)段M，可以通過芯130的形狀來控制芯130的跳躍式磁化所需的場強(qiáng)。在變細(xì)的區(qū)段M的區(qū)域中具有更高的磁通密度，其促進(jìn)區(qū)段M快速的再磁化。增厚的端部區(qū)段E在圖2中的電信號形狀210相同時導(dǎo)致更小的磁場，這在部件中在測量范圍和定向方面具有優(yōu)點。通過這種效應(yīng)也改善了圖2中的脈沖220的時間可再現(xiàn)性并且由此減小了圖I中的微型化的磁場傳感器100的噪聲。第三縱剖面330包括矩形的中間區(qū)域M，所述中間區(qū)域過渡到兩個分別三角形的端部區(qū)段E。三角形的端部區(qū)段E的尖的形狀避免了這些區(qū)域內(nèi)的差的磁化并且還為位移通過芯130的布洛赫壁提供起點或者終點。由于缺少終止疇，芯130在縱剖面330中的全部材料都有助于信號220。第四縱剖面340具有對稱的橢圓形的形狀。在所述縱剖面的優(yōu)點方面同樣適用于以上關(guān)于第三縱剖面330所實現(xiàn)的。附加地，通過縱剖面340的橢圓形的形狀避免了對于外部磁場而言不易接近的區(qū)域的存在。第五縱剖面350相應(yīng)于第一縱剖面310，具有中間區(qū)段M中的顯著縮窄。所述顯著縮窄導(dǎo)致所述區(qū)域中極度的磁通密度過高，其立即導(dǎo)致鄰接區(qū)域的再磁化。第六縱剖面360由第一縱剖面310的基本形狀得出并且還具有扁平的倒圓的端部區(qū)段E以及分段的中間區(qū)域M。在分段的中間區(qū)域M中，第一寬度的區(qū)段Al與第二寬度的區(qū)段A2(在水平方向上)交替。相鄰的區(qū)段A1、A2之間的過渡可以如所示那樣矩形地或者也可以倒圓地(如在第五縱剖面350的中間區(qū)域M中示出的那樣)延伸。通過縱剖面360的鋸齒形邊緣減小了布洛赫壁的釘扎并且同時提供了用于啟動再磁化過程的定義的磁化的區(qū)域。相鄰的區(qū)段A1、A2的寬度的比例可以任意選擇并且不必具有所示出的I : I的比例。第七縱剖面370由第一縱剖面310的梯形變形得出。所述變形將矩形塑造成梯形，其中梯形的底邊可以平行于芯130的縱軸線L延伸或者可以垂直于縱軸線L延伸(如 在芯370中)。通過縱剖面370的定義的非對稱性可以實現(xiàn)再磁化過程的更好定義的開始和(由此)圖2中的脈沖220的改善的時間可再現(xiàn)性。芯130的面重心在第七縱剖面中位于平分芯130中的縱軸線的橫軸線Q的右側(cè)。第七縱剖面370的定義的非對稱性原則上可以用于縱剖面310至360中的每一個并且可以通過相應(yīng)的變形來實現(xiàn)。通過借助縱剖面310至370示出的芯130的構(gòu)型，尤其是通過設(shè)置倒圓的區(qū)段，改善了圖I中的微型化的系統(tǒng)100中的芯130在時間上準(zhǔn)確定義的且快速的再磁化。通過根據(jù)本發(fā)明的芯130的構(gòu)型可以有效地改善磁場傳感器100的測量精度。在此可以附加地使用其他措施，例如芯130或者磁場傳感器100的材料或制造過程的選擇，用于進(jìn)一步優(yōu)化芯130的再磁化。
權(quán)利要求
1.磁場傳感器(100)，其具有 可磁化的芯(130)； 磁化裝置(110)，用于磁化所述芯(130)； 確定裝置(120),用于確定所述芯(130)中的磁場， 其特征在于， 所述芯(130)具有至少區(qū)段式地彎曲的表面(O)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)的縱剖面(310-370)具有一個具有正曲率的輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)具有縱軸線(L)，所述芯相對于所述縱軸線軸對稱地構(gòu)造。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)的縱剖面(310-370)具有彎曲的端部區(qū)段(E)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)的縱剖面(330)具有變尖的端部區(qū)段(E)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)的縱剖面(370)具有梯形的形狀，所述梯形的形狀具有倒圓的角。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)關(guān)于在所述縱軸線(L)上垂直的橫軸線(Q)非對稱地成型。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)具有至少兩個區(qū)段(M，E，Al，A2)，這些區(qū)段具有不同大小的橫截面面積。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)的表面(O)在這些區(qū)段(M，E，A1，A2)之間的過渡區(qū)域中是彎曲的。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的磁場傳感器(100)，其特征在于，所述芯(130)具有多個區(qū)段(M，E，Al，A2)，這些區(qū)段具有不同大小的橫截面面積。
全文摘要
磁場傳感器包括可磁化的芯，用于磁化所述芯的磁化裝置和用于確定所述芯中的磁場的確定裝置，其中所述芯具有至少區(qū)段式彎曲的表面。
文檔編號G01R33/04GK102648421SQ201080055653
公開日2012年8月22日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者C·保陶克, C·比爾霍夫, F·恩吉卡姆恩吉蒙齊, F·沙茨, P·法貝爾, S·魏斯 申請人:羅伯特·博世有限公司