一種交叉指狀y軸磁電阻傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種交叉指狀Y軸磁電阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在兩軸和三軸磁性羅盤芯片設(shè)計過程中，需要同時用到X軸和Y軸磁敏傳感器，對于磁電阻類型的傳感單元，一般具有單一的敏感磁場方向，例如為X方向磁場敏感，對于Y方向磁場敏感的獲得，一般采用將X方向磁場敏感傳感單元旋轉(zhuǎn)90度，以此來獲得Y方向磁場敏感單元，其次，為了提高X或者Y軸磁電阻傳感器的磁場靈敏度，通常采用推挽式電橋，其中推臂和腕臂采用分立制造的形式，即將其中的一個相對于另一個相對旋轉(zhuǎn)180度，而后在推臂和腕臂的切片之間采用飛線的形式進(jìn)行連接。
[0003]以上提出的Y軸磁電阻傳感器主要存在如下問題:
I)在同一平面上同時制備X和Y軸磁電阻傳感器時，由于X和Y軸磁電阻傳感器都為分立元件，因此無法實現(xiàn)集成制造，增加了工藝的負(fù)責(zé)性，并影響了兩軸或三軸傳感器的測量精度。2)推臂和腕臂無法實現(xiàn)集成制造的工藝，采用分立切片飛線連接的工藝，同樣增加了工藝的復(fù)雜性，影響傳感器的測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上存在的問題，本發(fā)明提出了一種交叉指狀Y軸磁電阻傳感器，采用交叉指狀的軟磁通量集中器來實現(xiàn)磁路的改變，實現(xiàn)將Y磁場轉(zhuǎn)變成-X和X方向的磁場分量，且分別作用于推磁電阻傳感單元和挽磁電阻傳感單元，實現(xiàn)Y磁場信號的增強輸出，而當(dāng)X磁場通過時，作用在推磁電阻傳感單元和挽磁電阻傳感單元上的X向磁場分量可以實現(xiàn)抵消。
[0005]本發(fā)明所提出的一種交叉指狀Y軸磁電阻傳感器，包括襯底、位于襯底之上的第一梳狀軟磁通量引導(dǎo)器、第二梳狀軟磁通量引導(dǎo)器及推挽式磁電阻傳感單元電橋；
所述第一梳狀軟磁通量引導(dǎo)器的第一梳齒和第一梳座和所述第二梳狀軟磁通量引導(dǎo)器的第二梳齒和第二梳座均為矩形，所述第一梳齒和所述第二梳齒長軸和短軸分別平行于Y軸和X軸，所述第一梳座和第二梳座長軸和短軸分別平行于X軸和Y軸；
所述第一梳狀軟磁通量引導(dǎo)器和所述第二梳狀軟磁通量引導(dǎo)器之間形成交叉指狀結(jié)構(gòu)，相鄰所述第一梳齒和所述第二梳齒之間依次交替形成第一間隙和第二間隙，且所述第二梳齒與所述第一梳座之間、所述第一梳齒與所述第二梳座之間也形成間隙；
推挽式磁電阻傳感單元電橋包括推、挽磁電阻傳感單元串，所述推、挽磁電阻傳感單元串均包括多個串聯(lián)和/或并聯(lián)的磁電阻傳感單元，且平行于Y軸方向，并交替位于所述第一間隙和第二間隙內(nèi)，所述推、挽磁電阻傳感單元串分別電連接成推臂和挽臂，所述推臂和挽臂包含的所述磁電阻傳感單元串?dāng)?shù)量相同，且所述推臂和挽臂電連接成推挽式磁電阻傳感單元電橋，所述磁電阻傳感單元具有X向磁場敏感方向。
[0006]還包括校準(zhǔn)線圈和/或重置線圈，所述校準(zhǔn)線圈包括平行于所述推、挽磁電阻傳感單元串的校準(zhǔn)直導(dǎo)線，當(dāng)校準(zhǔn)電流通過所述校準(zhǔn)線圈時，在所述推、挽磁電阻傳感單元串處分別產(chǎn)生沿X和-X方向幅度相同的校準(zhǔn)磁場分量；所述重置線圈包括垂直于所述推、挽磁電阻傳感單元串的重置直導(dǎo)線，當(dāng)重置線圈通重置電流時，在所有磁電阻傳感單元處沿Y方向或-Y方向產(chǎn)生幅度相同磁場分量。
[0007]所有所述第一梳齒尺寸相同，所有所述第二梳齒尺寸相同，所有所述第一間隙尺寸相同，所有所述第二間隙尺寸相同，所述第一間隙尺寸和所述第二間隙尺寸相同。
[0008]所述磁電阻傳感單元為GMR自旋閥或者TMR傳感單元，其中釘扎層方向平行于Y軸方向，自由層方向為平行于X軸方向。
[0009]沒有外加磁場時，所述磁電阻傳感單元通過永磁偏置，雙交換作用、形狀各向異性或者任意結(jié)合來使磁性自由層的磁化方向與磁性釘扎層的磁化方向垂直。
[0010]所述推挽式磁電阻傳感單元電橋為半橋、全橋或者準(zhǔn)橋。
[0011]所述第一梳齒數(shù)量為2*N+1時，N為大于I的整數(shù)，所述推磁電阻傳感單元串和所述挽磁電阻傳感單元串交替分布在2*N個所述第一間隙和所述第二間隙內(nèi)。
[0012]所述第一梳齒數(shù)量為2*N+2時，N為大于I的整數(shù)，所述推磁電阻傳感單元串和所述挽磁電阻傳感單元串交替分布在除位于正中間的所述第一間隙和所述第二間隙之外的其他2*N個所述第一間隙和所述第二間隙內(nèi)。
[0013]所述第一梳齒數(shù)量為2時，所述推磁電阻傳感單元串和所述挽磁電阻傳感單元串交替的分布在所述第一間隙和所述第二間隙內(nèi)。
[0014]任一個所述推磁電阻傳感單元串均有一個與之相對于所述第一梳狀軟磁通量集中器的X軸中心線對稱的所述挽磁電阻傳感單元串。
[0015]隨著所述第一梳齒寬度LxlO和所述第二梳齒寬度Lx2之和相對于所述第一間隙、所述第二間隙寬度gapy的比率(Lxl0+Lx20) /gapy增加，所述推挽式磁電阻傳感單元電橋增益增加。
[0016]所述第一梳座和第二梳座的X端和-X端均對齊。
[0017]所述的Y軸磁電阻傳感器還包括兩條相同的軟磁通量集中器長條，兩條所述軟磁通量集中器長條分別位于所述第一梳狀軟磁通量集中器和第二梳狀軟磁通量集中器的X端及-X端，且距離兩端相同距離。
[0018]所述校準(zhǔn)線圈包括推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線，所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和對應(yīng)推磁電阻傳感單元串之間的位置關(guān)系與挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線和對應(yīng)挽磁電阻傳感單元串之間的位置關(guān)系相同，所述位置關(guān)系為所述校準(zhǔn)直導(dǎo)線位于對應(yīng)的磁電阻傳感單元串的正上方或正下方，且所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和所述挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線之間串聯(lián)連接，并具有相反的電流方向。
[0019]所述校準(zhǔn)線圈包括推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線，所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線、挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線均包括并聯(lián)連接的兩條平行的校準(zhǔn)直導(dǎo)線，且兩條所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和兩條所述挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線之間的間距相同，且分別對稱分布于所述推、挽磁電阻傳感單元串的兩側(cè)，且所述推校準(zhǔn)直導(dǎo)線和所述挽校準(zhǔn)直導(dǎo)線之間串聯(lián)連接，并具有相反的電流方向。
[0020]所述重置線圈為平面線圈，包含的重置直導(dǎo)線垂直于推磁電阻傳感單元串和挽磁電阻傳感單元串，且位于每個磁電阻傳感單元的正上方或者正下方，且電流方向一致。
[0021 ] 所述重置線圈為三維線圈，所述三維線圈纏繞所述第一梳狀軟磁通量引導(dǎo)器、第二梳狀軟磁通量引導(dǎo)器以及所述磁電阻傳感單元，所述重置直導(dǎo)線分別位于所述軟磁通量引導(dǎo)器和磁電阻傳感單元表面，所述重置直導(dǎo)線在所述表面上具有相同排列間隔。
[0022]所述校準(zhǔn)線圈包含一個正的端口和一個負(fù)的端口，兩端通過電流時，其所產(chǎn)生的校準(zhǔn)磁場幅度范圍在所述磁電阻傳感單元的線性工作區(qū)域內(nèi)。
[0023]所述校準(zhǔn)電流可以設(shè)定為一個電流值或多個電流值。
[0024]所述重置線圈包含兩個端口，當(dāng)兩端口通過電流時，其所產(chǎn)生的重置磁場大小為高于所述磁電阻傳感單元的飽和磁場值。
[0025]所述重置電流為脈沖電流或直流電流。
[0026]所述重置線圈和校準(zhǔn)線圈為高導(dǎo)電率材料，所述高導(dǎo)電率材料為Cu，Au，Ag或Al。
[0027]所述軟磁通量集中器為包含F(xiàn)e，Ni, Co元素中的一種或多種的合金軟磁材料。
[0028]所述襯底材料為玻璃或硅片，且所述襯底上含有ASIC或所述襯底與另外的ASIC芯片相連接。
[0029]所述重置和/或校準(zhǔn)線圈位于所述襯底之上、磁電阻傳感單元之下，或者所述磁電阻傳感單元和所述軟磁通量引導(dǎo)器之間、或者所述軟磁通量引導(dǎo)器之上。
[0030]所述重置和/或校準(zhǔn)線圈和所述第一梳狀軟磁通量引導(dǎo)器、第二梳狀軟磁同量引導(dǎo)器、推挽式磁電阻傳感單元電橋之間采用絕緣材料隔離，所述絕緣材料為Si02，A1203，Si3N4，聚酰亞胺或光刻膠。
【附圖說明】
[0031]圖1為交叉指狀Y軸磁電阻傳感器基本結(jié)構(gòu)圖；
圖2為交叉指狀Y軸磁電阻傳感器Y磁場測量原理圖；
圖3為交叉指狀Y軸磁電阻傳感器Y磁場推、挽磁電阻傳感器單元串敏感磁場分布圖； 圖4為交叉指狀Y軸磁電阻傳感器X磁場測量圖；
圖5為交叉指狀Y軸磁電阻傳感器X磁場推、挽磁電阻傳感器單元串敏感磁場分布圖； 圖6為N=2第一指齒數(shù)時交叉指狀Y軸磁電阻傳感器電連接圖；
圖7為N=2第一指齒數(shù)時推挽式磁電阻傳感單元半橋結(jié)構(gòu)圖；
圖8為2N+1第一指齒數(shù)時交叉指狀Y軸磁電阻傳感器電連接圖；
圖9為推挽式磁電阻傳感單元全橋結(jié)