CN102722932A - 一种验钞机磁头 - Google Patents

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刘明峰
白建民
魏福林
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本发明公开了一种验钞机磁头，包括芯片、印刷线路板、输出引针、永磁体、柔性线路板，所述芯片的输入端和输出端分别与所述印刷线路板上的相应接线端焊接，所述永磁体位于所述印刷线路板的下方并与所述印刷线路板平行，所述柔性线路板的一端与所述印刷线路板的相应接线端电连接，所述柔性线路板的另一端与所述输出引针电连接，使得所述输出引针与所述芯片的输入端和输出端导通，所述芯片包括至少一个电桥，该电桥的每一个桥臂包括至少一个MTJ元件或GMR元件。所述验钞机磁头既适用于识别纸币上由硬磁性材料制成的磁介质的磁性，又适用于识别纸币上由软磁性材料制成的磁介质的磁性。

Description

一种验钞机磁头
技术领域
本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种验钞机磁头。
背景技术
日常生活中，验钞机磁头的应用非常广泛。通常，纸币的磁性非常弱，因此，用于识别纸币磁性的验钞机磁头需要具有高灵敏度、低噪声和高信噪比。
现有技术中，用于识别纸币磁性的验钞机磁头通常采用锑化铟(InSb)霍尔元件。该种验钞机磁头具有如下缺点：
(1) 锑化铟霍尔元件的灵敏度和信噪比非常低，导致该种验钞机磁头的灵敏度和信噪比非常低；
(2) 锑化铟霍尔元件的制作工艺复杂，且受温度和应力的影响非常明显，成品率低，导致该种验钞机磁头的加工工艺复杂，成本高；
(3) 由于该种验钞机磁头输出引针的一端直接固定在印刷线路板(PCB)上，且输出引针不能直接穿过永磁体，因此输出引针的位置限制了永磁体的体积，导致芯片所在位置处的磁场沿锑化铟霍尔元件敏感方向的分量较大；
(4) 由于该种验钞机磁头的永磁体为长方体形，当芯片采用磁隧道结(MTJ)元件时，长方形永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量很大，导致MTJ元件的工作点偏离其线性工作区，甚至导致MTJ元件的电阻对磁场的响应达到饱和，从而影响验钞机磁头的性能，甚至导致验钞机磁头无法正常工作。
非常需要一种灵敏度和信噪比高的用于识别纸币磁性的验钞机磁头。
发明内容
本发明的目的是提供一种验钞机磁头。
本发明提供的验钞机磁头，包括芯片、印刷线路板、输出引针、永磁体、柔性线路板，所述芯片的输入端和输出端分别与所述印刷线路板上的相应接线端焊接，所述永磁体位于所述印刷线路板的下方并与所述印刷线路板平行，所述柔性线路板的一端与所述印刷线路板的相应接线端电连接，所述柔性线路板的另一端与所述输出引针电连接，使得所述输出引针与所述芯片的输入端和输出端导通，所述芯片包括至少一个电桥，该电桥的每一个桥臂包括至少一个MTJ（磁性隧道结Magnetic Tunel Junction）元件或GMR（巨磁阻磁头Giant Magneto Resistive）元件。
进一步的，所述永磁体的中部设有凹槽，并且凹槽朝向印刷线路板。
进一步的，还包括第一注塑模具，所述第一注塑模具设于远离所述永磁体的凹槽的一侧，所述输出引针固定于所述第一注塑模具上。 
进一步的，还包括金属外壳，用以将所述芯片、印刷线路板、输出引针、永磁体、柔性线路板容置于其中，所述金属外壳的一端开口，与该开口端相对的一端为检测面。
进一步的，所述金属外壳上设有接地引针。
进一步的，所述金属外壳的材质为非磁性耐磨材料，并且所述金属外壳的检测面的厚度小于或等于0.2mm。
进一步的，还包括设于所述印刷线路板与所述永磁体之间的第二注塑模具，用于将所述印刷线路板和所述永磁体隔离，并将所述芯片、所述印刷线路板和所述永磁体 固定。所述第二注塑模具的形状和尺寸分别与所述芯片、所述印刷线路板、所述金属外壳和所述永磁体的形状和尺寸匹配，是一种用于固定元件的异型结构件。
进一步的，所述电桥为梯度半桥，所述电桥中两个桥臂的MTJ元件/GMR元件的灵敏度方向相同，并且两个桥臂的两个MTJ元件/GMR元件分别位于磁场值不同的位置。
进一步的，所述电桥为梯度全桥，所述梯度全桥中所有桥臂的MTJ元件的灵敏度方向相同，并且全桥中相对位置桥臂的两个MTJ元件/GMR元件位于磁场值的同一位置，相邻位置桥臂的两个MTJ元件/GMR元件位于磁场值不同的位置。
进一步的，所述MTJ元件/GMR元件的敏感方向与所述金属外壳的检测面平行，且所述MTJ元件/GMR元件的敏感方向与所述永磁体的凹槽方向垂直。
本发明具有如下有益效果：
(1) 所述验钞机磁头既适用于识别纸币上由硬磁性材料制成的磁介质的磁性，又适用于识别纸币上由软磁性材料制成的磁介质的磁性；
(2) 所述验钞机磁头采用MTJ元件，与锑化铟霍尔元件相比，MTJ元件的灵敏度和信噪比高，因此所述验钞机磁头的灵敏度和信噪比高；
(3)MTJ元件的制作工艺与现有的半导体微加工制造工艺相兼容，可以采用现有的微加工技术进行加工，适合大规模批量生产，成本低；
(4) MTJ元件的制作工艺较简单，且不易受温度和应力的影响，成品率高，因此所述验钞机磁头的加工工艺较简单，成本较低；
(5) 由于所述验钞机磁头采用柔性线路板连接印刷线路板和输出引针，柔性线路板不限制永磁体的体积，芯片所在位置处的永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量较小，使得MTJ元件的工作点处于其线性工作区，从而能够保证所述验钞机磁头能够正常工作；
(6) 由于所述验钞机磁头的永磁体为凹槽形，凹槽形永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量很小或趋近于零，使得MTJ元件的工作点处于其线性工作区，从而能够保证所述验钞机磁头能够正常工作；
(7) 由于所述验钞机磁头的芯片采用梯度电桥结构，使得所述验钞机磁头能够有效抑制来自所述待检测的纸币磁介质之外的共模磁场的干扰。
附图说明
图1为现有技术的比较例提供的验钞机磁头的示意图；
图2为本发明实施例提供的验钞机磁头的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
首先结合现有技术的比较例，具体说明本发明要解决的技术问题，并用于与即将给出的本发明的各实施例进行对比以说明本发明的有益效果。
现有技术的比较例：
如图1所示，比较例提供的验钞机磁头包括芯片11、印刷线路板(PCB)12、输出引针13、金属外壳14、永磁体15和注塑模具(图中未示出)。金属外壳14的一端开口，与该开口端相对的一端为检测面。芯片11靠近金属外壳14的检测面安装。芯片11和永磁体15分别设于印刷线路板12的两侧。永磁体15的充磁方向如图1所示。印刷线路板12与永磁体15之间不直接接触。芯片11的输入端和输出端分别与印刷线路板12上的相应接线端焊接，使得印刷线路板12能够支撑和固定芯片11。输出引针13的一端与印刷线路板12的相应接线端焊接，使得输出引针13与芯片11的输入端和输出端导通。输出引针13的另一端用于将来自芯片11的信号输出供使用。芯片11采用锑化铟霍尔元件，且锑化铟霍尔元件的敏感方向17垂直于金属外壳14的检测面。金属外壳14上设有接地引针16。设有接地引针16的金属外壳14用于屏蔽来自金属外壳14之外的电磁干扰，并用于消除静电。永磁体15的形状为例如长方体形。注塑模具的形状和尺寸分别与芯片11、印刷线路板12、金属外壳14和永磁体15的形状和尺寸匹配，用于固定芯片11、印刷线路板12和永磁体15，并用于将印刷线路板12和永磁体15隔开。
由于比较例的验钞机磁头的芯片采用锑化铟霍尔元件，所述验钞机磁头的灵敏度和信噪比非常低。由于锑化铟霍尔元件的制作工艺复杂，且受温度和应力的影响非常明显，成品率低，导致比较例的验钞机磁头的加工工艺复杂，成本高。由于比较例的验钞机磁头输出引针的一端直接固定在印刷线路板上，且输出引针不能直接穿过永磁体，因此输出引针的位置限制了永磁体的体积。导致芯片所在位置处的永磁体产生的磁场分量较小，不利于验钞机磁头工作时对纸币的有效磁化和稳定工作。由于比较例的验钞机磁头的永磁体为长方体形，当芯片采用MTJ元件时，由于输出引针限制了永磁体的体积，使得长方形永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量很大，导致MTJ元件的工作点偏离其线性工作区，甚至导致MTJ元件的电阻对磁场的响应达到饱和，从而影响验钞机磁头的性能，甚至导致验钞机磁头无法正常工作。
本发明的实施例：
如图2所示，以MTJ元件为例，在本实施例中所述验钞机磁头，包括芯片21、印刷线路板22、输出引针23、金属外壳24、凹槽形的永磁体25、柔性线路板(FPC) 26、第一注塑模具27和第二注塑模具(图中未示出)。金属外壳24采用非磁性耐磨材料，且其一端开口，与该开口端相对的一端为检测面，检测面的厚度小于或等于0.2mm。芯片21靠近金属外壳24的检测面安装。芯片21和永磁体25分别设于印刷线路板22的两侧，永磁体25的凹槽朝向印刷线路板22。永磁体25的充磁方向如图2所示。第二注塑模具设于印刷线路板22与永磁体25之间(图中未示出)，用于将印刷线路板22和永磁体25隔离。芯片21的输入端和输出端分别与印刷线路板22上的相应接线端焊接，使得印刷线路板22能够支撑和固定芯片21。第一注塑模具27设于永磁体25的与凹槽相对的一侧。输出引针23的一端固定于第一注塑模具27上。柔性线路板26的一端与印刷线路板22的相应接线端电连接，柔性线路板26的另一端与输出引针23电连接，使得输出引针23与芯片21的输入端和输出端导通。输出引针23的另一端用于将来自芯片21的信号输出供使用。芯片21包括至少一个电桥，该电桥为梯度半桥或梯度全桥，且该电桥的每一个桥臂包括至少一个例如磁隧道结（MTJ，Magnetic Tunel Junction）元件。在本实施例中，芯片21包括例如一个梯度全桥，该梯度全桥的每一个桥臂包括例如一个MTJ元件。所述梯度全桥中所有桥臂的MTJ元件的灵敏度方向相同，并且全桥中相对位置桥臂的两个MTJ元件位于磁场值的同一位置，相邻位置桥臂的两个MTJ元件位于磁场值不同的位置。MTJ元件的敏感方向29与金属外壳24的检测面平行，且MTJ元件的敏感方向与永磁体25的凹槽方向垂直。金属外壳24上设有接地引针28。设有接地引针28的金属外壳24用于屏蔽来自金属外壳24之外的电磁干扰，并用于消除静电。第二注塑模具的形状和尺寸分别与芯片21、印刷线路板22、金属外壳24和永磁体25的形状和尺寸匹配，用于固定芯片21、印刷线路板22和永磁体25。在本实施例中，第一注塑模具27与第二注塑模具能够扣合。在实施的过程中，根据需要将所述第二注塑模具的形状和尺寸分别与所述芯片、所述印刷线路板、所述金属外壳和所述永磁体的形状和尺寸匹配，即将所述第二注塑模具设计成一种用于固定元件的异型结构件。
使用验钞机磁头时，纸币靠近所述验钞机磁头的检测面且相对于该检测面运动，验钞机磁头的永磁体所产生的磁场将纸币磁介质进行磁化，芯片感测到纸币的磁性介质所产生的磁场的变化并通过输出引针输出电信号，从而实现对纸币磁性的识别。
(1) 所述验钞机磁头既适用于识别纸币上由硬磁性材料制成的磁介质的磁性，又适用于识别纸币上由软磁性材料制成的磁介质的磁性；
 所述验钞机磁头既适用于识别纸币上由硬磁性材料制成的纸币的磁性，又适用于识别纸币上由软磁性材料制成的磁介质的磁性。所述验钞机磁头采用MTJ元件，与锑化铟霍尔元件相比，MTJ元件的灵敏度和信噪比高，因此所述验钞机磁头的灵敏度和信噪比高。MTJ元件的制作工艺与现有的半导体微加工制造工艺相兼容，可以采用现有的微加工技术进行加工，适合大规模批量生产，成本低。MTJ元件的制作工艺较简单，且不易受温度和应力的影响，成品率高，因此所述验钞机磁头的加工工艺较简单，成本较低。由于所述验钞机磁头采用柔性线路板连接印刷线路板和输出引针，柔性线路板不限制永磁体的体积，芯片所在位置处的永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量较小，使得MTJ元件的工作点处于其线性工作区，从而能够保证所述验钞机磁头能够正常工作。由于所述验钞机磁头的永磁体为凹槽形，凹槽形永磁体产生的磁场沿MTJ元件敏感方向的分量很小或趋近于零，使得MTJ元件的工作点处于其线性工作区，从而能够保证所述验钞机磁头能够正常工作。由于所述验钞机磁头的芯片采用电桥结构，使得所述验钞机磁头能够有效抑制来自所述验钞机磁头之外的共模磁场的干扰。
在本发明的实施例中，所述MTJ元件可以用GMR元件进行替换，其发挥的作用和效果相同，在必要的情况下可以组合使用，对本领域的技术人员理解本发明创造不会构成障碍，申请人不必要增加新的实施例进行举例实施。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种验钞机磁头，其特征在于，包括芯片(21)、印刷线路板(22)、输出引针(23)、永磁体(25)、柔性线路板(26)，所述芯片(21)的输入端和输出端分别与所述印刷线路板(22)上的相应接线端焊接，所述永磁体（25）位于所述印刷线路板（22）的下方并与所述印刷线路板（22）平行，所述柔性线路板(26)的一端与所述印刷线路板(22)的相应接线端电连接，所述柔性线路板(26)的另一端与所述输出引针(23)电连接，使得所述输出引针(23)与所述芯片(21)的输入端和输出端导通，所述芯片(21)包括至少一个电桥，该电桥的每一个桥臂包括至少一个MTJ（磁性隧道结Magnetic Tunel Junction）元件或GMR（巨磁阻磁头Giant Magneto Resistive）元件。
2.如权利要求1所述验钞机磁头，其特征在于，所述永磁体（25）的中部设有凹槽，并且凹槽朝向印刷线路板（22）。
3.如权利要求2所述验钞机磁头，其特征在于，还包括第一注塑模具(27)，所述第一注塑模具(27)设于远离所述永磁体(25)的凹槽的一侧，所述输出引针(23)固定于所述第一注塑模具(27)上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述验钞机磁头，其特征在于，还包括金属外壳(24)，用以将所述芯片(21)、印刷线路板(22)、输出引针(23)、永磁体(25)、柔性线路板(26)容置于其中，所述金属外壳(24)的一端开口，与该开口端相对的一端为检测面。
5.根据权利要求4所述验钞机磁头，其特征在于，所述金属外壳(24)上设有接地引针(28)。
6.根据权利要求4所述的验钞机磁头，其特征在于，所述金属外壳(24)的材质为非磁性耐磨材料，并且所述金属外壳(24)的检测面的厚度小于或等于0.2mm。
7.根据权利要求1-3中任一项所述验钞机磁头，其特征在于，还包括设于所述印刷线路板(22)与所述永磁体(25)之间的第二注塑模具，用于将所述印刷线路板(22)和所述永磁体(25)隔离，并将所述芯片(21)、所述印刷线路板(22)和所述永磁体(25) 固定。
8.根据权利要求1-3中任一项所述验钞机磁头，其特征在于，所述电桥为梯度半桥，所述电桥中两个桥臂的MTJ元件/GMR元件的灵敏度方向相同，并且两个桥臂的两个MTJ元件/GMR元件分别位于磁场值不同的位置。
9.根据权利要求1-3中任一项所述验钞机磁头，其特征在于，所述电桥为梯度全桥，所述梯度全桥中所有桥臂的MTJ元件/GMR元件的灵敏度方向相同，并且全桥中相对位置桥臂的两个MTJ元件/GMR元件位于磁场值的同一位置，相邻位置桥臂的两个MTJ元件/GMR元件位于磁场值不同的位置。
10.根据权利要求2或3所述验钞机磁头，其特征在于，所述MTJ元件/GMR元件的敏感方向与所述金属外壳(24)的检测面平行，且所述MTJ元件/GMR元件的敏感方向与所述永磁体(25)的凹槽方向垂直。
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