CN104143232A - 一种芯片磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片磁传感器，包括芯片、线路板和焊线，芯片包括基体、磁感应膜以及芯片焊盘，磁感应膜设于基体的表面，用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场，磁感应膜和芯片焊盘电连接，基体形成有磁感应膜的面为芯片感应面；芯片固定于线路板，在线路板上设有线路板焊盘；用焊线线路板焊盘与芯片焊盘对应地电连接，焊线与芯片焊盘电连接时形成焊点；在芯片感应面设有凹部，芯片焊盘对应地设于凹部，并且芯片焊盘的上表面不高于磁感应膜的上表面。该芯片磁传感器避免了焊点尾部对芯片感应面与检测面之间的距离的影响，从而提高了灵敏度。

Description

一种芯片磁传感器

技术领域

本发明属于精密测量领域,具体涉及一种芯片磁传感器。

背景技术

磁传感器被广泛应用于验钞机等鉴伪装置，其通过检测设置于被检测物体内的磁标识来辨别被测物体的真伪。近年来发展的芯片式磁传感器，由于具有灵敏度高、成本低、体积小、易集成等诸多优点，逐渐取代了传统线圈式磁传感器。

图1为现有的芯片磁传感器的结构示意图。如图1所示，芯片磁传感器包括芯片1、线路板2和壳体4，线路板2用于承载和电连接芯片1，芯片1和线路板2置于壳体4内。芯片1包括基体11、磁感应膜12和芯片焊盘13，芯片焊盘13和磁感应膜12设于基体11的同一水平面。芯片焊盘13与设于线路板2的线路板焊盘通过焊线3电连接。在应用过程中，这种现有芯片式磁传感器灵敏度不足，无法感应场强较弱的磁标识，因此，需要提供灵敏度高的芯片式磁传感器。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对精密测量仪中存在的上述缺陷，提供一种芯片磁传感器，提高灵敏度。

为此，本发明提供一种芯片磁传感器，包括：

芯片，其包括基体、磁感应膜以及芯片焊盘，所述磁感应膜设于所述基体的表面，用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场，所述磁感应膜和所述芯片焊盘通过导电通路电连接，所述基体形成有所述磁感应膜的面为芯片感应面；

线路板，用于固定所述芯片，其上设有线路板焊盘；

焊线，用于对应地电连接所述线路板焊盘与所述芯片焊盘；

在所述芯片感应面设有凹部，所述芯片焊盘对应地设于所述凹部，并且所述芯片焊盘的上表面不高于所述磁感应膜的上表面。

其中，所述焊线与所述芯片焊盘电连接时形成焊点和线弯，所述凹部的底面与所述芯片感应面之间的高度差满足：所述焊点的尾部的凸起和线弯不高于所述磁感应膜的上表面。

其中，所述芯片焊盘自所述基体由下至上依次包括铜层、过渡层和镀金层；或者由下至上依次包括银层、过渡层和镀金层。

其中，所述基体采用硅或氧化硅或氧化镁制作。

其中，还包括叠置地导磁体和永磁体，而且，所述导磁体靠近所述被检测物体一侧设置；

所述导磁体靠近所述被检测物体一侧设有位置对称的凸部，所述芯片设于所述凸部之间；

所述线路板上设有与所述凸部匹配的通孔，所述凸部嵌入所述通孔。

其中，所述导磁体采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作。

其中，还包括壳体，所述芯片、所述永磁体、所述导磁体和所述线路板设于所述壳体内，所述芯片位于所述被检测物体一侧。

其中，还包括焊针，所述焊针的一端通过所述线路板与对应地所述芯片焊盘电连接，另一端自所述壳体内伸出。

其中，所述焊线为金线、银线、铜线或锡线。

其中，所述磁感应膜为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的芯片磁传感器，在所述芯片感应面设有凹部，所述芯片焊盘对应地设于所述凹部，并且所述芯片焊盘的上表面不高于所述磁感应膜的上表面，从而降低了焊点尾部的凸起和线弯的高度，减小了芯片与被测物体之间的磁间隙，从而提高了芯片磁传感器的灵敏度。

作为本发明的一个优选实施例，使凹部的底面与所述芯片感应面之间的高度差满足所述焊点的尾部和线弯不高于所述磁感应膜的上表面，从而使芯片与被测物体之间的磁间隙不受焊点尾部的影响，提高了芯片磁传感器的灵敏度。

附图说明

图1为现有芯片磁传感器的结构示意图

图2a为本发明实施例提供的芯片磁传感器的立体图；

图2b为本发明实施例提供的芯片磁传感器的结构示意图；

图3a为本发明一实施例芯片的结构示意图；

图3b为本发明一实施例芯片和线路板的侧视示意图；

图3c为本发明一实施例芯片和线路板的俯视示意图；

图4a为本发明另一实施例的芯片磁传感器的结构示意图；

图4b为本发明另一实施例的芯片和线路板的俯视示意图；

图5a为本发明再一实施例中的芯片的俯视示意图；

图5b为本发明再一实施例中芯片的截面示意图；

图6为本发明实施例芯片磁传感器的制作方法流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的芯片磁传感器进行详细描述。

经过长期的研究发现，磁感应膜与壳体之间的距离是影响图1所示芯片磁传感器的灵敏度的原因之一。进一步分析发现，在焊线3和芯片焊盘13时焊点的尾部形成有凸起，同时，在焊点的尾部至芯片的表面形成线弯，焊点尾部的凸起和线弯都较高，增加了磁感应膜与外壳间的距离，导致磁感应膜12与被测物体之间的距离增加，即增大了芯片与被测物体之间的磁间隙，从而降低了芯片磁传感器的灵敏度。针对上述原因，以下实施例主要是降低焊点尾部的凸起和线弯的高度。

如图2a和图2b所示，芯片磁传感器包括芯片11、线路板12、壳体13以及焊针14。芯片11固定于线路板12，芯片11和线路板12设于壳体13内，且芯片11设于靠近芯片磁传感器的检测面（壳体11的顶面）131一侧。将树脂灌入壳体13，待树脂凝固即可将芯片11和线路板12固定于壳体13内。壳体13可以采用铜等非导磁的金属或金属氧化物制作；或者采用坡莫合金、铁氧体等导磁材料制作。当采用导磁材料制作壳体13时，在壳体上13上还设有窗口，芯片11的感应面与窗口相对。在壳体13上还设有接地端18，以消除静电和外界磁场的干扰。

如图3a所示，芯片11包括基体111、两条磁感应膜112和三个芯片焊盘113，磁感应膜112和芯片焊盘113设于基体111的表面，芯片焊盘113作为芯片11的输入端、输出端与磁感应膜112对应电连接。磁感应膜112可以为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。磁感应膜112可以感应设于被检测物体内的磁标识的磁场，将磁感应膜112连成惠斯通电桥，可以感应磁标识的磁场而输出差分信号。

如图3a和图3b所示，本实施例将基体111形成有磁感应膜112的面作为芯片感应面。在芯片感应面设有与芯片焊盘113数量相等的凹部114，芯片焊盘113对应地设于凹部114，以使芯片焊盘113的上表面低于芯片感应面。芯片焊盘113的上表面处于较低的位置，在电连接焊线16与芯片焊盘113时，可以相对降低焊点尾部的凸起和线弯的高度，从而减少焊点尾部对芯片传感器的灵敏度的影响。在将芯片11设于壳体13时，使磁感应膜更接近壳体，从而减小芯片11与被测物体之间的磁间隙，进而提高了芯片磁传感器的灵敏度。

优选芯片焊盘113的上表面与芯片感应面之间的高度差满足以下要求：焊线16与芯片焊盘113电连接后焊点尾部的凸起和线弯不高于磁感应膜的上表面，从而使焊点尾部和线弯不再影响磁感应膜和壳体13之间的距离，使磁感应膜112更靠近壳体13，进而提高芯片磁传感器的灵敏度。

在本实施例中，凹部114可以通过刻蚀（化学刻蚀和物体刻蚀）、切削方式获得，或者也可以通过沉积等加材料方式在芯片感应面形成凹部114。基体111采用氧化硅、硅，氧化镁等材料制作。芯片焊盘113自基体111由下至上依次包括铜层、过渡层和镀金层；或者芯片焊盘113自基体111由下至上依次包括银层、过渡层和镀金层。芯片焊盘113的形状为圆形、方形、棱形或其它形状，凹部114的形状可以与芯片焊盘113的形状一致，当然也可以不一致。但从加工难易程度考虑，优选凹部114的形状与芯片焊盘113的形状一致。

如图3c所示，在线路板12上设有与芯片焊盘113数量相等的第一线路板焊盘121a和第二线路板焊盘121b，第一线路板焊盘121a和第二线路板焊盘121b通过设于线路板12上的布线对应电连接。利用焊线16将与芯片焊盘113对应地第一线路板焊盘121电连接。焊针14的一端与第二线路板焊盘121b对应电连接，即焊针14借助线路板12与对应地芯片焊盘113电连接。焊针14的另一端自壳体13内伸出，焊针14作为芯片磁传感器的输入输出端，与其它外围设备连接；而且可用于支撑芯片磁传感器。

上述实施例提供的芯片磁传感器只能用于检测强磁防伪标识。在另一实施例中，芯片磁传感器可以用于检测弱磁防伪标识，如含有弱磁防伪标识的钞票。如图4a和图4b所示，芯片磁传感器还包括导磁体21和永磁体22，导磁体21和永磁体22上下叠置，而且，导磁体21位于靠近被检测物体一侧，永磁体22位于远离被检测物体一侧。导磁体21和永磁体22可以直接接触，即将导磁体21和永磁体22直接叠置，或在导磁体21和永磁体22之间设置诸如胶层等结构件。永磁体22用于预磁化弱磁防伪标识，导磁体21采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作，用于调整永磁体22产生的磁力线的分布。

在导磁体21靠近被检测物体一侧设有位置对称的两个凸部211，芯片11设于两个凸部211之间。导磁体21具有吸引磁力线的特性，能够改变永磁体22产生的磁场的磁力线分布。具体地，磁力线被吸引至凸部211，减小了两个凸部211之间平行于芯片11的感应面的磁场分量，从而减小了永磁体22对芯片11的影响。

本实施例在导磁体21上设有两个凸部211。实际上，在导磁体21上可以设置三个或更多个凸部，只要将凸部对称地设置。或者，在导磁体21上设置整体结构的凸部211，即在导磁体21上形成一个凸环，芯片设置在凸环内。

需要说明的是，在凸部211之间和略高于凸部211的区域，平行于芯片11的感应面的磁场分量最小，因此优选将芯片11设于凸部211之间或略高于凸部211的区域。如果将芯片11设于距离凸部211相对较远的位置，将增加永磁体22对芯片11的影响。因此，在实际应用时，优选芯片11的感应面与导磁体21的上表面齐平，或略高于导磁体21的上表面。为此，在线路板12上设有与凸部211位置对应且尺寸匹配的通孔122，导磁体21的凸部211自线路板12的下方穿过通孔122伸向线路板12的上方，这样可以方便地控制芯片11的感应面与导磁体21的上表面的高度差。

在上述实施例中，电流在芯片11内水平方向流动。在再一实施例中，电流在芯片11内垂直方向流动。具体地，如图5a和图5b所示，芯片51包括基体511、底电极514、磁感应膜512和芯片焊盘513，底电极514设于基体511的表面，磁感应膜512设于底电极514的表面。在基体511的表面设有凹部515a、515b，第一芯片焊盘513a和第二导电焊盘513b分别对应地设于凹部515a、515b，并分别通过导电通路516a、516b与磁感应膜512电连接。在导电通路516a与底电极514之间设有绝缘层517。基体511采用硅或陶瓷材料制作，底电极514采用诸如铜、铝等导电材料制作，磁感应膜512为采用导电金属形成的巨磁阻膜（GMR）、隧穿效应磁阻膜（TMR）或巨磁阻抗效应膜（GMI）。

第一芯片焊盘513a与磁感应膜512的顶端电连接，第二芯片焊盘513b与底电极514电连接，这样电流自磁感应膜512流向底电极514，或者自底电极514流向磁感应膜512，即电流在芯片51内垂直方向流动。导电通路516a、516b通过溅射等沉积工艺获得。通过导电通路516a、516b将磁感应膜512与设置在凹部515a、515b的芯片焊盘513a、513b电连接，焊线16在凹部515a、515b通过芯片焊盘513a、513b与芯片51电连接，使得焊点尾部的凸起以及线弯不影响磁间隙，使芯片51更靠近被检测物体，从而提高芯片磁传感器的灵敏度。

本实施例通过导电通路516a将电连接芯片51的第一芯片焊盘513移至位置较低的凹部513a，降低了焊点的凸部和线弯的高度，使得焊点的凸部和线弯不再影响芯片感应面和壳体之间的距离。另外，由于通过导电通路516a的厚度约为0.2微米，甚至更薄，因此，导电通路516a对芯片感应面和壳体之间的距离基本无影响。

本实施例提供的芯片磁传感器，在所述芯片感应面设有凹部，所述芯片焊盘对应地设于所述凹部，并且所述芯片焊盘的上表面不高于所述磁感应膜的上表面，从而降低了焊点尾部凸起和线弯的高度，减小了芯片与被测物体之间的磁间隙，从而提高了芯片磁传感器的灵敏度。

本实施例还提供一种芯片磁传感器的制作方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤S1，提供芯片。

芯片包括基体、磁感应膜以及芯片焊盘，磁感应膜设于基体的表面，用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场，磁感应膜和芯片焊盘电连接，基体形成有磁感应膜的面为芯片感应面。在芯片感应面形成凹部，凹部的上表面低于芯片感应面，芯片焊盘对应地设于凹部，从而使芯片焊盘的上表面低于芯片感应面。

下面以两条磁感应膜（第一磁感应膜和第二磁感应膜）为例，介绍芯片的制作流程。芯片的制作流程包括：提供基体，第一次掩模，用溅射等工艺制作第一磁感应膜，第二次掩模，用溅射等工艺制作第二磁感应膜，刻蚀芯片感应面形成凹部，在凹部镀铜层及导电通道，再镀过渡层和金层形成芯片焊盘，之后依次进行切粒、测试、清洗和包装。

步骤S2，提供线路板，在线路板上设有线路板焊盘。

将芯片固定于线路板。

步骤S3，提供焊线，焊线的一端与线路板焊盘焊接，另一端与芯片焊盘焊接，从而将线路板焊盘和对应地芯片焊盘电连接。

通过导电胶焊接、导电膜焊接或金属熔焊焊接方式将焊线的一端与芯片焊盘焊接，另一端与线路板焊盘焊接。

步骤S4，提供永磁体和导磁体，将永磁体和导磁体叠置，再将导磁体嵌入线路板的通孔内，并将芯片设于导磁体的凸部之间。

步骤S5，提供焊针，将焊针的一端与对应的线路板焊盘电连接。

步骤S6，提供壳体，将芯片、线路板、导磁体和永磁体设于壳体内，然后向壳体内灌入树脂，并使树脂凝固。

优选地，在步骤S1中，凹部通过刻蚀、溅射或切削方式获得。凹部的底面与芯片感应面之间的高度差满足：芯片焊盘与焊线焊接时形成的焊点的尾部不高于磁感应膜的上表面，从而避免焊点的尾部对芯片与被测物体之间的磁间隙的影响。

本实施例提供的芯片磁传感器的制作方法在所述芯片感应面设有凹部，所述芯片焊盘对应地设于所述凹部，并且所述芯片焊盘的上表面不高于所述磁感应膜的上表面，从而降低了焊点尾部凸起和线弯的高度，减小了芯片与被测物体之间的磁间隙，从而提高了芯片磁传感器的灵敏度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片磁传感器，包括：

芯片，其包括基体、磁感应膜以及芯片焊盘，所述磁感应膜设于所述基体的表面，用于感应设于被检测物体内的磁标识的磁场，所述磁感应膜和所述芯片焊盘通过导电通路电连接，所述基体形成有所述磁感应膜的面为芯片感应面；

线路板，用于固定所述芯片，其上设有线路板焊盘；

焊线，用于对应地电连接所述线路板焊盘与所述芯片焊盘；

其特征在于，在所述芯片感应面设有凹部，所述芯片焊盘对应地设于所述凹部，并且所述芯片焊盘的上表面不高于所述磁感应膜的上表面。

2.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述焊线与所述芯片焊盘电连接时形成焊点和线弯，所述凹部的底面与所述芯片感应面之间的高度差满足：所述焊点的尾部的凸起和线弯不高于所述磁感应膜的上表面。

3.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述芯片焊盘自所述基体由下至上依次包括铜层、过渡层和镀金层；或者由下至上依次包括银层、过渡层和镀金层。

4.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述基体采用硅或氧化硅或氧化镁制作。

5.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括叠置地导磁体和永磁体，而且，所述导磁体靠近所述被检测物体一侧设置；

所述导磁体靠近所述被检测物体一侧设有位置对称的凸部，所述芯片设于所述凸部之间；

所述线路板上设有与所述凸部匹配的通孔，所述凸部嵌入所述通孔。

6.根据权利要求5所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述导磁体采用硅钢片材料、坡莫合金或铁氧体制作。

7.根据权利要求5所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括壳体，所述芯片、所述永磁体、所述导磁体和所述线路板设于所述壳体内，所述芯片位于所述被检测物体一侧。

8.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，还包括焊针，所述焊针的一端通过所述线路板与对应地所述芯片焊盘电连接，另一端自所述壳体内伸出。

9.根据权利要求7所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述焊线为金线、银线、铜线或锡线。

10.根据权利要求1所述的芯片磁传感器，其特征在于，所述磁感应膜为霍尔效应薄膜、各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜、隧道磁电阻薄膜、巨磁阻抗薄膜或巨霍尔效应薄膜。